虛擬儀器技術(shù)在化工檢測中的應(yīng)用

金萬福，許烈艷

（甘肅省化工研究院有限責(zé)任公司（甘肅創(chuàng)翼檢測科技有限公司），甘肅蘭州 730020）

隨著我國科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，虛擬儀器技術(shù)由于具備豐富的內(nèi)涵，廣泛應(yīng)用在民用以及軍事領(lǐng)域。當前虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用在化工檢測中，也取得了很好的應(yīng)用效果。需要全面分析化工檢測工作情況，并根據(jù)具體情況，制定完善的應(yīng)用方案，使檢測工作更加靈活性以及充分發(fā)揮自身功能。

1 虛擬儀器具備的含義

在進行化工檢測過程中，采用傳統(tǒng)儀器不能實際負荷當前檢測對儀器標準要求，隨著我國信息化技術(shù)得到快速發(fā)展，計算機和測試技術(shù)的有效結(jié)合，產(chǎn)生虛擬儀器。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，虛擬儀器作為當前普遍測試系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，需要掌握軟件儀器的核心技術(shù)思想。通過構(gòu)建完善的計算機模塊以及控制軟件，不斷優(yōu)化界面虛擬儀器面板，用戶通過自己實際需求合理定義虛擬儀器的相關(guān)性能，完成化工檢測樣品生成數(shù)據(jù)、數(shù)學(xué)采集、分析判斷、樣品顯示以及打印等相關(guān)工作。

2 虛擬儀器的構(gòu)成

2.1 設(shè)計硬件基本結(jié)構(gòu)

在進行儀器測量過程中可以進行電信號的輸出工作。應(yīng)用計算機合理的構(gòu)成過程，在進行控制系統(tǒng)以及采集數(shù)據(jù)系統(tǒng)時，被控對象參數(shù)和外部信號采集的參數(shù)常常是模擬量。然而，計算機通常只能進行處理和接受數(shù)字量，需要及時轉(zhuǎn)為數(shù)字量，科學(xué)處理計算機接收工作。在控制住計算機主程序后，應(yīng)送入到有關(guān)虛擬界面，生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息內(nèi)容，有利于之后在處理數(shù)據(jù)信息內(nèi)容時提供了方便。在進行計算機處理過程中，很多被控的對象當中具體執(zhí)行機構(gòu)，無法直接對數(shù)字量信號信息內(nèi)容進行接受，所以采用計算機軟件合理進行加工以后，才可以轉(zhuǎn)為模擬信號，有效地控制驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，從而實現(xiàn)了控制目的[1]。

2.2 優(yōu)化軟件整體結(jié)構(gòu)

在應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)過程中，功能軟件作為非常重要的核心和基礎(chǔ)，由開發(fā)環(huán)境、儀器驅(qū)動軟件和測量驅(qū)動程序、數(shù)據(jù)信息管理工具以及高階測試相關(guān)工具共同組成。用戶在對集成式軟件進行應(yīng)用過程中，需要控制和測量生成功能和自由地定義軟件系統(tǒng)。因此，虛擬儀器技術(shù)軟件的整體結(jié)構(gòu)，由VPP 軟件系統(tǒng)所制定的I/O 有關(guān)規(guī)范總成以及接口軟件標準（如圖1所示）。

虛擬儀器技術(shù)結(jié)構(gòu)圖采用自下而上的方式，構(gòu)成完整的層狀結(jié)構(gòu)，其中資源管理層作為最底層。用戶可以自行定義應(yīng)用程序開發(fā)層，作為可變層的虛擬儀器結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)虛擬儀器結(jié)構(gòu)整體的靈活性以及擴展性，針對用戶應(yīng)用程序接口作為最頂層，虛擬儀器結(jié)構(gòu)資源的程序應(yīng)用可以得以實現(xiàn)。

圖1 虛擬儀器技術(shù)結(jié)構(gòu)圖

3 虛擬儀器技術(shù)在化工檢測中的具體應(yīng)用

當前虛擬儀器系統(tǒng)具備了靈活性以及開放性，虛擬儀器系統(tǒng)將計算機技術(shù)進行同步發(fā)展，在進行檢測應(yīng)用過程中，能夠幫助用戶節(jié)省大量的開發(fā)時間，目前廣泛應(yīng)用在檢測領(lǐng)域當中。虛擬儀器技術(shù)不斷發(fā)展時，沿著驅(qū)動程序標準化、硬件模塊即插即用以及編程平臺圖形化方向發(fā)展。采用模塊化儀器作為虛擬儀器基礎(chǔ)，構(gòu)建完善且先進的化工檢測技術(shù)，提高檢測整體質(zhì)量[2]。

3.1 加強測量的準確性

在開展化工檢測過程中，合理應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)，可以根據(jù)機外和機內(nèi)的基準自動開展自校工作、存儲系統(tǒng)誤差工作，在測量時需要針對測量結(jié)果扣除系統(tǒng)誤差，提升化工檢測測量整體精確度。工作人員在每次進行測試過程中，需要針對自校零點工作，輸入接地以后，需要將漂移電壓進行存儲，扣除測量數(shù)據(jù)信息內(nèi)容。反復(fù)處理和分析化工檢測測量的相關(guān)數(shù)據(jù)信息內(nèi)容，從而提高測量結(jié)果的精確性，避免出現(xiàn)誤差現(xiàn)象。在進行物理量檢測過程中，可以將制定函數(shù)和線性化關(guān)系內(nèi)容進行轉(zhuǎn)換。在進行化學(xué)反應(yīng)實驗時，根據(jù)化學(xué)儀器視角來看，對于實驗整體精確性進行不斷提升。當前應(yīng)用普通儀器開展反應(yīng)實驗工作能夠直接顯示實驗結(jié)果內(nèi)容，然而在前面的反應(yīng)條件以及處理過程并不是很清楚，可能直接影響化工檢測整體的穩(wěn)定性。合理應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)，能夠?qū)?shù)據(jù)信息實驗內(nèi)容結(jié)果進行測量，工作人員能夠清楚地了解反應(yīng)條件以及處理過程。針對多相催化反應(yīng)實驗工作，根據(jù)開始直到結(jié)束的實驗數(shù)據(jù)以及實驗條件等，在進行測量時需要具備連續(xù)性，將實驗數(shù)據(jù)信息的測量結(jié)果直接反映到PC機處理數(shù)據(jù)信息內(nèi)容，能夠?qū)?shù)據(jù)信息內(nèi)容進行判斷，是否具備可行性，有效地對控制參數(shù)進行調(diào)整。

3.2 在線、實時監(jiān)測，加強靈活性

在進行化學(xué)反應(yīng)過程中，需要科學(xué)處理分析虛擬儀器技術(shù)中反應(yīng)系統(tǒng)當中動態(tài)信號以及相關(guān)信息內(nèi)容，是監(jiān)測狀態(tài)及診斷故障最重要的基礎(chǔ)工作內(nèi)容。動態(tài)數(shù)據(jù)信號信息內(nèi)容是合理運用測量傳感器時獲得壓力、流量、溫度、質(zhì)量、液位等動態(tài)數(shù)據(jù)信息內(nèi)容。對于虛擬儀器軟件在進行控制時，需要對化學(xué)數(shù)據(jù)信息內(nèi)容進行及時轉(zhuǎn)換。合理運用設(shè)計軟件，工作人員結(jié)合不同功能和用途以及實際情況，合理對界面以及儀器具備的功能進行設(shè)計，不斷優(yōu)化化學(xué)反應(yīng)，構(gòu)建完善的虛擬儀器技術(shù)。

如何采用短時間，降低能源成本，當前社會廣泛關(guān)注怎樣獲取高效率產(chǎn)物。在生產(chǎn)過程中需要有效的控制質(zhì)量，通常情況在開始反應(yīng)時，應(yīng)根據(jù)時間間隔做好取樣、分離提純以及預(yù)處理等相關(guān)工作。工作人員在獲取樣品以后，需要分析定量以及定性工作，根據(jù)得到的反應(yīng)物和產(chǎn)物的濃度隨著時間不斷變化，可以獲取最佳生產(chǎn)條件。采用該化工檢測的方式周期時間相對長一些，如果反應(yīng)的過程比較快，不能及時獲取想要的數(shù)據(jù)信息內(nèi)容，有可能延誤工作人員調(diào)整相關(guān)操作工作，沒有實現(xiàn)實時控制。針對有害、有毒化工生產(chǎn)環(huán)境背景，可能對工作人員的人身健康帶來很大的傷害。針對這種情況，例如高壓、高溫的狀態(tài)下，不能直接進行取樣檢測工作，采用在線測量工作，合理應(yīng)用虛擬儀器系統(tǒng)，實現(xiàn)生成物和反應(yīng)物濃度變化檢測工作，實現(xiàn)實時控制化工生產(chǎn)工作[3]。

3.3 設(shè)計仿真系統(tǒng)

具體化工和虛擬儀器進行有效結(jié)合，合理運用虛擬儀器，優(yōu)化仿真系統(tǒng)。合理應(yīng)用模型開展研究實驗過程，針對不同條件可以求解數(shù)學(xué)模型的整個過程，一般情況下，穩(wěn)態(tài)模擬過程作為一系列非線性或者是線性方程的具體的求解過程。在進行化工實驗過程中，實際實驗設(shè)備組織實踐教學(xué)時，當高溫高壓條件下存在失誤操作情況，可能會出現(xiàn)惡性的事故現(xiàn)象。針對實驗條件，由于設(shè)備密封性能比較差，很容易存在著有毒氣體泄漏情況，導(dǎo)致出現(xiàn)污染環(huán)境和損壞健康等情況發(fā)生。然而，合理運用虛擬儀器技術(shù)，可以很好防止發(fā)生以上敘述的情況，合理運用人工智能和CAT 理論，可以使虛擬儀器技術(shù)有效的進行智能化判斷，提高檢測結(jié)果整體的準確性[4]。

4 結(jié)束語

綜上所述，在開展化工檢測過程中合理應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)，將開放式工程應(yīng)用軟件和模塊化硬件組成構(gòu)成，具備各種儀器功能以及成本相對低廉系統(tǒng)，確保硬設(shè)備可互換性以及軟硬件緊密整合，滿足實際測試系統(tǒng)相關(guān)需求。采用開放式測試平臺，能夠構(gòu)建完整的共同系統(tǒng)。在化工檢測時，合理應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)，結(jié)合PC 技術(shù)以及商業(yè)科學(xué)技術(shù)，促進測量工作以及自動化技術(shù)可以不斷發(fā)展。能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離對儀器設(shè)備進行控制，不斷提高科學(xué)技術(shù)水平，從而提升檢測結(jié)果，使檢測工作更加便捷。