分析虚拟仪器在计量测试中的应用

李庆芝

[摘要]随着电子技术、计算机技术和软件技术等技术的高速发展，虚拟仪器技术也得到了快速的发展，并广泛应用在电子测量、故障诊断、通信机电等各个领域。本文简单明了地阐述了虚拟仪器在计量测试中的应用。

[关键词]虚拟仪器，计量测试，应用

1.引言

虚拟仪器就是在以计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义的具有虚拟界面，并由测试软件来完成测试功能的一种计算机系统。虚拟仪器的实质是利用计算机的显示器模拟传统仪器的控制面板，以多种形式显示检测结果；利用计算机的应用软件实现信号的采集、调整，并完成测试功能的计算机系统[1]。操作者利用鼠标和键盘对虚拟仪器面板进行操作，就如同使用一台专用的测量仪器。因此虚拟仪器可以总结为：信息采集、算法软件和显示界面三部分。

总之虚拟仪器技术是当前主流技术的集成者，虚拟仪器技术的应用开拓了测试仪器领域的里程碑。

2.虚拟仪器的基本构成和工作方式

虚拟仪器是充分利用计算机技术，并可由用户自己设计、自己定义的仪器。它通常包括计算机、仪器模块硬件和应用软件三部分组成。

应用软件系统是虚拟仪器的核心部分。虚拟仪器通过应用软件将计算机硬件资源与测量仪器有机地融为一体，从而把计算机强大的数据处理能力和测量仪器的测量、控制能力结合在一起，并通过应用软件实现对数据的显示、存储以及分析处理等。虚拟仪器可在计算机上完成信号的分析与处理，并将处理结果显示到虚拟界面上。

随着计算机技术的发展和所采用总线方式的不同，虚拟仪器可分为PC总线一插卡型、并行口方式、GPIB总线方式一种类型。但是无论哪种类型的虚拟仪器系统，都是通过应用软件将硬件设备搭载到PC机或是工作站等各种计算机平台上，实现计算机全数字化的采集、测试和分析。

在计量测试系统中应用先进的虚拟仪器技术，系统硬件结构采用先进的VXI总线结构或主流的PXI总线结构，以及SCXI信号调整组件，应用软件采用测控领域广为流行的LabVIEW图形化开发平台和模块化结构应用软件设计，具有硬件可靠性高，扩充性强；模块化软件结构、可移植性强等 优点。

3.虚拟仪器在计量测试中的应用

3.1虚拟仪器功能多样化，因此它不仅适用于单独颁发一本涵盖所有功能的检定规程，一旦颁发，很容易与之前的单一功能的检定规程在内容设置上出现重复。虚拟仪器的最大特点是它本身就是侧重于测试结果即测试数据的准确性，而不注重于测试的形式手段。综合以上的特点，可以把虚拟仪器的功能总结为功能挂靠，有据依据，无据参考。虚拟仪器在計量测试中要视不同情况处理。若被测的功能模块与之前的传统仪器相同，那么就可以直接参考之前的计量规程，比如失真度测试模块，信号发生器模块等；若被测的功能模块，缺乏相应技术法规，那么可以考虑参考之前仪器制造厂商提供的相关检测手段，参考指标，如信纳测试等；若是遇到FFT分析的类似情况，就应当采用功能挂靠的方式，挂靠于动态信号分析仪的计量规程，参考该规程提供的方法，对虚拟仪器进行模拟测试。

3.2明确虚拟仪器实验室标准，保证虚拟仪器测试方面的效率。虚拟仪器并不是单一功能模块组成，它包括众多功能模块，例如信号发生器、示波器、失真度测试、信纳模块等模块，在实验室做测试的时，需要全面了解每个模块的功能[2]，才能确定实验室实践之前需要哪些实用模块，需要注意的是，同一型号的仪器需要的模块功能可能大不相同，但无论怎么选择都要立足于客户的现实需求，因此虚拟仪器实验室标准就是立足于实现，了解客户需求，选择合适的测试模块，才能满足客户的实际应用需求。

3.3加强软件管理，保证计量的过程和结果安全可靠。良好的虚拟仪器性能能够确保测试计量的准备性，它的性能主要包括了高精度，高性能的硬件模块和软件算法。一般情况下，只要能保证这样的硬件性保障，保证软件算法不变，性能会保持稳定的状态，确保计量的顺利成功。但也要谨防测量过程中出现人为修改，一旦出现修改，数据就不能保证能够得出相同的结果，才能确保计量的结果的可信性和可靠性。另一方面目前网络出现很多的不安全的因素，例如计算机病毒、黑客攻击等常见的问题，所以软件的管理还要融入测试技术，通过这方面的软件实时监督管理系统，防止数据库、相关记录被修改，或者防止来自外部的攻击。因此软件的安全管理不可怠慢，应当建立健全监督管理的长效机制，采用一机专用。在实际应用中就出现过机器中病毒而导致计算机的中央处理器利用率不断增大直到死机的情况，因此软件的安全管理是不能忽视，必须要严格对待的问题。

4.虚拟仪器在计量测试中存在的问题

由于当前计量法规还不健全，虚拟仪器作为计量测试中的新生技术已经成为一个急需解决的问题。因此在实际的计量测试中，还应当注意下面几个问题：

（1）虚拟仪器是软硬件的集合体，是一个整体，如将这个系统进行隔离测试，不仅繁琐，同时也不能彰显软件的核心地位。

（2）在功能模块的测试中应当避免重复测试。

（3）为了保证虚拟仪器的测试数据的有效性和准确性，应在测试之前对被仪器的应用范围、应用功能、仪器性能指标有明确的了解，不然很难保证测试数据的准确性和有效性。

5.总结

简而言之，随着虚拟仪器在计量测试领域的广泛应用，虚拟仪器技术将会更多的在计量各专业领域的国家基标准和测量系统中得到应用[3]，虚拟仪器的卓越计算能力和巨大数据吞吐能力必将使其在计量测试与控制系统等领域发挥更大的作用。

6.参考文献

[1]徐军.虚拟仪器在计量测试中的应用[J].天津：信息系统工程，2013.1.20。

[2]黄吉涛，周伦彬，马博群.虚拟仪器在计量测试中的应用[J].成都：中国测试技术，2008.5。

[3]于梅.虚拟仪器技术在计量测试技术领域应用的展望[J].北京：中国计量，2004.4。