基于LABVIEW語言的虛擬儀器與計量檢測

【摘 要】 本文介紹了虛擬儀器的基本概念，并將虛擬儀器應用于計量檢測，實現計量檢定和校準的在線檢測、批量檢測、自動檢測和現場檢測等新型檢測方法。另外，用虛擬儀器進行計量檢測還可防止篡改數據、防止檢測錯誤、防止操作錯誤等錯誤事件的發生。

【關鍵詞】 虛擬儀器 計量 在線檢測 自動檢測

進入21世紀，計算機技術和電子技術得到前所未有的發展，自動控制在工業生產中被廣泛應用，工業生產和制造逐步實現自動化和智能化。為了保證生產線上儀器儀表的良好計量特性，檢測市場對計量部門的量值溯源提出了新的要求：現場檢測、在線檢測、遠程檢測、批量檢測等，這些利用傳統儀器是不能滿足的。將虛擬儀器與計量檢測相結合，按照相應的國家計量技術法規編制檢測程序，則可很好地解決這些問題。

1 虛擬儀器介紹

虛擬儀器是基于計算機的儀器，是以通用的計算機硬件及操作系統為依據，利用高性能的模塊化硬件，結合高效靈活的軟件，實現各種儀器功能。由于其具有高性能的處理器和高效I/O口，可實現在高速存取數據的同時，實時進行復雜的分析計算。與傳統儀器相比，虛擬儀器在智能化程序、分析計算能力、性能價格比、可操作性等方面都具有明顯的優勢。目前，在這一領域，使用較為廣泛的計算機語言是美國NI公司的LABVIEW，它是一種圖形化的編程語言，編寫程序不需要代碼，大部分是術語和圖標的組合，操作簡單方便。

2 虛擬儀器在計量檢測中的應用

（1）廣闊的應用范圍

虛擬儀器在計量檢測中具有非常廣泛的應用，以其編程簡單、攜帶方便、可實現自動控制等特點，應用于電磁計量、無線電計量、熱學計量、醫學計量、流量計量和力學計量等多個領域，以及環境計量和能源計量等。虛擬儀器系統可模擬傳統的電子儀器、可模擬任何特定參數的信號、可模擬含有特定信息的運動物體、可模擬各種環境條件、可模擬任意錯誤的發生等。

（2）可實現自動檢測和批量檢測

虛擬儀器應用于計量檢測，使檢定或校準實現自動化和批量化，大大提高工作效率。通過軟件控制，可實現檢測工作自動執行，同時通過程序設計實現用一套計量標準同時檢測多個被檢器具。以數字多用表的校準為例，傳統的校準方法是利用多功能標準源輸出直流電壓、直流電流、交流電壓、交流電流和電阻等信號，分別校準數字多用表的各個測量功能，而每個測量功能又分若干個量程，每個量程至少要取三個點進行校準，這樣一來數字多用表的校準非常煩瑣，而且一次只能檢測一臺儀器。如果采用虛擬儀器技術，可將多臺數字多用表和同一臺多功能標準源按照“電壓并聯，電流串聯”的原則連接，用LABVIEW語言編寫程序，通過計算機的控制就可實現數字多用表的自動化檢測，使煩瑣的檢測立刻變的簡單容易。若將多臺數字多用表并聯，可實現電壓的同時校準，串聯可實現電流的同時校準，實現批量校準。

（3）可實現在線檢測和現場檢測

隨著自動控制技術的發展，工業生產中越來越多的計量儀表需要在線檢測。由于虛擬儀器是基于計算機和模塊化硬件，利用軟件模擬傳統儀器的，所以可把多臺儀器集成在一個虛擬儀器的機箱上，再配套一套操作系統或一臺便攜式計算機，就可方便地實現在線檢測和現場檢測。這樣對諸如信號發生器、頻譜分析儀等需要多種計量標準設備的儀器儀表和在生產線上工作的儀表進行檢測，只需一臺集成了相應計量標準功能的虛擬儀器即可，免去了攜帶傳統儀器種類繁多、體積龐大的麻煩。只要將所需功能集成在一個機箱中，通過程序控制即可滿足在線檢測和現場檢測的需求。另外，還可通過LAN或WiFi等方式進行網絡傳輸，實現遠程檢測和無線檢測。這不僅使一些在危險環境中的檢測變得安全、方便，同時也為傳統儀器的計量檢測提供了新的方式方法。

3 虛擬儀器可防止計量檢測中錯誤事件的發生

（1）防止人為篡改數據，保證結果準確可靠

虛擬儀器工作是程序的執行，只要原程序不改變，檢測的數據就無法改變，可通過自動保存測量數據、自動出具檢測報告等防止人為修改數據。

（2）防止檢測錯誤，保證過程準確無誤

只要程序編寫正確，虛擬儀器將自動設置各個參數、自動進行檢測、自動計算不確定度、自動判斷檢測結果。檢測將按照程序嚴格執行，不會由于人為疏忽造成檢測錯誤。如在數字多用表測量10Hz交流電壓時，為了實現準確測量，FIITER應選擇10Hz或1Hz，采樣率應選10NPL或更大，若檢測人員忘記選擇，則測量結果與實際值將存在較大誤差，給出錯誤數據；如采用虛擬儀器測量，系統會自動設定這些參數，不會因設置錯誤而造成測量不準確。

（3）防止操作錯誤，保護人員和設備安全

利用虛擬儀器進行計量檢測，可防止因人為錯誤或意外事故對檢測人員的傷害和儀器設備的損害。如用最大交流電壓為1000V的電源檢測一臺交流電壓最大測量值為750V的數字電壓表時，檢測人員習慣性加入1000V電壓（以為是直流電壓），這必將造成電壓表的損壞。若采用虛擬儀器就可將電壓源的最大輸出設置成750V，就不會因為意外而造成事故；或者設置電壓超過700V時，彈出警告對話框“危險！電壓過高”，提示操作人員謹慎操作。

在線檢測、自動檢測和遠程檢測是當今檢測市場的迫切要求，也是計量發展的必然趨勢，而虛擬儀器是實現在線檢測和自動檢測最為有效的工具，虛擬儀器必將推動計量技術的發展，必將在計量檢測中廣泛應用。

參考文獻：

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