【摘 要】 本文介紹了虛擬儀器的基本概念，并將虛擬儀器應(yīng)用于計量檢測，實現(xiàn)計量檢定和校準(zhǔn)的在線檢測、批量檢測、自動檢測和現(xiàn)場檢測等新型檢測方法。另外，用虛擬儀器進行計量檢測還可防止篡改數(shù)據(jù)、防止檢測錯誤、防止操作錯誤等錯誤事件的發(fā)生。

【關(guān)鍵詞】 虛擬儀器 計量 在線檢測 自動檢測

進入21世紀(jì)，計算機技術(shù)和電子技術(shù)得到前所未有的發(fā)展，自動控制在工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用，工業(yè)生產(chǎn)和制造逐步實現(xiàn)自動化和智能化。為了保證生產(chǎn)線上儀器儀表的良好計量特性，檢測市場對計量部門的量值溯源提出了新的要求：現(xiàn)場檢測、在線檢測、遠程檢測、批量檢測等，這些利用傳統(tǒng)儀器是不能滿足的。將虛擬儀器與計量檢測相結(jié)合，按照相應(yīng)的國家計量技術(shù)法規(guī)編制檢測程序，則可很好地解決這些問題。

1 虛擬儀器介紹

虛擬儀器是基于計算機的儀器，是以通用的計算機硬件及操作系統(tǒng)為依據(jù)，利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件，實現(xiàn)各種儀器功能。由于其具有高性能的處理器和高效I/O口，可實現(xiàn)在高速存取數(shù)據(jù)的同時，實時進行復(fù)雜的分析計算。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器在智能化程序、分析計算能力、性能價格比、可操作性等方面都具有明顯的優(yōu)勢。目前，在這一領(lǐng)域，使用較為廣泛的計算機語言是美國NI公司的LABVIEW，它是一種圖形化的編程語言，編寫程序不需要代碼，大部分是術(shù)語和圖標(biāo)的組合，操作簡單方便。

2 虛擬儀器在計量檢測中的應(yīng)用

（1）廣闊的應(yīng)用范圍

虛擬儀器在計量檢測中具有非常廣泛的應(yīng)用，以其編程簡單、攜帶方便、可實現(xiàn)自動控制等特點，應(yīng)用于電磁計量、無線電計量、熱學(xué)計量、醫(yī)學(xué)計量、流量計量和力學(xué)計量等多個領(lǐng)域，以及環(huán)境計量和能源計量等。虛擬儀器系統(tǒng)可模擬傳統(tǒng)的電子儀器、可模擬任何特定參數(shù)的信號、可模擬含有特定信息的運動物體、可模擬各種環(huán)境條件、可模擬任意錯誤的發(fā)生等。

（2）可實現(xiàn)自動檢測和批量檢測

虛擬儀器應(yīng)用于計量檢測，使檢定或校準(zhǔn)實現(xiàn)自動化和批量化，大大提高工作效率。通過軟件控制，可實現(xiàn)檢測工作自動執(zhí)行，同時通過程序設(shè)計實現(xiàn)用一套計量標(biāo)準(zhǔn)同時檢測多個被檢器具。以數(shù)字多用表的校準(zhǔn)為例，傳統(tǒng)的校準(zhǔn)方法是利用多功能標(biāo)準(zhǔn)源輸出直流電壓、直流電流、交流電壓、交流電流和電阻等信號，分別校準(zhǔn)數(shù)字多用表的各個測量功能，而每個測量功能又分若干個量程，每個量程至少要取三個點進行校準(zhǔn)，這樣一來數(shù)字多用表的校準(zhǔn)非常煩瑣，而且一次只能檢測一臺儀器。如果采用虛擬儀器技術(shù)，可將多臺數(shù)字多用表和同一臺多功能標(biāo)準(zhǔn)源按照“電壓并聯(lián)，電流串聯(lián)”的原則連接，用LABVIEW語言編寫程序，通過計算機的控制就可實現(xiàn)數(shù)字多用表的自動化檢測，使煩瑣的檢測立刻變的簡單容易。若將多臺數(shù)字多用表并聯(lián)，可實現(xiàn)電壓的同時校準(zhǔn)，串聯(lián)可實現(xiàn)電流的同時校準(zhǔn)，實現(xiàn)批量校準(zhǔn)。

（3）可實現(xiàn)在線檢測和現(xiàn)場檢測

隨著自動控制技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)中越來越多的計量儀表需要在線檢測。由于虛擬儀器是基于計算機和模塊化硬件，利用軟件模擬傳統(tǒng)儀器的，所以可把多臺儀器集成在一個虛擬儀器的機箱上，再配套一套操作系統(tǒng)或一臺便攜式計算機，就可方便地實現(xiàn)在線檢測和現(xiàn)場檢測。這樣對諸如信號發(fā)生器、頻譜分析儀等需要多種計量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的儀器儀表和在生產(chǎn)線上工作的儀表進行檢測，只需一臺集成了相應(yīng)計量標(biāo)準(zhǔn)功能的虛擬儀器即可，免去了攜帶傳統(tǒng)儀器種類繁多、體積龐大的麻煩。只要將所需功能集成在一個機箱中，通過程序控制即可滿足在線檢測和現(xiàn)場檢測的需求。另外，還可通過LAN或WiFi等方式進行網(wǎng)絡(luò)傳輸，實現(xiàn)遠程檢測和無線檢測。這不僅使一些在危險環(huán)境中的檢測變得安全、方便，同時也為傳統(tǒng)儀器的計量檢測提供了新的方式方法。

3 虛擬儀器可防止計量檢測中錯誤事件的發(fā)生

（1）防止人為篡改數(shù)據(jù)，保證結(jié)果準(zhǔn)確可靠

虛擬儀器工作是程序的執(zhí)行，只要原程序不改變，檢測的數(shù)據(jù)就無法改變，可通過自動保存測量數(shù)據(jù)、自動出具檢測報告等防止人為修改數(shù)據(jù)。

（2）防止檢測錯誤，保證過程準(zhǔn)確無誤

只要程序編寫正確，虛擬儀器將自動設(shè)置各個參數(shù)、自動進行檢測、自動計算不確定度、自動判斷檢測結(jié)果。檢測將按照程序嚴(yán)格執(zhí)行，不會由于人為疏忽造成檢測錯誤。如在數(shù)字多用表測量10Hz交流電壓時，為了實現(xiàn)準(zhǔn)確測量，F(xiàn)IITER應(yīng)選擇10Hz或1Hz，采樣率應(yīng)選10NPL或更大，若檢測人員忘記選擇，則測量結(jié)果與實際值將存在較大誤差，給出錯誤數(shù)據(jù)；如采用虛擬儀器測量，系統(tǒng)會自動設(shè)定這些參數(shù)，不會因設(shè)置錯誤而造成測量不準(zhǔn)確。

（3）防止操作錯誤，保護人員和設(shè)備安全

利用虛擬儀器進行計量檢測，可防止因人為錯誤或意外事故對檢測人員的傷害和儀器設(shè)備的損害。如用最大交流電壓為1000V的電源檢測一臺交流電壓最大測量值為750V的數(shù)字電壓表時，檢測人員習(xí)慣性加入1000V電壓（以為是直流電壓），這必將造成電壓表的損壞。若采用虛擬儀器就可將電壓源的最大輸出設(shè)置成750V，就不會因為意外而造成事故；或者設(shè)置電壓超過700V時，彈出警告對話框“危險！電壓過高”，提示操作人員謹(jǐn)慎操作。

在線檢測、自動檢測和遠程檢測是當(dāng)今檢測市場的迫切要求，也是計量發(fā)展的必然趨勢，而虛擬儀器是實現(xiàn)在線檢測和自動檢測最為有效的工具，虛擬儀器必將推動計量技術(shù)的發(fā)展，必將在計量檢測中廣泛應(yīng)用。

參考文獻：

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