1 引言

       隨著科學技術的發展，基於(yu) 計算機的測量儀(yi) 器，即我們(men) 常說的虛擬儀(yi) 器與(yu) 計算機聯係日益緊密，虛擬儀(yi) 器由於(yu) 設置靈活，數據處理功能完善等特點，應用範圍幾乎覆蓋了測試的各個(ge) 領域：從(cong) 數據采集、信號調理、聲音和振動測量、視覺、運動、儀(yi) 器控製、信號發生、信號測量、分布式I/O到CAN接口等工業(ye) 通訊領域無所不能，並且隨著計算機性能的不斷提高和虛擬儀(yi) 器卡的類型不斷增加，更多的用戶接受虛擬儀(yi) 器的概念，使得虛擬儀(yi) 器的運用範圍不斷擴大。

2 虛擬儀(yi) 器的構成

       傳(chuan) 統測試儀(yi) 器主要由輸入/輸出部分，電源部分，儀(yi) 器內(nei) 部核心，顯示控製單元等組成。對於(yu) 虛擬儀(yi) 器而言，顯示控製部分改由計算機實現，儀(yi) 器內(nei) 部核心部分為(wei) 各種類型總線結構的虛擬儀(yi) 器卡。虛擬儀(yi) 器作為(wei) 一種新概念的測試儀(yi) 器，就其功能而言，是真實的儀(yi) 器，具有與(yu) 傳(chuan) 統測試儀(yi) 器相同的功能；而虛擬儀(yi) 器中“虛擬”的含義(yi) 是指用軟件來實現傳(chuan) 統儀(yi) 器中許多硬件來實現的功能，其核心為(wei) 虛擬儀(yi) 器卡。為(wei) 了使硬件工程師也能夠完成測試軟件的編寫(xie) ，NI等公司除了提供虛擬儀(yi) 器的測試板卡外，還開發了專(zhuan) 門用於(yu) 虛擬儀(yi) 器編程的圖形化編程語言，如LABVIEW等，並以子VI形式向用戶提供大量測量算法的軟件包，用戶可以方便地用這些完成常規的虛擬儀(yi) 器測量任務，從(cong) 而大大降低了虛擬儀(yi) 器開發的複雜性，從(cong) 而使虛擬儀(yi) 器的廣泛使用成為(wei) 可能。

3 虛擬儀(yi) 器校準的必要性

       虛擬儀(yi) 器的測量準確度與(yu) 所采用的虛擬儀(yi) 器卡的準確度及測試軟件有關(guan) ，而測試軟件中的算法等在設計時已經考慮（比如進行多次平均以減少單次測量誤差），因此，虛擬儀(yi) 器的測量準確度主要取決(jue) 於(yu) 虛擬儀(yi) 器板卡的準確度。

       大家都知道，測試儀(yi) 器的測量準確度是按一定的因子變化的，測量儀(yi) 器內(nei) 部所使用的電子元器件的老化，儀(yi) 器的使用時間，環境變化，以及誤用都會(hui) 影響測量結果準確度。

       通過按照一定的時間間隔將測量儀(yi) 器的測試結果與(yu) 溯源到國家基準的標準儀(yi) 器的標準值進行比較，將測量不確定度量化，以確認測量儀(yi) 器是否工作在儀(yi) 器技術指標內(nei) ，這就是校準的目的。

       與(yu) 傳(chuan) 統測量儀(yi) 器一樣，虛擬儀(yi) 器也有一個(ge) 校準周期，必須定期校準以確保其測量準確度。虛擬儀(yi) 器的校準與(yu) 傳(chuan) 統的測試儀(yi) 器的校準的相同之處是與(yu) 傳(chuan) 統儀(yi) 器一樣，也需要定期使用標準儀(yi) 器進行外部校準；不同之處是虛擬儀(yi) 器的校準是僅(jin) 對虛擬儀(yi) 器卡進行校準。

3.1 校準虛擬儀(yi) 器卡是否滿足虛擬儀(yi) 器校準要求

       前麵已經說過，校準虛擬儀(yi) 器隻需校準虛擬儀(yi) 器卡；但是校準虛擬儀(yi) 器卡所使用的計算機是校準實驗室內(nei) 的校準計算機，而不是原來所用的配套計算機。也許有人會(hui) 問，這樣校準後，校準後的虛擬儀(yi) 器卡用於(yu) 原來的計算機時，是否還保持在實驗室校準後的技術指標？

       按照檢定規程和校準規範，校準任何儀(yi) 器都應在滿足環境要求的實驗室進行。實際使用時，有可能出現環境條件與(yu) 實驗室的環境條件有所不同，由於(yu) 虛擬儀(yi) 器的設計是有一定的使用環境條件的，在滿足上述條件的環境下使用虛擬儀(yi) 器時，仍然滿足技術說明書(shu) 要求。將在校準實驗室內(nei) 校準後的虛擬儀(yi) 器卡安裝到一台新的計算機所構成的測試儀(yi) 器與(yu) 將某一環境中的傳(chuan) 統的數字多用表搬到另一個(ge) 環境中使用相比，二者之間並無本質區別。因此，校準虛擬儀(yi) 器卡完全能夠滿足虛擬儀(yi) 器的校準要求。

3.2 虛擬儀(yi) 器的內(nei) 部自校準能否代替外部校準

       當今傳(chuan) 統的測試儀(yi) 器數字示波器或者頻譜分析儀(yi) 就具有內(nei) 部自校準功能，與(yu) 傳(chuan) 統測試儀(yi) 器類似，虛擬儀(yi) 器具有內(nei) 部自校準功能。

       內(nei) 部自校準目的是補償(chang) 由於(yu) 儀(yi) 器工作壞境變化、內(nei) 部校準溫度的變化和可能影響測量的其它因素對虛擬儀(yi) 器的影響，以提高虛擬儀(yi) 器的測量準確度。內(nei) 部校準是調用內(nei) 部校準測量電路的軟件，與(yu) 儀(yi) 器內(nei) 部的標準值比較。

       你也許會(hui) 問，既然虛擬儀(yi) 器具有了內(nei) 部自校準功能，是否仍需要將虛擬儀(yi) 器卡定期送至校準實驗室進行定期外部校準？

       回答是肯定的，雖然虛擬儀(yi) 器已經具有了內(nei) 部自校準功能，但是也需要定期（一般是每年一次）進行送實驗室外部校準。原因如下：

       第一：虛擬儀(yi) 器卡自校準時，所顯示的結果為(wei) pass或fail，不顯示實際參數的測試結果值。

       第二：自校準參數不能全部覆蓋虛擬儀(yi) 器卡的所有參數。

       第三：由於(yu) 自校準需要儀(yi) 器內(nei) 部提供一個(ge) 用於(yu) 自校準的標準值，而這個(ge) 內(nei) 部標準值是否滿足技術參數的要求也需要進行定期外部校準。

       第四：由於(yu) 具有自校準功能的傳(chuan) 統測試儀(yi) 器也需要定期外校準，因此，具有自校準功能的虛擬儀(yi) 器也需要定期外送實驗室校準。

4 校準結果

       為(wei) 了使大家對虛擬儀(yi) 器的校準項目、校準所需要的儀(yi) 器以及技術指標等有一個(ge) 直觀的認識，下麵以NI公司E係列數據采集卡為(wei) 例介紹實驗室校準，其它的板卡比如示波器卡，信號發生器卡，頻率計卡、以及射頻信號發生以及分析卡再此不再贅敘。

4.1 校準所使用的標準儀(yi) 器

       數據采集卡的校準涉及到電壓輸入、電壓輸出和時基等參數的校準，根據美國NI公司的要求，所需要選擇的標準器如下

表2 E係列數據采集卡模擬輸入校準結果

表3 E係列數據采集卡的模擬輸出校準結果

表4 5MHz頻率的校準結果

4.3 校準結果的解讀

       從(cong) 表2、表3、表4中可以看出，校準結果包括了E係列數據采集卡所需要校準的全部參數：模擬輸入信號測量準確度，輸出信號準確度，5MHz頻率準確度。

       校準時，校準程序要求虛擬儀(yi) 器卡預熱15分鍾，緊接著進行內(nei) 部自校準。

       對於(yu) 模擬輸入信號的測量準確度，校準參數選擇為(wei) 10V量程範圍內(nei) 增益為(wei) 0.5,1,10,100時的上限、下限和零輸入時模擬電壓測量準確度，特別是增加的0輸入時的值的校準，目的是用於(yu) 校準零點偏差。此項校準所使用的標準器為(wei) Fluke5500多功能校準器。

       對於(yu) 模擬輸出信號準確度：校準參數選擇為(wei) 通道0和通道1中20V量程時的輸出電壓準確度。此項校準所使用的標準器為(wei) 6位半數字多用表。

       對於(yu) 5MHz頻率準確度的校準，通過頻率計直接測量。

       Before為(wei) 調整之前的校準結果，After為(wei) 調整後的校準結果。另外可以看出，NI公司所給出的Before的low limit和high limit 比起After的Low Limt 和High Limit略大，虛擬儀(yi) 器卡的校準過程中進行了參數值的調整，這一點從(cong) Before值與(yu) After值之間有少許不同可以看出。

       由於(yu) 本次數據是首先進行校準後再進行校準的，因此，Before 和After之間的差別不是很大。#p#分頁標題#e#

5 校準結果的不確定度評定

       PCI-6024E校準結果測量不確定度涉及到電壓參數和頻率參數，本文僅(jin) 對4.9V電壓測量不確定度進行評定，評定所使用的標準儀(yi) 器為(wei) 5520A多功能校準器。

5.1 測量不確定組成

       測量不確定度由以下幾個(ge) 方麵組成

（1）5520A輸出電壓準確度

（2）測量重複性

（3）儀(yi) 器顯示分辨率

5.2 標準測量不確定度評定

5.2.1 標準儀(yi) 器5520A測量不確定度

5.3 測量不確定度合成