程鎮(zhèn)，湯繼保，鄭榮波，湯修平，陳德祥，袁哲

（合肥通用機(jī)械研究院，安徽 合肥 230031）

基于虛擬儀器技術(shù)的電子測量儀器平臺開發(fā)其實(shí)就是以電子測量儀器為現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)，應(yīng)用虛擬儀器的一個平臺開發(fā)。這個平臺的建設(shè)良好地應(yīng)用計算機(jī)上的軟硬件資源而且良好地應(yīng)用LabVIEW模塊化的編程方式，以及交互式的界面設(shè)計方面，使這個平臺可以更加迅速、高效率、高質(zhì)量地完成相應(yīng)工作，這對于我國的科研工作以及工程設(shè)計等精細(xì)化工作的進(jìn)行都是非常有利的，接下來我們就來具體探討分析一下基于虛擬儀器技術(shù)的電子測量儀器平臺開發(fā)。

1 儀器平臺系統(tǒng)組成

基于虛擬儀器技術(shù)的電子測量儀器平臺是由硬件和軟件兩部分組成。硬件部分包括數(shù)據(jù)采集卡、屏蔽式電纜和螺旋式終端接線盒以及6支自制探筆。而軟件部分應(yīng)用的是圖形化編程環(huán)境LabVIEW開發(fā)的電子測量儀器平臺軟件。硬件和軟件的配合使得這一平臺可以更好地服務(wù)于各類科研工作和工程設(shè)計，儀器平臺系統(tǒng)具體組成。

1.1 硬件部分

基于虛擬儀器技術(shù)的電子測量儀器平臺的硬件部分中最關(guān)鍵的就是數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡的種類是相對比較多的，但是一般情況這類型平臺中應(yīng)用的是PCI—6221數(shù)據(jù)采集卡。這種型號的卡相較于其他型號的數(shù)據(jù)采集卡性價比是比較高的。它的接入方式是PCI總線方式接入計算機(jī)系統(tǒng)，這種輸入通道的輸入口比較多，所以采集率也是很高的。不僅如此，PCI—6221數(shù)據(jù)采集卡的安裝也是非常簡單的。將這一型號的數(shù)據(jù)采集卡插在PCI卡槽中，然后啟動驅(qū)動系統(tǒng)，最后通過電腦軟件對這一數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行編程進(jìn)而對他進(jìn)行控制。因而相對其他型號的數(shù)據(jù)采集卡，這一采集卡因?yàn)樾阅芎谩惭b方便，所以應(yīng)用是比較廣泛的。

1.2 軟件部分

軟件部分是整個平臺應(yīng)用開發(fā)的關(guān)鍵，核心。對于各類工程設(shè)計和科學(xué)研究工作的工作質(zhì)量和工作效率影響都是非常大的。軟件部分也需要借助很多設(shè)備來完成，其中包括信號源、示波器、直流電壓表、交流電壓表、電子計數(shù)器、掃頻儀、RLC測試儀。軟件應(yīng)用過程中，也要考慮到這些硬件設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。

通過對這些儀器的分析，最終決定結(jié)合LabVIEW軟件開發(fā)的特點(diǎn)，這樣設(shè)計出來的虛擬儀器不僅和實(shí)際儀器有同樣的功效，而且有很多輔助功能，這些輔助功能對于精細(xì)化工程設(shè)計以及科研工作的進(jìn)行都有很大的作用。

2 儀器平臺關(guān)鍵技術(shù)

儀器平臺真正發(fā)揮作用對于應(yīng)用這一平臺的工作項(xiàng)目來說非常有利。但是要想保證儀器平臺的精準(zhǔn)化運(yùn)行，其中有很多關(guān)鍵性技術(shù)是非常必要且關(guān)鍵的。這幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)一旦出現(xiàn)誤差或者問題，整個平臺的運(yùn)行效率甚至是平臺系統(tǒng)運(yùn)行的精準(zhǔn)度都會受到影響。所以接下來我們就來具體探討分析一下儀器平臺的關(guān)鍵技術(shù)。

2.1 自適應(yīng)采樣率設(shè)置

基于虛擬儀器技術(shù)的電子測量儀器平臺開發(fā)對于很多工程設(shè)計工作以及科研工作的高效率、高質(zhì)量進(jìn)行是非常有必要的。上文中我們已經(jīng)提到了硬件設(shè)備中非常重要的就是數(shù)據(jù)采集卡，這一設(shè)備非常重要的一項(xiàng)作用就是采樣收集，但是最終要數(shù)據(jù)采集分析，所以對于數(shù)據(jù)采樣率的設(shè)置就是非常關(guān)鍵的。但是一般情況下的采樣率設(shè)置為了保證前后的一致性會使采樣率頻率固定不變。這種情況下采樣率如果要進(jìn)行調(diào)整必須重新打開系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，或者有的情況輸入頻率發(fā)生變化，程序就不能適應(yīng)性地提供固定的采樣倍數(shù)。但是隨著技術(shù)的不斷改進(jìn)，這一問題已經(jīng)得到了很好的解決。現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了一種反饋?zhàn)詣诱{(diào)節(jié)頻率的系統(tǒng)。首先，默認(rèn)采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)進(jìn)行采集，而后對單個頻率進(jìn)行收集采樣，將收集到的頻率與自身設(shè)置的頻率依次進(jìn)行比較。如果頻率與設(shè)置頻率一致繼續(xù)進(jìn)行采集工作，如果收集到的頻率與設(shè)置頻率不大相同，系統(tǒng)就會將這一信息反饋到采樣頻率設(shè)置，從而進(jìn)行調(diào)整繼續(xù)進(jìn)行采樣工作。

2.2 儀器算法

儀器平臺的精準(zhǔn)化運(yùn)行離不開儀器算法，但是算法又會受到很多相關(guān)設(shè)備的影響。所以相關(guān)設(shè)備的設(shè)計使用都是非常關(guān)鍵的。首先，信號源就非常關(guān)鍵，信號源是以雙通道DDS型信號發(fā)生器為原型的，所以對條件結(jié)構(gòu)的控制選擇更加科學(xué)。與此同時，它的輔助功能也可以幫助我們實(shí)現(xiàn)波形數(shù)據(jù)存儲等功能。其次，電子計數(shù)器也是非常必要的，電子計數(shù)器測量周長和測量頻率為基本原理，但是因?yàn)椴煌こ淘O(shè)計或者科研工作對于它的要求不同，電子計數(shù)器通過程序編程控制實(shí)現(xiàn)了測周和測頻的自動選擇切換。而后就是交流電壓表、掃頻儀、示波器以及RLC測試儀和直流電壓表。交流電壓表的主要作用在于對其中電波地參數(shù)進(jìn)行檢測分析，因?yàn)閷Ω黝悈?shù)都進(jìn)行了科學(xué)的研究，所以我們自身進(jìn)行比較也會更加方便，這對于整個過程的儀器平臺保持正常運(yùn)行也是非常必要的。掃頻儀與交流電壓表有較大的差距，主要實(shí)現(xiàn)掃頻和點(diǎn)頻作用，我們通過對整個過程的頻率變化進(jìn)行監(jiān)控檢測，可以及時鏈接整個平臺每個環(huán)節(jié)的運(yùn)行情況，對環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)督調(diào)控。儀器平臺應(yīng)用的示波器與我們使用的實(shí)際示波器也存在很大的差別，實(shí)際示波器在應(yīng)用過程中存在只改變波形而不改變網(wǎng)絡(luò)造成的界面不友好情況，但是虛擬儀器中應(yīng)用程序編程很好地避免了這類情況的發(fā)生。虛擬RLC測試法是儀器算法的中心體現(xiàn)，它應(yīng)用了伏安法的自由軸法來實(shí)現(xiàn)計算。而直流電壓表也是通過對虛擬數(shù)據(jù)采集卡的編程進(jìn)行控制，通過這種控制使直流電壓表更好地執(zhí)行顯示功能，此外，還執(zhí)行一定的報警功能。

2.3 儀器平臺的功能測試與分析

雖然對儀器平臺進(jìn)行了精細(xì)的策劃，但是要保證它最終的性能還是應(yīng)該通過一定的功能測試和分析來進(jìn)行確認(rèn)甚至是調(diào)整。已經(jīng)有很多科學(xué)家對此進(jìn)行了深入地研究，研究結(jié)果顯示基于虛擬儀器技術(shù)的電子測量儀器平臺相對于顯示現(xiàn)實(shí)儀器的使用是有很大的便利的。這個在功能測試過程中表現(xiàn)得淋漓盡致，基于虛擬儀器技術(shù)的電子測量儀器平臺在可操作性、實(shí)用性等方面都是非?？煽康?。尤其在電子測量方面的精準(zhǔn)度、便利性方面都可以很好的替代實(shí)際的電子測量儀器。

3 結(jié)語

實(shí)際電子測量儀器雖然現(xiàn)在已經(jīng)非常精準(zhǔn)了，但是仍然存在儀器笨重、攜帶不利、精準(zhǔn)度不穩(wěn)定等方面的影響。基于虛擬儀器技術(shù)的電子測量儀器平臺開發(fā)研究幫助我們解決了這一問題?；谔摂M儀器技術(shù)的電子測量儀器平臺充分地利用了計算機(jī)的強(qiáng)大計算能力以及編程控制等設(shè)計方法，以現(xiàn)實(shí)電子測量儀器為依據(jù)，結(jié)合了各類新興技術(shù)實(shí)現(xiàn)了虛擬儀器的電子測量儀器平臺的開發(fā)應(yīng)用。這也有利于科研工作者和工程設(shè)計者，如果這一平臺得到廣泛應(yīng)用，那么各類測量工作的效率就會大大提升。

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