儀表測量技術是測量學的一個重要分支。儀表測量技術隨著科技的發(fā)展，已邁入一個全新領域，測量儀表和計算機之間的界限正逐步消失。沒有測量就沒有鑒別，科技就不能發(fā)展和前進。測量必須依據標準和規(guī)范按照正確測試方法進行，并以相關規(guī)定標準極限參數作為依據。

測量學與測量儀表的發(fā)展大致經歷4個階段：模擬式、數字化、智能型和虛擬型測量儀表。隨著科學技術的發(fā)展，誕生了自動測試系統，它是將計算機、通信和檢測技術有機地結合的新興技術。它經歷了3個時期：

(1)組合總裝配化時期：把多種不同功能的程序控制器與多種不同功能的輸入輸出電路組合總裝配成一體的測試系統。這種測試系統的開發(fā)設計制造成本較高，維護困難，測試應用有一定局限性。

(2)標準化接口測試時期：這類測試系統應用專門的接口，按需要實施測試功能的改變，它不僅組建方便，且使用靈活，性能優(yōu)越，獲得了廣泛應用。

(3)PC微機測試時期：應用微機與通信技術組合而成的“虛擬儀器”測試技術，給測試系統的騰飛上了一個全新臺階，對測試理論、測試方法等諸多方面產生了巨大影響。虛擬儀器系統是自動測試系統發(fā)展的方向和必然趨勢。

一、虛擬測量系統軟硬件技術

虛擬儀器控制面板是應用PC機顯示器的模擬仿真功能來顯示，它使用PC機軟件功能實現信號運算、分析與處理，通過I/O接口設備(卡)完成信號采集、測量和處理，使得各類測試功能得以完美實現。虛擬儀器系統由硬件和軟件兩部分組成。

1．通用儀器硬件平臺

組成虛擬儀器硬件平臺有兩個部分：

(1)PC機或工作站，是硬件平臺的核心；

(2)I/O接口設備；主要完成被測輸入信號的采集、放大、A/D轉換。按實際情況應用不同I/O接口設備(卡)、如數據采集板/卡(DAQ)、GPIB通用接口儀器總線、VXI總線儀器模塊和串口模塊等。

虛擬儀器面板上各類控制器件：如開關、按鍵、顯示器等器件模擬仿真了真實儀器的通、斷；測量信號的輸入通道、放大倍數等參數設置；測量的波形顯示、數值顯示結果均在微機顯示器獲得顯示。設計虛擬儀器面板的過程就是在前面板設計窗口中，從控制模板中選取、安排所需圖形控制器件。我們可應用虛擬儀器軟件的開發(fā)工具，應用圖形化編程語言，輕松完成一個實用且美觀的虛擬儀器前面板的設計。

2．軟件結構

虛擬儀器軟件由兩部分組成：

(1)應用程序：包括實現虛擬儀器面板功能的前面板軟件程序和定義測試功能的前面板軟件程序；

(2)I/O接口儀器驅動程序：用來完成特定外部硬件設備擴展、驅動與通信。

開發(fā)虛擬儀器，必須有合適的工具軟件。當前虛擬儀器的軟件工具已有多種，其一是文本式的編程語言軟件，如C、Visual C++、Visual Basic、LabWindows/CVI等；其二是圖形化編程語言軟件，如LabView、Agilent VEE等。在PC機為核心的硬件平臺支持下，通過應用軟件來實現測量功能，并可通過不同測試功能的軟件模塊來實現多種測試功能。

二、軟件系統設計要求

在組建自動測試系統時，必須采用國際上通用的總線和接口，軟件和硬件也必須采用開放式模塊化結構，使得整個測試系統互換性和互操作性好，系統標準化程度高，以方便與市場眾多的虛擬儀器兼容，且方便修改、更新和升級換代。

軟件設計必須達到以下要求：較高可靠性；較高效率；盡可能保持不同平臺和不同操作系統之間可移植性，不同測試接口之間最大兼容性及互換性和不同測試系統之間的通用性。在軟件設計時必須應用如下關鍵技術：

(1)為保證不同平臺和不同操作系統之間的可移植性，必須采用符合VPP(VXI Plug&Plag)規(guī)范軟件的開發(fā)環(huán)境；

(2)采用虛擬儀器軟件VISA軟件的結構技術，保證不同測試接口間最大的兼容性及互換性；

(3)采用VPP規(guī)范軟件的驅動程序結構，保證儀器驅動程序良好的兼容性及通用性；

(4)應用開放數據庫ODBC互聯技術及SQL數據庫查詢語言，保證軟件通用性；

(5)應用模塊化軟件結構的設計方法，提高系統軟件的靈活性、可移植性和可維護性，降低系統復雜性。

三、軟件操作面板的設計

VPP系統軟面板由主、副兩種類別面板組成：

主面板為操作用戶界面，在執(zhí)行過程中始終處于打開狀態(tài)，它可能處于非激活狀態(tài)，但在操作應用過程中必須打開且是可見的；

副面板是主面板調用的面板。

雖然主、副面板應用特點和格式有所不同，但均應為操作用戶提供退出或取消操作的方法和功能。

軟面板設計方法如下：由于必須使用在不同的平臺和計算機顯示器執(zhí)行完成各類操作，所以應保證軟面板在不同平臺和計算機顯示器之間是可移植的。軟面板在開發(fā)時應選擇其分辨力不大于640×480個像素的標準VGA顯示器，以便確保與高分辨力顯示器相兼容。

中、英文字體的選擇也應具備可移植性和易讀性。字體應與顯示器和平臺無關，在不同的平臺和計算機顯示器上所使用的字體應顯示相同大小和形狀。軟面板上的控制器和指示器都必須有標簽，每個標簽都應當恰當地表示它所代表的動作、意義明確。標簽編制完后，其顏色、字體、裝版與布局必須具備完美的易讀性、可移植性和顯示性。標簽應盡可能小，選擇淺淡的背景顏色與深色文本使得標簽醒目；字體選擇按照上述設計方法；當移植到其他窗口管理器上時，完美得體的字體裝版和布局是避免控制器上的標簽相互重疊的關鍵。

不同功能的控制器和指示器都必須是一致的、易讀的，標準控制器常規(guī)應有數字、邏輯、字符串與圖形等4個功能組。通過裝飾物來區(qū)別控制器和指示器屬于那種功能，裝飾物包含Raised Box、Raised Frame、Round Box等。副面板矩形標簽應配置connect、Cancel和OK等命令操作鍵。

軟面板應支持鼠標或鍵盤操作，各類功能的鍵盤操作可通過Tab鍵、箭頭鍵、空格鍵和Enter鍵組合完成。

四、自動測試網絡測控系統平臺

自虛擬儀器的概念提出以來，以軟件代替硬件、以圖形代替代碼、以組態(tài)碼代替編程，以虛擬儀器代替?zhèn)鹘y儀器組建自動測試系統平臺得到迅速發(fā)展。當前國內在虛擬儀器測控系統研究方面，多應用GPIB總線的臺式儀器，采用單臺儀器設備與PC微機連接，在局域網上組建測試系統，構成專用測試系統的居多。我們采用PXI總線儀器、VXI總線模塊儀器、GPIB總線臺式儀器、SCXI總線調理模塊、PC板卡儀器等進行多種總線儀器混合互連，構成了示波器、信號源、計數器、多用表、數據采集與圖像采集等多種儀器的連接，組成了集測量、控制和現場監(jiān)視為一體的自動測試系統平臺，使測量技術上了全新臺階。隨著微電子技術飛速發(fā)展，自動測試系統與計算機技術融為一體，使其測試內容更加豐富，目前世界多家著名公司已都致力于開發(fā)通過Internet網絡進行遠程測試的系統平臺。

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