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淺議變壓器電參數(shù)測(cè)試儀運(yùn)轉(zhuǎn)情況和框架前瞻

1計(jì)算機(jī)與微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展推動(dòng)了淺議變壓器電參數(shù)測(cè)試儀運(yùn)轉(zhuǎn)情況和框架前瞻，多年技術(shù)老套，功能更新緩慢。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，隨之而來(lái)的新學(xué)科、新技術(shù)以及新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，這就給作為信息技術(shù)源頭和基礎(chǔ)的測(cè)量行業(yè)提出了新的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)儀器在面對(duì)被測(cè)精度越來(lái)越高，功能越來(lái)越強(qiáng)，速度越來(lái)越快以及測(cè)量參數(shù)越來(lái)越復(fù)雜的場(chǎng)合中，其局限性明顯地反映出來(lái)，甚至對(duì)某些新的被測(cè)對(duì)象傳統(tǒng)儀器顯得無(wú)能為力。然而，計(jì)算機(jī)與微電子技術(shù)的高速發(fā)展無(wú)疑給儀器儀表業(yè)注入了新的活力，由于計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的功能支撐使得各種微機(jī)化的新型儀器應(yīng)運(yùn)而生，特別是80年代后期，國(guó)外提出了一種全新的儀器儀表概念―――虛擬儀器。虛擬儀器概念的提出為測(cè)量與控制領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)了空間，為儀器儀表的更新?lián)Q代帶來(lái)了機(jī)遇，同時(shí)，使進(jìn)入信息時(shí)代的人們?cè)跍y(cè)量觀念上產(chǎn)生了更多的新思想和新概念。
　　2虛擬儀器的定義及特點(diǎn)
　　儀器的基本功用就是：信息采樣控制、信息分析處理、信息指示表達(dá)。淺議變壓器電參數(shù)測(cè)試儀運(yùn)轉(zhuǎn)情況和框架前瞻，是以固化的電路結(jié)構(gòu)來(lái)完成的，其專(zhuān)業(yè)性很強(qiáng)，用戶無(wú)法改變儀器的測(cè)量功能，因此測(cè)量功能單一，使用場(chǎng)合狹窄，從采樣、分析、到數(shù)據(jù)處理全部由人工操作，效率低，可靠性差。如果將上述三大功能塊放在計(jì)算機(jī)上，充分利用計(jì)算機(jī)的軟件Π硬件優(yōu)勢(shì)，就可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、分析和處理，達(dá)到傳統(tǒng)儀器所達(dá)到的效果，這種方式突破了傳統(tǒng)儀器在測(cè)量速度、測(cè)量功能以及適應(yīng)范圍的局限，并且給用戶拓展了想象空間。用戶可根據(jù)實(shí)際測(cè)量需求，隨意修改軟件或增添硬件，設(shè)計(jì)自己的測(cè)量系統(tǒng)，達(dá)到一機(jī)多用的功效。
　　由于傳統(tǒng)儀器的采樣、分析和處理分別由計(jì)算機(jī)硬件和軟件完成，從而以往我們所看到的測(cè)量?jī)x器實(shí)體現(xiàn)僅被一臺(tái)通用型的計(jì)算機(jī)所代替，測(cè)量者面對(duì)的操作儀器就是一臺(tái)計(jì)算機(jī)。
　　計(jì)算機(jī)內(nèi)部安裝的數(shù)據(jù)采集卡的作用就是實(shí)現(xiàn)信息采樣和傳輸，測(cè)量者可通過(guò)自行編制的應(yīng)用軟件對(duì)被測(cè)信息進(jìn)行分析處理，并按測(cè)量者的意愿（顯示或打?。┹敵鰷y(cè)量結(jié)果。整個(gè)測(cè)量過(guò)程僅僅是通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)屏幕上生成的儀器面板的操作而完成的。
　　綜上所述，虛擬儀器的定義可為：通用計(jì)算機(jī)加上一組軟件Π硬件，通過(guò)鼠標(biāo)或鍵盤(pán)操作，實(shí)現(xiàn)測(cè)量功能，達(dá)到傳統(tǒng)儀器所達(dá)到的測(cè)試效果。不難看出，虛擬儀器是一種現(xiàn)代化的儀器，其實(shí)質(zhì)相當(dāng)于一臺(tái)多功能的通用測(cè)量?jī)x器，它的功能不再由按鈕和開(kāi)關(guān)的數(shù)量來(lái)限定，而是取決于計(jì)算機(jī)配備的硬件和內(nèi)部安裝的應(yīng)用軟件。虛擬儀器的主要特點(diǎn)為：軟件為核心。一但虛擬儀器的硬件確定，它的測(cè)量功能主要由內(nèi)部軟件而決定，規(guī)模可通過(guò)軟件的修改而增減。
　　靈活方便，用戶自己定義。虛擬儀器打破了傳統(tǒng)儀器由廠家定義，用戶無(wú)法更改的模式，虛擬儀器技術(shù)給用戶一個(gè)自由發(fā)揮才能的天地，用戶可根據(jù)自己不斷變化的需求，方便靈活地重組測(cè)量系統(tǒng)，系統(tǒng)的擴(kuò)展、升級(jí)都可隨時(shí)進(jìn)行，周期短，見(jiàn)效快，能充分地滿足用戶不同場(chǎng)合的需求。
　　系統(tǒng)的開(kāi)放性強(qiáng)。虛擬儀器具有與其它設(shè)備互聯(lián)的能力，如可通過(guò)與網(wǎng)絡(luò)或其它**外設(shè)的連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)和管理，這種互聯(lián)能力使測(cè)控系統(tǒng)的功能顯著增加，應(yīng)用領(lǐng)域明顯擴(kuò)大。
　　性價(jià)比高。虛擬儀器之所以能達(dá)到一機(jī)多用的功效，淺議變壓器電參數(shù)測(cè)試儀運(yùn)轉(zhuǎn)情況和框架前瞻，是由于它測(cè)量功能的設(shè)置極為方便，技術(shù)更新周期短，系統(tǒng)組建時(shí)間少，同時(shí)由于測(cè)量時(shí)完全采用數(shù)字化，降低了環(huán)境干擾和系統(tǒng)誤差的影響，從而節(jié)省了硬件環(huán)節(jié)，也減少了測(cè)試系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成本和維護(hù)成本，所以經(jīng)濟(jì)實(shí)用。
　　虛擬儀器的特點(diǎn)遠(yuǎn)不止上述幾點(diǎn)，它的實(shí)用性、開(kāi)放性、可靠性均有很大的優(yōu)勢(shì)，毫無(wú)疑問(wèn)，虛擬儀器是現(xiàn)代電子技術(shù)發(fā)展的必然，是未來(lái)測(cè)控領(lǐng)域的中堅(jiān)。
　　3虛擬儀器系統(tǒng)
　　目前虛擬儀器系統(tǒng)的基本構(gòu)成為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、GPIB儀器控制系統(tǒng)、VXI計(jì)算機(jī)總線系統(tǒng)以及三者之間的任意組合。系統(tǒng)框如下：虛擬儀器系統(tǒng)框圖從系統(tǒng)框圖中可見(jiàn)，虛擬儀器主要組成部分為硬件和軟件兩類(lèi)。硬件是基本的框架，是系統(tǒng)的支撐，軟件是儀器的靈魂，是系統(tǒng)運(yùn)作的關(guān)鍵，下面就兩部分分別給予介紹。
　　3.1虛擬儀器的基礎(chǔ)―硬件
　　虛擬儀器的基本硬件為計(jì)算機(jī)和信號(hào)采信集調(diào)理部件，計(jì)算機(jī)自身包括微處理器、儲(chǔ)存器顯示器等部件，其功能是完成信息儲(chǔ)存、顯示和處理。而信號(hào)采集調(diào)理部件則可為GPIB儀器控制模塊，VXIΠPXI、儀器模塊Π總線標(biāo)準(zhǔn)模塊以及數(shù)據(jù)采集卡，其功能是完成對(duì)信號(hào)的采集、傳輸。上圖框架中串行口儀器/PCL、現(xiàn)場(chǎng)總線（Fieldbus）設(shè)備是用于過(guò)程控制系統(tǒng)和工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)。
　　3.2虛擬儀器的核心―軟件
　　“軟件就是儀器”，這種提法的確道出了軟件在虛擬儀器中的地位。虛擬儀器的軟件主要是開(kāi)發(fā)平臺(tái)軟件和用戶應(yīng)用軟件。不管您以前會(huì)不會(huì)編程，只要從開(kāi)發(fā)平臺(tái)軟件中選到滿意的編程工具就可為自已開(kāi)設(shè)一個(gè)方便輕松的開(kāi)發(fā)環(huán)境，從而使應(yīng)用軟件的編制變得十分的簡(jiǎn)單。應(yīng)用軟件，是用戶自行編制的控制、測(cè)試、分析和運(yùn)算程序，它決定著測(cè)量功能、測(cè)量過(guò)程，同時(shí)擔(dān)負(fù)著信號(hào)的判斷、分析和處理等重任，虛擬儀器系統(tǒng)運(yùn)行是否成功，在很大程度上取決于應(yīng)用軟件，所以，硬件僅僅是為了解決信號(hào)的輸入與輸出，軟件才是系統(tǒng)的關(guān)建。
　　虛擬儀器的應(yīng)用軟件主要包括儀器驅(qū)動(dòng)程序、軟面板程序和實(shí)用測(cè)試程序。驅(qū)動(dòng)程序的主要作用是使儀器在使用前處于待預(yù)置狀態(tài)，也就是說(shuō)對(duì)儀器進(jìn)行初始化，使儀器處于準(zhǔn)備狀。軟面板程序的作用是提供一個(gè)虛擬的儀器圖視面板，面板上可標(biāo)出類(lèi)似傳統(tǒng)儀器的開(kāi)關(guān)和按鈕，操作者可通過(guò)鍵盤(pán)或鼠標(biāo)對(duì)屏幕上生成的面板進(jìn)行類(lèi)似傳統(tǒng)儀器的各種操作。應(yīng)用軟件的編制可采用NI公司的LabVIEW或HP公司的VEE圖形化編程工具，也可用Compo2nentWorks支持的VC ，VB，elphi等**語(yǔ)言編寫(xiě)。
　　目前虛擬儀器產(chǎn)品的生產(chǎn)廠家很多，淺議變壓器電參數(shù)測(cè)試儀運(yùn)轉(zhuǎn)情況和框架前瞻，美國(guó)NationalInstruments（國(guó)家儀器公司）近些年來(lái)所推出的系列虛擬儀器技術(shù)硬件和軟件產(chǎn)品*具代表性，它為用戶開(kāi)發(fā)虛擬儀器提供了強(qiáng)大的支持，給測(cè)試、計(jì)量、工業(yè)自動(dòng)化提供了完整的解決方案，無(wú)論用戶需要組建什么樣的控制和測(cè)量系統(tǒng)，都可通過(guò)使用NI公司的硬件產(chǎn)品和軟件產(chǎn)品達(dá)到自已的目的。
　　4虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用舉例
　　4.1虛擬儀器在頻率自動(dòng)檢測(cè)中的應(yīng)用
　　頻率檢測(cè)的主要特點(diǎn)為：分時(shí)定點(diǎn)測(cè)量（1次Πh或1次Π12h）；采樣數(shù)據(jù)多（72～101個(gè)數(shù)據(jù)），連續(xù)測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)（24h～168h），并且數(shù)據(jù)處理繁雜（阿侖方差、*小二乘法等），由于大量的人工操作難免不使測(cè)量的可靠性、數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性受到影響，采用虛擬儀器技術(shù)可很好地解決實(shí)測(cè)中的問(wèn)題。下圖為頻率自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)基本構(gòu)成圖，分兩部分即虛擬測(cè)量部分和頻率比對(duì)部分。
　　自動(dòng)測(cè)頻系統(tǒng)框圖虛擬測(cè)量系統(tǒng)的硬件主要是計(jì)算機(jī)和信號(hào)采集調(diào)理部件，信號(hào)調(diào)理部件可以是GPIB儀器模塊、VXI儀器系統(tǒng)或數(shù)據(jù)采集卡，它們的作用是完成數(shù)據(jù)的取樣、傳輸。系統(tǒng)應(yīng)用軟件可采用**語(yǔ)言VC 5.0和Delphi3.0編寫(xiě)，其中驅(qū)動(dòng)程序、時(shí)序控制程序、測(cè)試程序和運(yùn)算程序用VC 5.0編寫(xiě)，儀器的軟面板程序可用Del2phi3.0編寫(xiě)。
　　當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)，首先計(jì)算機(jī)運(yùn)行驅(qū)動(dòng)程序即對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，然后計(jì)算機(jī)根據(jù)測(cè)量者對(duì)軟面板的操作調(diào)用有關(guān)測(cè)試程序，進(jìn)入某項(xiàng)指標(biāo)測(cè)試階段，被測(cè)信號(hào)經(jīng)頻率變換后送入GPIB接口儀器，計(jì)算機(jī)根據(jù)程序的指令將數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)通道分時(shí)地采入計(jì)算機(jī)內(nèi)，當(dāng)計(jì)算機(jī)軟件檢測(cè)到所有的原始數(shù)據(jù)采集完畢，計(jì)算機(jī)開(kāi)始運(yùn)行數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)處理程序，*后將測(cè)量結(jié)果顯示在屏幕上或直接打印在檢測(cè)證書(shū)上。
　　5虛擬儀器的應(yīng)用前景
　　盡管有許多專(zhuān)用儀器如射頻、微波發(fā)生器等還不宜用計(jì)算機(jī)控制，并且不少用戶對(duì)獨(dú)立的數(shù)字萬(wàn)用表、低端示波器以及計(jì)數(shù)器仍然情有獨(dú)鐘，但是，隨著測(cè)控領(lǐng)域的范圍不斷拓寬、多學(xué)科的不斷**與融合以及信息時(shí)代被測(cè)對(duì)象的電子含量越來(lái)越高，傳統(tǒng)儀器在測(cè)量范圍、測(cè)量精度和測(cè)量速度等方面的局限性終將會(huì)突出地表現(xiàn)出來(lái)。譬如在實(shí)際測(cè)量中，當(dāng)面對(duì)復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)合，有時(shí)我們找不到一臺(tái)合適的儀器，或者需要?jiǎng)佑枚嗯_(tái)儀器。同時(shí)在儀器的更新改造方面，我們同樣發(fā)現(xiàn)，難于買(mǎi)到適用性很強(qiáng)的儀器，或者是所要購(gòu)置的儀器太昂貴，即便高價(jià)購(gòu)進(jìn)，又有使用年限的問(wèn)題，在這種情況下，我們發(fā)現(xiàn)，虛擬儀器技術(shù)能使上述問(wèn)題迎刃而解。由此可見(jiàn)，儀器儀表與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，是未來(lái)儀器與測(cè)控技術(shù)發(fā)展的主潮流。隨著計(jì)算機(jī)與微電子技術(shù)的不斷發(fā)展以及對(duì)測(cè)控領(lǐng)域的不斷滲透，未來(lái)的測(cè)量與控制領(lǐng)域?qū)?huì)有更多的虛擬儀器，由于被采集的信息直接以數(shù)字的形式輸入給計(jì)算機(jī)，所有分析和處理都由計(jì)算機(jī)來(lái)完成，人們將很自然地不再去關(guān)注計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代儀器的界限，而是關(guān)注計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代儀器相結(jié)合能夠解決什么樣的問(wèn)題。正因?yàn)橛?jì)算機(jī)與現(xiàn)代儀器的日漸趨同，未來(lái)測(cè)控領(lǐng)域的主要角色必是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展起來(lái)的虛擬儀器及網(wǎng)絡(luò)儀器，相信，不久的將來(lái)，虛擬儀器的功能會(huì)更強(qiáng)，速度會(huì)更快，精度會(huì)更高，成為測(cè)控領(lǐng)域的主要工具，以不可逆轉(zhuǎn)的力量帶動(dòng)和促進(jìn)未來(lái)測(cè)量技術(shù)與控制技術(shù)的**。