关键词：虚拟仪器；计量；计量注意事项
1 虚拟仪器
虚拟仪器是目前流程的新型仪器，往往以一台电脑为主体，插入相应的DAQ数据采集卡，与形式多样的各种传感器组成几台甚至几十种虚拟仪器，将其融为一体，并广泛应用。该技术因其高准确度性和操作简单性给测量带来一系列的方便，而深受欢迎。以软件为主的测量系统充分发挥了计算机网络的优点，最大限度上提高了工作效率。
1.1 基本结构
虚拟仪器通常是由测试硬件模块、计算机和测控软件构成，在一个虚拟仪器系统里，测试信号被软件控制的硬件模块数字化处理后，再通过软件对数字信号进行进一步的分析处理，最后由软件完成结果的记录和输出。而用户对仪器的各项操作也是通过软件主成的界面实现的，软件开发使虚拟仪器功能更强大、更新更方便，使用更简便。
1.2 软件核心
虚拟仪器技术是测量技术和计算机技术相结合形成的测试技术。我们可以把虚拟仪器看作是由个人计算机、信息采集硬件和能够进行二次开发的应用软件共同构成的测试系统。其中信息采集硬件是虚拟仪器实现测试功能的基础，而功能强大的软件则是虚拟仪器的核心。
通过软件工具，用户不仅可以最大限度地发挥硬件系统的测试潜力，还可以根据实际需要，自由定义开发出最合适的测控系统。由于软件开发性和创造性，虚拟仪器功能灵活多样，且易于移植和扩展升级。虚拟仪器类的各项功能都是通过软件最终实现的，而软件的核心作用正是虚拟仪器区别于传统测试仪器的本质特性。因此有厂家提出了“软件即仪器”的概念，随着虚拟仪器技术的不断发展，该概念也逐渐得到认同。
1.3 技术特点
传统仪器开发周期长，耗费大量人力物力，导致成本较高，价格昂贵，而且传统电子仪器容易存在元件老化等问题，维护费用高，使用寿命短。而虚拟仪器开发维护费用低，只需要增加软件模块和硬件模块就可以增添新的功能，而且不像传统电子仪器那样存在元件老化问题，相比之下省去了维护修复费用，且开发周期短，成本低，性价比较高。
2 计量检定存在的问题
对于传统仪器，其计量测试相对容易，计量人员可以根据国家、部门或地方颁布的计量检定规程开展具体计量工作。但对于虚拟仪器来说，计量检定主要存在以下几个问题。
2.1 缺乏合适的计量检定规程
由于检定规程的颁布存在一定的滞后，现在技术法规基本均针对测试功能相对单一的传统仪器。而虚拟仪器技术相对较新，类型众多而同型仪器数量不多，常为多参数综合测试系统，造成几乎没有相关虚拟仪器的计量检定规程。
2.2 缺乏合适的测试基础
现有的各类技术校准设备通常是针对通用设备研制的，往往只适用于单一功能的仪器，如示波器校准仪，三用表校准器等。对于多功能虚拟仪器系统，很难用一个单参数基准完成其所有参数的量值传递。而虚拟仪器系统往往需要进行现场计量，直接将多个 高精度的计量标准拿到工作现场进行计量也不太现实。
2.3 缺乏软件计量确认操作规范
目前各类仪器均积极利用软件技术，扩展功能，改善性能。例如传统的数字示波器已不仅只限于显示存储信号波形，还能给出信号的简单频谱分析，实现信号间数字运算；对于虚拟仪器而言，软件对仪器的功能和性能更有决定性影响。因此仪器的计量确认理应包括对软件的控制，以保证计量过程和结果的有效。但目前对于仪器软件的计量确认仍然没有相应的计量技术法规，对用户自行开发的测控软件缺乏必要的监控。
需要指出的是，软件的计量确认不同于软件测试，软件测试应该归纳为软件开发规程中的一个组成环节，而且软件测试的目的应理解为发现软件中存在的错误。软件测试并不是对软件的计量确认。
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3 解决办法
虚拟仪器是由硬件与软件两部分组成，对于一台虚拟仪器的计量，被计量的是仪器的性能，而非仪器硬件或软件单独的性能。虚拟仪器的测量准确度与所采用的虚拟仪器卡的准确度及测试软件有关，而测试软件中的算法等在设计时已经考虑，A/D转换后的数据所作的数学算法不宜作为评价的内容。数据的数学变换过程必然影响测量的准确度，但是仪器的计量采用的是“端对端”的比较，被校仪器的示值已经包含了信号测量和数据处理两个过程的影响因素，如果在仪器计量工作中，加入数学算法的评价，不仅是重复工作，而且偏离了计量工作的主要方向。
仪器不管如何分类，其使用都是提供测试量值，软件只是实现仪器功能的一种手段。因此，如果仪器最终的测试数据符合量值要求，其软件的适用性自然得到验证。所以对虚拟仪器的软件计量，总的来说应该结合仪器的实际应用，以功能验证和使用管理为主。
3.1 量值确认
基于上述认识，我们可以把虚拟仪器看作是传统仪器进行计量，尤其是那些功能与传统仪器一致的虚拟仪器模块，如示波器模块、信号发生器模块、数字多用表模块等，可以直接参考已颁布的计量检定规程。对于缺乏对应检定规程的仪器或模块，可以参考仪器制造商提供的检测方法。在一定程度上，厂家提供的检测方法，可能比检定法规更适合作为仪器量值的确认依据。
3.2 功能验证
对于模块化综合测试系统，难以简单地依据检定规程进行计量，计量人员可依据各个部件的技术指标，开展校准工作，该方法是化繁为简，将复杂的测试系统分解为独立功能的部件，通过对各个独立功能部件的校准，达到整体校准的目的。有些测试系统上的部件现场无法校准，需要送计量部门检定，如传感器、微波器件等。但这些部件拆卸有可能造成损坏或故障，重新安装又可能造成定位不准确，连接有损耗等问题。所以这种方法适合于设备中被测量的各个参数是相对独立的，各参数测量模块也相互独立的测试系统。
3.3 软件确认
由于仪器量值溯源和功能测试过程，实际上也包括了对软件的适用性确认，故软件管理实际上成为软件计量的关键内容。因此，在软件开发过程中，应该使软件尽可能完善，对于修改的数据应能显示修改痕迹，做到对于有疑点的数据有据可查，避免数据人为改动。尤其是虚拟仪器软件开发的灵活性和开放性，软件的修改更新等均应做好记录，软件调整后应重新组织进行灌装、验证和确认，并做好标识，及时归档，确保测试结果有效。此外，对系统的日常维护也应有相应的记录，并确保软件在规定的使用条件下进行。
4 计量注意事项
4.1 明确计量软件的标识，确保为有效版本
虚拟仪器测控软件经常有升级，不同生产日期生产的相同型号的仪器，通信接口和测试软件却不相同。国外的测控软件有的也分简易版本和原版。因此，确认每种被校虚拟仪器测试软件的有效性，确保正常的计量显得尤为重要。
4.2 正确使用通信方式
不同的虚拟仪器所采用的通信方式各有不同。接口及通信链接，关系到计量系统能否正常通信。每一个模块对应一个IP地址，所以在计量前应清楚MAC地址和不同编号的模块所对应的IP地址。
4.3 注意测量范围
计量过程中，要注意测控模块的各参数范围和软件虚拟面板显示的数据范围，不能按照虚拟面板上表盘等指示控件的范围想当然地确认虚拟仪器的输入参数的范围，因此随着应用软件的模块化，虚拟仪器的显示界面并非按照测控模块量身定做。
4.4 确认被校仪器技术指标
虚拟仪器属于间接测量原理；其仪器技术指标与硬件平台指标有较大差异，计量时容易混淆其中的差别，导致指标提法和应用的混乱，在计量时应予以注意。
参考文献
［1］IS010012-2003.测量管理体系测量过程和测量设备的要求。
姓名：施胜华（1982.04）；性别：男，籍贯：江苏省南京市，学历：本科，毕业于空军第一职工大学；现有职称：工程师；研究方向：计量技术；
论文作者:施胜华
论文发表刊物:《科技新时代》2017年12期
论文发表时间:2018/1/29
标签：软件论文; 虚拟仪器论文; 仪器论文; 测试论文; 功能论文; 模块论文; 测量论文; 《科技新时代》2017年12期论文;