1、数据采集器论文干式变压器论文基于数据采集器的虚拟仪器计量技术研究摘 要:提出一种便捷的虚拟仪器计量方法,介绍虚拟仪器的基本概念及在硬件平台中技术指标的计量检定方法,其技术指标对测量结果有较大的影响。利用软件产生符合硬件平台技术指标的仿真信号,根据虚拟仪器的软件算法对仿真信号进行处理得到测量结果,对结果进行统计分析得到虚拟仪器的综合性能指标。结果表明,这种方法能够准确地完成对虚拟仪器的计量检定工作。 关键词:数据采集;虚拟仪器;计量检定;硬件平台 Research on Metrology Technology of Virtual Instrument Based on Data Acquis
2、ition LI Tao1,YUE Ruihua1,TENG Honglei1,WANG Lin2 (1.Second Postgraduate Team,Second Artillery Engineering College,Xian,710025,China; 2.Legionary Delegacy of Second Artillery in Xiaogan,Xiaogan,432100,China) Abstract:A convenient metrology method of virtual instrument is proposed,the concept of virt
3、ual instrument,and metrology method of capability of hardware effect the result of measure primarily are introduced,the programme gives emulational signal accord with the capability of hardware,according to measure algorithm of virtual instrument deals with the signal,and the integrated capability o
4、f virtual instrument is gained from analysing results.The results show that this method can accomplish the metrology of virtual instrument Keywords:data acquisition;virtual instrument;metrology;hardware platform 近几年来,虚拟仪器技术发展迅猛,其体现的优点越来越明显,而基于数据采集器的虚拟仪器的优点更加明显,其所需硬件少、可扩展性强,一台虚拟仪器可以完成示波器、频谱分析仪、数字多用表等
5、功能。虚拟仪器的计量保障是保证仪器的测量精度的必要手段,但是,目前国内还没有针对这类虚拟仪器出台的计量检定规程。 1 虚拟仪器的基本概念 虚拟仪器是一种概念仪器,目前国际上还没有一个明确的标准和定义。虚拟仪器就是一种基于计算机的自动化测试仪器系统。普遍认为,所谓虚拟仪器就是采用计算机开放体系结构取代传统的单机测量仪器,对各种各样的数据进行计算机处理、显示和存储。虚拟仪器在基本原理上与传统仪器并无本质区别,但是在仪器原理的实现上,虚拟仪器与传统仪器却有以下所不同。 (1) 传统仪器侧重于硬件技术,仪器功能的实现主要依赖硬件电路,功能的扩展和性能的提高体现的是新材料、新工艺、新原理结构的发展。整个
6、仪器各部分耦合性强,关系密切,一般不能拆分。而虚拟仪器侧重是通用软、硬件平台,是数学模型、算法设计、软件手段与硬件技术的有机结合,最终实现仪器功能和性能。虚拟仪器较多地体现了数学理论、信息理论及信息技术的应用。 (2) 传统仪器受硬件、体积重量限制,实现功能较单一,技术更新也较慢,而虚拟仪器在同一硬件基础上,可以实现多种功能,随着数学研究和算法设计的发展,虚拟仪器可以实现的功能增长速度很快,性能提高也很快1。 2 虚拟仪器的计量检定 目前,国内还没有专门出台虚拟仪器的计量检定规程,现行虚拟仪器的计量检定还是根据与其测量功能相对应的传统仪器的计量检定规程进行计量,即每一种功能都以其最终表现形式进
7、行量传溯源,整个计量检定工作需要不同的计量标准仪器根据不同的测量功能提供不同的计量标准信号,即每一种功能按仪器整体进行计量检定。因为虚拟仪器每种功能都是建立在同一硬件基础上,按照传统仪器的计量检定方法,这会使计量检定工作陷入“疲于奔命”的尴尬境地,计量资源、技术支持、人员配置与培训等都难以满足性能仪器快速发展带来的计量需求2。 虚拟仪器的通用硬件和算法软件属于两个不同的领域,可以拆分,因此,其仪器主要构成部分的可分离性为虚拟仪器新的计量检定方法研究提供了可能。这里采用一种简单、便捷的计量检定办法对虚拟仪器进行计量,这种计量检定方法侧重的是软件及数学模型作为仪器的一部分所体现出的性能的评价,以及
8、它与硬件平台的性能最终合成虚拟仪器总体性能的溯源问题3。它的核心思想是先利用计量标准仪器对虚拟仪器的硬件平台进行计量,即对硬件平台在进行数据采集过程中的误差进行分析和评定,得到硬件平台的技术指标,如采集速率、转换精度等;利用软件产生符合硬件平台技术指标的仿真采样信号,而后仪器软件平台采用各种不同的算法对仿真信号进行处理,得到信号各种特征的测量结果,对结果进行统计分析得到虚拟仪器的性能指标。不同的测量功能对于硬件平台的技术指标和所需标准信号的要求是不一样的,因此,其产生的仿真信号也是不同的4。 2.1 静态测量特性评定 基于数据采集器的虚拟仪器的静态测试功能主要是直流电压、电流、电阻测量,电流、
9、电阻数字化测量的核心技术与电压数字化测量相同,不同之处是将电流、电阻转换为电压,因此,其计量检定方法与测电压功能的计量检定方法相同。其静态测量特性评定分为两个部分:硬件平台技术指标计量和软件平台技术指标计量。 2.1.1 硬件平台技术指标计量 硬件平台技术指标中对虚拟仪器静态测试功能影响较大的是转换精度,其采集速率的误差影响可以忽略5,因此只对其转换精度进行计量。硬件平台转换精度的计量可以利用 Fluke 5520A 标准校准源为其提供标准直流电压信号,让仪器对标准电压进行采样,对采样数据统计分析,可以得到硬件平台转换的系统误差 u 及标准不确定度 ,硬件平台转换过程中的测量误差 X 服从N(u,2)的正态分布。 2.1.2 软件平台技术指标计量 虚拟仪器软件平台主要是各种算法模型,其误差主要是各种算法的误差,每种算法的误差模型是不变的,而需将硬件平台的测量数据作为输入,计量方法一般是算法推导、仿真,因此,对软件平台技术指标的计量实际上是虚拟仪器软硬件平台技术指标合成的过程6,7。 在对软件平台技术指标的计量中,首先由软件产生符合硬件平台技术指标的仿真信号,即软件按照该硬件平台转换误差分布进行抽样,样本容量为 n,根据公式: Xi=X+Xi,i=1,2,n(1)
