虛擬儀器技術(shù)在石油測試設備中的應用

燕斌

摘 要：在石油測試系統(tǒng)中引入虛擬儀器技術(shù)能夠進一步提高測試系統(tǒng)的智能性和靈活性。本文對虛擬儀器技術(shù)進行了簡要的介紹，并分析了虛擬機技術(shù)在手測試設備中的具體應用，供相關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞：石油測試設備；虛擬儀器；測試系統(tǒng)

在石油工業(yè)中，虛擬儀器技術(shù)發(fā)揮了越來越重要的作用。上世紀50年代我國誕生了第一代模擬儀器，包括指針式萬用表、晶體管電壓表等，并得到了廣泛的應用。上世紀70年代我國又誕生了第二代數(shù)字化儀器，包括數(shù)字電壓表和數(shù)字頻率計等，測試精度和響應速度都得到了很大的提高。隨著科技的發(fā)展，虛擬儀器技術(shù)也得到長足的發(fā)展，并在石油測試設備中得到廣泛的應用。

1 虛擬儀器技術(shù)及其優(yōu)點

上世紀80年代我國已經(jīng)開始運用智能儀器，結(jié)合計算機技術(shù)和電子儀器技術(shù)，實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)的自動邏輯判斷、運算、存儲和自動測試的功能，測試準確度有了明顯的提高。軟件是虛擬儀器技術(shù)的核心，以計算機本身的數(shù)據(jù)處理存儲、加工功能為依托。虛擬儀器，與傳統(tǒng)儀器相比具有較多的優(yōu)點。虛擬儀器作為集成測試系統(tǒng)能夠有效地集成不同的測試儀器功能。一臺虛擬儀器搭配專用硬件板卡，就能夠?qū)⒑芏嗉蓛x器的功能集成起來，代替很多復雜和分離的測試儀器。這樣可以降低使用費用，而且操作也更加便利。與此同時，虛擬儀器技術(shù)具有更加靈活的功能，通過一些特制軟件，用戶的特殊需要也可以得到相應的滿足。虛擬儀器的開發(fā)時間和開發(fā)費用均低于傳統(tǒng)儀器，因此操作和維護都比較便利。不同的測試結(jié)果能夠在同一面板上顯示出來并且實現(xiàn)自動化操作，對控制的自動化進程進行了有效的優(yōu)化。在投入完整的虛擬儀器之后就能夠使用軟件編碼來進行相應的控制和測試，極大的降低了維護和開發(fā)的成本[1]。

2 虛擬儀器技術(shù)在石油測試設備中的具體應用

在石油測試系統(tǒng)設計中引入虛擬儀器的概念，開發(fā)以虛擬儀器技術(shù)為基礎的石油測試系統(tǒng)。以計算機的處理能力和資源為依據(jù)，用軟件對測井信號進行顯示、記錄和處理。該測試系統(tǒng)分為獲取和采集信號、分析和處理信號、輸出和顯示結(jié)果三大部分。硬件主要負責獲取和采集信號，并對信號進行轉(zhuǎn)化。計算機軟件能夠?qū)π盘栠M行有效的處理，并由外圍設備和計算機顯示和輸出信號處理的結(jié)果[2]。

2.1 系統(tǒng)的硬件電路

以虛擬儀器技術(shù)為基礎的石油測試系統(tǒng)在對物理信號進行測量前，主要由傳感器對物理信號進行轉(zhuǎn)化，使其成為計算機可以識別和處理的電信號。電信號的特點在于對噪聲敏感、幅度較低，需要進行濾波和調(diào)制，然后再轉(zhuǎn)化為數(shù)字格式。當前數(shù)據(jù)采集卡已經(jīng)具有比較完善的功能，考慮到測井儀器供電具有一定的特殊性，為了完成信號到合和分離還需要增加一些電路。保護電路和電腦分離會將測井儀器的信號送進多路選擇器，各種信息都由脈沖信號進行記錄。數(shù)字信號處理器會對脈沖信號進行計數(shù)，并采集當前值，或者進行時間采樣。在處理之前，要對編碼信號和模擬信號進行轉(zhuǎn)化，使其成為數(shù)字信號。數(shù)字信號處理技術(shù)可以選擇小波分析技術(shù)，應用軟件模塊來完成消噪、濾波，不再配備不同的硬件電路板。模擬信號能夠?qū)ξ锢硇畔⑦M行反應，或者直接記錄。

實時采集是石油測井儀器的一個重要使用要求，為了滿足傳輸率的要求，不能使用普通的串口通信，因此在本系統(tǒng)中運用了串行總線接口技術(shù)（USB）[3]。

2.2 系統(tǒng)的軟件設計

作為虛擬儀器技術(shù)的核心內(nèi)容，該系統(tǒng)的軟件分為兩個主要組成部分：I/O接口儀器驅(qū)動程序、應用程序。應用程序又分為測試功能流程圖進行定義的軟件程序，和對虛擬面板功能進行實現(xiàn)的軟件程序，兩個部分。I/O接口儀器驅(qū)動程序的主要作用在于，對外部硬件設備的通信、驅(qū)動和擴展功能進行實現(xiàn)。

在當前的技術(shù)條件下有兩種虛擬儀器開發(fā)軟件平臺：圖形化編輯語言、文本編輯語言，其各有優(yōu)缺點。圖形化編輯語言的優(yōu)點在于開發(fā)效率高、直觀性強、編程簡單，文本編程語言的優(yōu)點在于具有較強的靈活性、能夠便利地添加功能。本系統(tǒng)處理模塊和虛擬空間的設計中主要使用的是圖形化語言開發(fā)平臺中的LabVIEW。

該平臺的編程環(huán)境比較復雜、功能強大，該開發(fā)平臺具有較多的函數(shù)庫和虛擬儀器，使用較為便利，開發(fā)效率較高。對石油測試系統(tǒng)的軟件設計包括兩個方面：設計應用程序、設計帶有USB接口的驅(qū)動程序。

根據(jù)實際需要，應用程序可以分為頻譜分析儀子系統(tǒng)1個、虛擬示波器系統(tǒng)1個、檢測子系統(tǒng)4個。只需將需要測試的項目名稱輸入主面板就可以打開相應的測試面板進行測試。每個子系統(tǒng)都具有不同的功能，因此需要不同的軟件流程。每個項目都具有基本類似的檢測流程，但其使用的子VI不完全相同，VI指的是在虛擬儀器。對于系統(tǒng)中一些完全獨立的過程，可以將其設計成為不同的子VI，從而使軟件設計就更強的模塊化和程式化，使程序的可讀性得到增強。在這一時間段內(nèi)，測試系統(tǒng)都能夠及時的記錄脈沖信號的計數(shù)值，然后進行曲線擬合，將其在屏幕上進行顯示，具有很強的直觀性。同時系統(tǒng)也能夠精確地記錄模擬信號的幅度，并對模擬信號進行有效的消噪、帶通濾波、低通、高通處理，軟件會有效地轉(zhuǎn)化數(shù)字化后的信號，并對其進行圖像顯示。

帶有USB接口的驅(qū)動程序主要是用來對用戶界面和儀器進行連接，該開發(fā)平臺可供用戶使用的傳統(tǒng)的GPIB函數(shù)、VI包括串口通信函數(shù)、標準VISA I/O函數(shù)等。該系統(tǒng)使用了CIN接口技術(shù)來編寫驅(qū)動程序，驅(qū)動程序的所有功能函數(shù)都能夠通過C語言得以實現(xiàn)。

3 結(jié)語

在石油測試設備中應用虛擬儀器技術(shù)，開發(fā)以虛擬儀器技術(shù)為基礎的是要測試系統(tǒng)，能夠?qū)鹘y(tǒng)石油測試系統(tǒng)進行有效的優(yōu)化，在一個硬件平臺上對儀器的調(diào)試進行有效的集成，極大地簡化了開發(fā)環(huán)節(jié)，也使硬件電路的重復設計得到了有效的減少。通過應用計算機的處理能力和計算能力，以及數(shù)字信號處理技術(shù)，能夠使石油測試設備的集成度和智能化得到有效的提高，充分發(fā)揮虛擬儀器技術(shù)的優(yōu)勢，具有廣闊的應用前景。

參考文獻：

[1]韋秀瑜，馬曉磊，劉桂蓮.虛擬儀器技術(shù)在石油化工檢測中的應用方式及前景分析[J].化工管理.2014（18）.

[2]耿衛(wèi)江.基于計算機的虛擬儀器技術(shù)的設計與應用[J].信息技術(shù)與信息化.2015（07）.

[3]武杰.不斷發(fā)展中的虛擬儀器技術(shù)[J].科技資訊.2013（30）.