虚拟仪器技术有哪些应用(谈虚拟仪器技术在测控系统中的应用)

本文介绍了虚拟仪器在实际测控系统中的应用。自动测试系统由多功能数据采集卡和信号调理电路组成。软件开发基于专业测控工具LabWindows/CVI，实现数据采集、分析和处理。整个测控系统经济、易于操作、易于改进和扩展。同时，与基于传统开发平台的测控系统进行了比较。

:虚拟仪器；lab windows/CVI；数据采集

1.介绍

虚拟仪器是以全新的理念设计和开发的仪器。这是20世纪90年代发展起来的一项新技术。虚拟仪器技术是利用高性能模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种自动测试、过程控制、仪器设计、数据分析和自动化应用。灵活高效的软件可以帮助您创建完全定制的用户界面。其基本思想是在仪器设计或测试系统中尽可能用软件代替硬件，即“软件就是仪器”。它在通用的计算机平台上，根据用户的需求，定义和设计仪器的测试功能。其实质是充分利用最新的计算机技术来实现和扩展传统仪器的功能。这类测试仪器基于软件的硬件功能给测试仪器带来了深刻的变化，因此虚拟仪器代表了当前测试仪器的发展方向。

2.虚拟仪器的特点和组成

2.1虚拟仪器的特点

与传统仪器相比，虚拟仪器具有高效、开放、易用、灵活、功能强大、性价比高、可操作性好等明显优势。

2.2虚拟仪器的组成

虚拟仪器的构建主要从硬件电路设计、软件开发和设计两个方面考虑。

根据我们目前已经完成的测试设备，硬件电路的设计一般是选择现有的具有不同功能的板卡和信号调理板。所选板卡的功能包括：高速数据采集和信号转换；信号输出和控制；数据的模数转换。任何种类的虚拟仪器都可以通过将具有一种或多种功能的板与信号调理板相结合来构建。例如，使用高速数据采集板和高速实时数据处理可以形成示波器、数字化仪或频谱分析仪；利用数字信号输入输出板和实时数据处理，可以构成一个函数发生器、一个信号源或一个控制器。

3.虚拟仪器在实际测控系统中的应用

3.1虚拟仪器在机载电子测控系统中的应用

测控系统在机载部件中起着重要的作用。提高测控系统的精度和测试能力对全机性能分析具有重要意义。我们主要完成了基于虚拟仪器的各种继电器盒和开关盒测控系统的测试。利用数字采集板和工控机，在LabWindows/CVI开发平台上实现了对，整个测试的电压采集、对各继电器盒的逻辑状态和延时。

3.1.1测试系统的组成

整个测控系统由美国， ni公司的LabWindows/CVI8.0、华，的PCI_1751 48通道数字输入/输出板、两块PCI_1754 64通道数字输入板、两块PCLD_785B 24通道继电器输出板、六块PCLD_782 24通道光电隔离数字输入板、一块PCL_818L 16通道A/D转换板、若干块信号调理板和工控机组成。

测控系统的数据采集和处理采用虚拟仪器测量平台。测控部分的主要作用是参与被测产品的控制、测试数据的处理和量化，并驱动测试数据的显示；工控机通过数字输出板和继电器输出板转换成被测产品的模拟控制信号；被测产品采集的电气逻辑信号通过光电隔离数字输入板转换成数字信号，并通过数字输入板传输到工控机；此外，模数转换

整个平台系统采用美国国家仪器公司虚拟仪器专用开发平台——LabWindows/CVI系统。由于CVI在标准C语言(Ansi C)的基础上增加了仪器控制和工具函数库的虚拟仪器开发软件，其集成开发平台、交互式编程方法、丰富的面板功能和函数库功能使其自身功能更加强大，应用更加方便。界面可以在虚拟现实中设计，使得对方言人机界面直观友好。

由于被测产品种类多，属性强，系统测控平台的用户界面采用下拉菜单，使得被测产品一目了然，便于选择。

3.2基于虚拟仪器的测控平台在测控系统中应用的几项关键技术

3.2.1采用系统时钟方法改进软件时间测量

为了获得测试过程中的延时继电器时间，一种方法是用定时器/计数器板计数，另一种方法是用系统时钟计数。由于所需测试时间为秒，所需误差为20%，后一种方法完全可以实现。首先，可以节约成本；其次，购买的计算机不需要配备额外的插槽，从而节省空间。程序中使用了以下函数来获得高精度的时间，其精度可以达到毫秒级。

3.2.2测控系统采用数据库管理技术

由于实验室视窗/计算机虚拟仪器开发平台可以方便地使用美国尼公司开发的SQL工具包，大量的测试数据可以以数据库的形式存储和查询。

在测控系统中，可以通过产品名称、零件号、时间、测试结果、温湿度、测试仪、质量控制器等设置字段进行保存。并完成一组产品记录。通过查询产品的零件号和时间可以调出每个产品的测试记录，减轻了人工管理的不便，提高了工作效率。

3.2.3调用ActiveX自动编程技术，打印生成Excel表格

ActiveX自动化是一种可以将单个应用程序与其他应用程序相结合的方法。Lab Windows/CVI提供的ActiveX控件可以直接调用Excel程序，利用这些控件提供的对函数从Excel表中操作，从数据库中读取测试数据，转换并填写单元格，最后自动生成产品的正式简历并打印出来。

3.3基于虚拟仪器的测控平台与通用测控平台的比较

利用LabWindows/CVI开发工具，不同的信号可以方便地采集并保存在同一个程序中。继电器盒测试系统过去有一个用Visual C开发的测试平台，与基于虚拟仪器的测控平台相比，在该系统中它们的功能实现和维护有很大的差距。

首先，用Visual C开发的测试平台没有用虚拟仪器开发的测控平台简单方便。借助LabWindows/CVI交互式开发平台，开发人员可以轻松设计出实用、直观、功能强大的测控程序。基于虚拟仪器的测控平台由于使用了NI公司开发的SQL Toolkit，大大节省了开发时间，提高了测试软件的性能。由于LabWindows/CVI开发的基于虚拟仪器的测控平台软件代码模块化，新的控制算法只需改变相应的算法模块，大大提高了编程效率，缩短了开发时间。

4.结束语

利用虚拟仪器技术可以避免传统仪器复杂的特殊电路设计，从而提高仪器设计和使用的快速性和方便性。由于使用软件实现各种仪器功能，仪器的灵活性大大提高，需要什么样的功能只需要修改相应的程序，从而节省了大量购买特定仪器的费用。虚拟仪器技术在测控领域有着广阔的应用前景，值得进一步研究和推广。