虚拟仪器在测控系统的应用探讨

赵钥

摘要：虚拟测量仪器概念的提出，为计算机、网络技术涉及仪器领域设立了桥梁，广泛用于工程应用、测控系统中应用，直观化的图形编程语言确保了程序开发人员的工作效率与质量。在测控系统中的应用，凭借着自身性能高、扩展性强、节约时间等优势特征，成为了测试测量、控制领域不可或缺的技术，未来仍有很大的发展空间，对此加强此方面的研究尤为关键。

关键词：虚拟仪器；测控系统；应用

虚拟仪器技术是指在模块化硬件基础上配以高性能的软件开发平台实现测试测量、自动化等领域的应用，是对传统仪器系统的带动及冲击。随着测试测量、控制领域对技术标准的逐渐提升，以及测试系统开发成本、质量等方面的要求，使得虚拟仪器技术在其领域的应用越发成熟，数据的采集处理及分析也更加便利与可靠，是现代测试仪器发展的重要方向。

一、虚拟仪器概述

（一）概念

虚拟仪器在测试系统中，实现软件、硬件的替换，将其软件在仪器领域的应用更加配套。借助计算机平台，围绕用户需求，对仪器测试功能进行设计。在应用程序基础上，借助计算机平台，围绕用户需求，实现仪器硬件、计算机的结合，用户借助直观的图形界面控制计算机，如同操控自身定义的传统仪器。虚拟仪器将微处理器等计算机设施、数字I/O等仪器硬件的测量控制性能结合，软件进行数据处理，并实现图形用户接口。应用程序展现模块间定时通信等功能，主要借助VXl、GPIB等硬件，结合源码库函数软件实现。虚拟仪器的开放性、模块化等特征，辅以高性能软件，通过系统配置、模块增减即可满足用户各种测试要求。新型虚拟仪器构造简单便利，为用户项目转换提供了帮助。虚拟仪器的开放性、灵活性、可操作性等优势特征也是传统仪器所不能比拟的。

（二）结构

虚拟仪器是各种软件硬件资源辅以测控仪器等设备的结合体，如仪器测控硬件、界面软件等。

基于硬件角度分析，计算机数据采集测试系统，是指现场总线、GPIB、现场总线等以硬件方式形成的各种系统，即指现场总线系统、GPIB系统、现场总线系统等。在计算机数据采集测试系统上的的虚拟测试系统，介于操作系统、应用软件、数据采集板的优势特征，成为了现代测试系统关键技术[1]。

基于软件角度分析，除明确配置仪器硬件、计算机资源后，还需注重虚拟仪器的软件资源配置。虚拟仪器开发环境多元，如C/C++、BasiC等编程语言，以及LabVIEW图形编程环境等。采用流程图型的程序设计，介于流程图、传统程序语言无交集，同时与数据流、方块图类似，使程序开发时间大大缩减，同时速度无干扰，对此是比较理想的开发环境。

二、虚拟仪器在测控系统中的应用

（一）应用关键技术

基于提升软件测试时间的角度分析，在测试环节，继电器时间的提高，可通过利用指定的计数器板，或是利用系统时钟方法实现。对于秒级时间的测试误差必须不能超过20%，计数器板或定时器通常都能达到标准，同时经济性强，计算机无需安置多余插槽，空间不受影响。

基于数据库管理技术的角度分析，LabWindows/CVI集成式开发环境、工程开发工具箱，凭借自身测量分析等丰富资源资源库，与SQL 工具包结合可实现各种测试数据的储存。在测控系统中应用可设置成各种储存方式，如依据时间、测试结果等字段，使产品履历档案更加完善。根据各种保存的字段，如时间字段等，可以快速的查询产品测试履历，管理效率显著提升，同时也避免了传统人工管理的弊端。

（二）监测方面应用

虚拟仪器在西方发达国家的应用相对普及，在虚拟仪器基础上设计的光学测微计，可微米级分辨率测量微机电系统中的硅晶片厚度。通过现代LabVIEW开发环境，与传统Visual C++开发環境比较，在开发时间、开发经济性方面的优势相对明显。在虚拟仪器基础上设计的微电子气敏传感器，利用LabVIEW对基于计算机的数据采集板系统进行控制，传感器温度、气相环境变化控制相对精准，对于后者变化的控制主要参照电阻值变化实现。基于LabVIEW的数据采集系统教学仪器不仅性能高、灵活性强，同时控制软件可扩展[2]。

（三）检测方面应用

虚拟仪器技术在汽车检测中的应用相对普及。汽车检测德目的主要为安全环保检测、综合性能检测。传感器为检测系统输入端，实现被测非电量、电量的转换。借助信号调理电路，将传感器测量的非电量、转变为指定功率电压电流、频率信号等，对后级显示电路数据处理电路、执行机构起到推动作用。数据处理、信号处理等装置反馈的电压、电流等信号，通过显示器显示。为检测人员明确各种电气设备的应用情况提供参照。在汽车仪表检测中，利用NI PXI系列板卡、数据通讯转换卡、LabVIEW软件等资源，设计测试系统，检测效率与产品质量得以保证。在车内测试系统中，借助LabVIEW、PXI/SCXI等资源，开发设计车内测试系统，利用LabVIEW程序负责信号收集、处理。运动控制、语音合成等功能升级，使其车内测试系统完全代替了以往的数据记录仪。

（四）电子测控系统

虚拟仪器在航空机电子测控系统中也有涉猎，对测控系统精度、测试能力、飞机性能的优化起积极促进作用。在虚拟仪器技术基础上，设计的新型开关盒测控系统、继电器盒，借助LabWindows/CVI系统、数字采集板可实现对继电器盒逻辑状态、延时时间的检测与控制。CVI系统具有丰富库函数、丰富面板功能等优势特征，可设计出虚拟实物界面、人机对话界面，优化了航空机电子测控系统的性能[3]。

总结

LabWindows/CVI图形化编程语仍有较大的开发空间，对此可深入研究与推广。虚拟仪器的应用，弥补了传统仪器的不足，规避了传统仪器电路设计等方面的弊端。使用仪器、设计科学性及可靠性显著提升。软件资源的利用，拓展了各种仪器的功能，通过修改程序即可实现各种功能的利用，经济性、操作便利性显著提升。

参考文献：

[1] 邓佳欣， 孟立飞， 肖琦，等. 基于LabVIEW的航天器磁试验测控系统设计及应用[J]. 航天器环境工程， 2017， 34（5）：522-527

[2]王卫， 倪卫宁， 吴非. 基于虚拟仪器的测井地面测控系统研究[J]. 电子设计工程， 2016， 24（23）：125-126

[3]李玉豪. 基于虚拟仪器技术的四极杆质谱测控系统研究[J]. 中国科技纵横， 2016（24）