虛擬儀器在計量測試中的應用

劉建慶

（江西省計量測試研究院，江西 南昌 30002）

前言：虛擬儀器作為高新技術的產物，自誕生以來，在計量測試領域內得到了極大的重視并有了廣泛的應用，還推動了一系列測量理論的產生，促進了測量技術的發展。

一、虛擬儀器的概念

虛擬儀器又稱為計算機個人儀器，是一種以計算機為平臺、利用測試軟件來實現測試功能的系統，主要由計算機硬件、測試軟件和虛擬面板組成，其中，測試軟件是整個虛擬儀器的運行核心。

虛擬儀器是當代計算機技術與測量技術的結合產物，用戶能夠自行定義虛擬儀器的功能，對設計語言的修改就能夠完成虛擬儀器單項功能的發揮，也能將多項功能體現在虛擬儀器中。

二、虛擬儀器應用中存在的問題

虛擬儀器作為使用時間較短的新型技術，以其高靈活性、高性價比與廣泛的適用范圍等特點，在短時間內得到了飛速的發展。但虛擬儀器在日益擴張的應用領域內的使用階段，逐漸暴漏了一些問題，需要相關人員加以重視。下面對虛擬儀器在實際應用中常見的問題進行了分析。

（一）量值溯源

傳統的測量儀器經歷了足夠長的使用時間，相關標準與界定參照已得到了充分的完善，在日常計量測試中，工作人員能夠有章可循。而虛擬儀器的應用推廣時間要遠短于傳統測量儀器，溯源工作實現難度較大。虛擬儀器能夠實現復雜多功能測量要求，這一方面是其得以在當代廣泛應用的原因，另一方面也造成了其工作參照標準更加復雜的情況，這導致了溯源工難度進一步加大。

（二）測量結果有一定的不確定性

傳統的計量測試中，計量工作的每一個步驟都是相互獨立的，如對計量結果產生疑問，則只需要重復一次檢定周期，就能夠發現出現問題的環節，便于工作人員進行針對性地修改。但在虛擬儀器的應用環境下，虛擬儀器自身測量系統集成化程度很高，這就造成了計量測試結果的不確定性較大的情況。計算機測試軟件是虛擬儀器運行的核心，而程序自身有很強的一體化特點，在軟件程序編寫過程中如存在偏差，則可能會導致整個計量測試的結果與真實值產生極大的差距。編程過程中的錯誤，在檢定過程中被查找到的幾率微乎其微，這也是造成虛擬儀器測量結果不確定性較大的原因。

（三）虛擬儀器的法制管理

虛擬儀器在使用過程中需要連接網絡，這就需要工作人員重視來自網絡的風險。虛擬儀器在傳輸數據時，可能會遭受計算機病毒的攻擊，導致關鍵數據被損壞，使得計量測試的結果出現偏差或無法更改的錯誤。缺少相應的法制管理是當下網絡風險難以徹底避免的主要原因。政府相關部門應加快制定法律法規的進度，保障虛擬數據與虛擬儀器硬件設施的安全性。計量人員也需要重視監督管理工作，加強數據的保密力度，強化硬件設施的保護工作。

三、虛擬儀器在計量測試中的應用

（一）制定科學合理的計量測試標準

制定科學、合理的虛擬儀器計量測試標準，是保障虛擬儀器測量結果正確性的基礎。作為發展時間短、功能多樣且不固定的一項新技術，還未建立相應的計量測試標準。在實際的測量工作中，面對缺少計量測試標準的情況，一般會依照功能掛靠、有據依據、無據參考的原則。功能掛靠是以測量功能為導向，以測量結果的正確性作為判斷依據。有據依據是指當虛擬儀器與傳統儀器的測量結果重合時，虛擬儀器的測量標準將依照傳統儀器的測量標準。無據參考是指當虛擬儀器沒有可參考的測量標準時，則要依照儀器生產說明書中的標準來開展工作。

（二）制定可行的計量測試方案

制定可行的虛擬儀器計量測試方案，對保障計量結果的正確性有重要的意義。虛擬儀器的計量測試方案一般分為兩類：一是將虛擬儀器與標準儀器于同一時間進行測量，并對比兩者測量結果。二是將虛擬儀器與標準儀器進行連接后，虛擬儀器自檢。后者在實際測量過程中，可使用虛擬儀器自身的自檢系統，也可用性能更高的虛擬儀器來進行對比檢測，或將前兩者方法結合，雙重保障虛擬儀器的測量精度。

（三）加強虛擬儀器的軟件管理

在日常的軟件管理工作中，應重視對其進行維護，并要在測量工作開展前，及時檢驗軟件算法，確保虛擬儀器在使用過程中軟件算法沒有遭到篡改，并應做好數據備份與權限設置，避免測量過程中軟件算法存在人為修改的可能，來保障計量測試的正確性。當代互聯網上安全隱患的增加，如計算機病毒、黑客等也是影響虛擬儀器測量結果的因素。網絡風險可能會導致虛擬儀器的數據遭到破壞，嚴重干擾計量測試工作的正常進行。虛擬儀器軟件管理工作應利用實時監督管理系統，強化對數據庫的保護力度，防止數據與記錄被惡意更改，也應加強對軟件的維護工作，及時更新病毒庫，避免網絡病毒侵染軟件。

（四）解決虛擬技術問題

在計量測試工作中，虛擬儀器的應用時間較短，各方面工作還不成熟，當下還存在一些亟待解決的技術問題，如進一步提升虛擬儀器的系統性與完整性，對虛擬儀器的測量過程中不拆分部件的方法，和避免重復測量等方面。針對這些技術問題加以深入研究，從而提升虛擬儀器的測量效率，是我們未來一段時間內的主要工作方向。

結束語：虛擬儀器在計量測試領域內有非常重要的作用，是推動國家計量測試發展的動力。測量數據精確性要求的提升，使得計量測試領域對測量儀器的精度有了更高的要求。當下虛擬儀器在計量測試工作中的使用過程中，還存在一些問題，但這些問題在虛擬儀器技術的發展過程中都將會得以有效解決，虛擬儀器技術在計量測試領域的應用也將更為深入。