虛擬儀器技術(shù)在計(jì)量中的應(yīng)用

王娜

（江蘇金陵機(jī)械制造總廠，江蘇 南京 211100）

虛擬儀器技術(shù)在計(jì)量中的應(yīng)用

王娜

（江蘇金陵機(jī)械制造總廠，江蘇 南京 211100）

隨著科技的高速發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)中越來(lái)越多的儀器被使用，但其準(zhǔn)確度還較低。分析了虛擬儀器計(jì)量技術(shù)在儀器測(cè)量和檢定過(guò)程中的應(yīng)用，使得儀器的測(cè)量準(zhǔn)確性進(jìn)一步提升。

虛擬儀器；計(jì)量應(yīng)用；計(jì)算機(jī)；社會(huì)技術(shù)

虛擬儀器是在計(jì)算機(jī)上加軟件和（或）硬件，使得使用者在操作這臺(tái)計(jì)算機(jī)時(shí)，就像是操作一臺(tái)他自己設(shè)計(jì)的專(zhuān)用的傳統(tǒng)電子儀器。基于虛擬儀器的特點(diǎn)，我們需要在計(jì)量檢定工作中利用虛擬儀器技術(shù)提高計(jì)量檢定的工作效率，甚至取代一些傳統(tǒng)的計(jì)量檢定儀器，方便、高效地開(kāi)展計(jì)量檢定工作。

在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)需要和信號(hào)識(shí)別的接口相對(duì)接，系統(tǒng)接口較多時(shí)，項(xiàng)目的數(shù)據(jù)需求就會(huì)提升，因此，偏差可能出現(xiàn)的情況也較多，需要提升儀器的精確性，使得其能夠科學(xué)地反映出被監(jiān)測(cè)的信號(hào)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。虛擬儀器系統(tǒng)集成了計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化等方面的重要知識(shí)，同時(shí)，也可以將其利用于計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)等。它是一門(mén)交叉學(xué)科，從社會(huì)技術(shù)的角度看，虛擬儀器系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)之間有著相互影響的關(guān)系，可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)組織架構(gòu)發(fā)生一定的變化，而目前的組織結(jié)構(gòu)也會(huì)對(duì)虛擬儀器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)造成一定的影響，因此，他們的影響是相互聯(lián)系的。在設(shè)計(jì)虛擬儀器系統(tǒng)時(shí)，主要保證技術(shù)上可行，同時(shí)，經(jīng)濟(jì)成本不能過(guò)高。在我們的科技高速發(fā)展的同時(shí)，市場(chǎng)上的高新技術(shù)越來(lái)越多，因此，應(yīng)當(dāng)在滿(mǎn)足要求的情況下，盡量選用可以長(zhǎng)期使用的設(shè)備，同時(shí)能夠盡量配合周?chē)O(shè)備，具有較高的兼容性，并在此基礎(chǔ)上建立較好的整體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，滿(mǎn)足國(guó)家相關(guān)部門(mén)的要求。

1 虛擬儀器技術(shù)分析

1.1 軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)

由于世界軟件業(yè)的迅速發(fā)展，各種具有測(cè)試分析儀器功能的功能軟件已出現(xiàn)，比如美國(guó)國(guó)家儀器（NI）公司的LabVIEW、美國(guó)惠普（HP）公司的HPVEE，以及中國(guó)東方振動(dòng)和噪聲技術(shù)研究所（COINV）的DASP，都已在這個(gè)領(lǐng)域開(kāi)始了各自的發(fā)展之路，能滿(mǎn)足計(jì)量檢定工作的需要。在軟件系統(tǒng)中，測(cè)量業(yè)務(wù)需要與系統(tǒng)的接口相對(duì)接，系統(tǒng)接口較多時(shí)，項(xiàng)目的數(shù)據(jù)需求就會(huì)提升，因此，風(fēng)險(xiǎn)可能出現(xiàn)的情況也會(huì)較多。

1.2 數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換技術(shù)

由于被監(jiān)控的信號(hào)是模擬信號(hào)，這些信號(hào)并不能直接被處理器所分析與處理，因此，需要ADC將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，最終傳輸給處理器。A/D轉(zhuǎn)換器是數(shù)據(jù)采集的最為關(guān)鍵的一環(huán)，轉(zhuǎn)化速度的快慢與精度直接影響到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的質(zhì)量。A/D轉(zhuǎn)換器具有很多類(lèi)型，一般采用逐次逼近型的A/D轉(zhuǎn)換器。在信號(hào)轉(zhuǎn)換時(shí)，多路模擬信號(hào)已經(jīng)同時(shí)開(kāi)始采集狀態(tài)。但如果在電平變化之后，信號(hào)還沒(méi)有完成整個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程，則采集的信號(hào)就可能會(huì)出現(xiàn)邊偏差。為了使采集的信號(hào)是準(zhǔn)確的，不出現(xiàn)時(shí)間上的偏差，就需要采用保持電路來(lái)使采樣的信號(hào)能夠保持一段時(shí)間，從而使最后所采到的信號(hào)數(shù)據(jù)完整，不出現(xiàn)嚴(yán)重的偏差。為了使得整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)量是準(zhǔn)確的，電路的采樣時(shí)間應(yīng)較短，保持時(shí)間較長(zhǎng)。

1.3 通信技術(shù)

虛擬儀器端口擴(kuò)充了大量的通信環(huán)節(jié)與功能，這樣有利于實(shí)現(xiàn)信號(hào)的高速傳輸，RFID稱(chēng)為無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)，可以在非接觸的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取。RFID技術(shù)是一種比較新的通訊方案，主要是通過(guò)脈沖來(lái)進(jìn)行檢測(cè)帶寬，這樣就可以在很多地方解決無(wú)線技術(shù)的傳播困難問(wèn)題，因?yàn)樗哂休^好的抗干擾能力，在信號(hào)的傳輸過(guò)程中損耗較小，最終完成識(shí)別，因此，該技術(shù)在短距離的虛擬儀器信號(hào)傳輸當(dāng)中有著極為重要的意義；同時(shí)，其損耗比較小，可以使檢測(cè)設(shè)備極為精確，不易受其他信號(hào)的干擾。

1.4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫(kù)也是一個(gè)重要的管理系統(tǒng)，可以對(duì)測(cè)量后的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)與分析，數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)與存儲(chǔ)情況對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的效率而言起著極為重要的作用。對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行高效設(shè)計(jì)，讓數(shù)據(jù)庫(kù)的完整性提升，加強(qiáng)其一致性，可以有效實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，我們應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的管理，數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)是以表的形式存儲(chǔ)的，表中的信息應(yīng)少、精確，這樣就可以讓表的關(guān)聯(lián)減少，讓用戶(hù)的使用更加方便。

2 虛擬儀器技術(shù)在計(jì)量和檢定中的應(yīng)用

一般情況下，互感器檢定需要1臺(tái)互感器校驗(yàn)儀和1臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)互感器，標(biāo)準(zhǔn)互感器的準(zhǔn)確度要比被測(cè)互感器高2個(gè)等級(jí)。1臺(tái)基于虛擬儀器技術(shù)的互感器校驗(yàn)儀是由檢定人員通過(guò)計(jì)算機(jī)屏幕上的軟件界面進(jìn)行操作的，該界面類(lèi)似于傳統(tǒng)儀器的操作面板，可以實(shí)時(shí)查看二次電流波形和誤差電流波形，實(shí)時(shí)查看一次、二次和誤差電流有效值，顯示比差、角差曲線等。這對(duì)于虛擬儀器處理的系統(tǒng)優(yōu)化要求更高，對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)性要求也較高，因此，其可以方便工作人員使用，符合他們的思維習(xí)慣，強(qiáng)調(diào)了自頂而下的設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)高效率運(yùn)轉(zhuǎn)；在系統(tǒng)上是獨(dú)立的，無(wú)法進(jìn)行管理控制，但可以將數(shù)據(jù)庫(kù)與檢測(cè)管理的模型進(jìn)行結(jié)合，為使用者提供一定的檢定方案、問(wèn)題優(yōu)化方案，使虛擬儀器的處理系統(tǒng)能夠不斷自我完善，提升檢測(cè)精度。檢測(cè)中還應(yīng)當(dāng)注意，由于客戶(hù)的需求可能會(huì)出現(xiàn)改變，同時(shí)，需求也具有不確定的特點(diǎn)，因此，對(duì)于各個(gè)需求要進(jìn)行全面考慮。如果對(duì)于需求沒(méi)有全方位的考慮，就可能在實(shí)際使用中出現(xiàn)一定的需求風(fēng)險(xiǎn)。這就要求設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)時(shí)有一定的前瞻性，能夠?qū)?lái)可能出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行預(yù)測(cè)，使設(shè)計(jì)不會(huì)因?yàn)闀r(shí)間的推移而出現(xiàn)嚴(yán)重的問(wèn)題。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著計(jì)算速度和準(zhǔn)確率的提升，虛擬儀器計(jì)量技術(shù)處理的應(yīng)用越來(lái)越普遍，推動(dòng)了自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，雖然其還有很多無(wú)法消除的缺點(diǎn)，但這一重要科技的發(fā)展也在一步一步推動(dòng)各行業(yè)的蓬勃發(fā)展，讓生活更加智能化。虛擬儀器的計(jì)量處理大大減少了人力成本，提升了儀器的準(zhǔn)確性，智能控制是重要的技術(shù)基礎(chǔ)，它在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域有著深遠(yuǎn)的影響。

［1］紀(jì)明霞，唐婷，吳娜娜.虛擬儀器技術(shù)在機(jī)載ATE計(jì)量中的應(yīng)用［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2010（03）.

［2］胡順杰.試論虛擬儀器技術(shù)在計(jì)量檢定領(lǐng)域的應(yīng)用［J］.中國(guó)計(jì)量，2008（03）.

［3］成永軍，李得天，郭美如，等.基于LabVIEW的虛擬儀器技術(shù)及其在真空計(jì)量中的應(yīng)用［J］.真空電子技術(shù)，2007（06）.

〔編輯：張思楠〕

TP274

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.24.150

2095-6835（2017）24-0150-02