一种分布式虚拟网络仪器仪表测量系统及方法与流程

1.本发明涉及一种网络测试系统，尤其是涉及一种分布式虚拟网络仪器仪表测量系统及方法。


背景技术：

2.无论是在轨道交通装备生产，还是在轨交工程建设的现场中，线缆、线束作为信号传输的基本介质，都会涉及到大量的安装、装配、测量、测试、测序工作。与此同时，在系统的运维过程中，在各类常见的故障中，形形色色的线缆故障往往又是最为常见的。之所以出现这种显现，主要有如下几个方面的原因：一方面，线束众多工作量大，如果以机柜为一个粗略的相对独立的功能单元，少则几十束，多则几百甚至上千束也及为常见，这些工作量是极大，特别是涉及到混线的情况，需要测量的工作量更是惊人，事实上很少能够做到100％的测量，系统在系统开通运行前，都会涉及到一次、两次、甚至三次配线的情形出现；另一方面，技术含量低，专业设备少，这些“粗活”本身并没有多少技术含量，很少有专业的测量测试设备提供，有条件自研的也大都是简陋的，系统成熟度和可复用程度也存在很大的问题。因此，无论是从生产厂商的质量管理，还是运维企业的日常的维护管理，线束的自动化测量和科学管理仍然停留在相对原始的阶段。


技术实现要素：

3.本发明的目的就是为了提供一种分布式虚拟网络仪器仪表测量系统及方法，设计了移动测量终端，可以分布于各个位置，以分布式的方式部署提高了大范围测量的效率和灵活性。
4.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
5.一种分布式虚拟网络仪器仪表测量系统，包括上位机、集中器和多个移动测量终端，所述上位机通过集中器与各移动测量终端连接；所述移动测量终端包括控制器、射频单元、主电路、多个测量通道、多个测量条件发生单元和多个采样单元，所述主电路的一端分别连接至各采样单元、各测量通道和各测量条件发生单元，各测量条件发生单元与主电路之间均设有第一继电器，各测量条件发生单元与主电路之间均设有第二继电器，所述第一继电器和第二继电器均与控制器连接，所述射频单元与控制器连接。
6.所述测量条件发生单元的种类至少包括电压条件发生器、波形发生器和脉冲发生器。
7.所述采样单元的种类至少包括电压电流采样单元、波形采样单元和脉冲采样单元。
8.所述第一继电器和第二继电器均为固态继电器。
9.所述第一继电器和第二继电器均为电磁继电器。
10.所述移动测量终端还包括供电及共地单元。
11.所述测量系统还包括接口适配单元，所述仪表测量系统通过接口适配单元连接至
被测对象。
12.所述上位机为计算机。
13.一种如上述的测量系统的测量方法，包括：
14.步骤s1：各移动测量终端通过射频单元持续监听上位机的控制指令，并在接收到上位机的控制指令后基于控制指令闭合对应的第一继电器及第二继电器；
15.步骤s2：工作于条件生成及发送的移动测量终端的对应的条件发生单元执行条件发生；
16.步骤s3：工作于接受及测量的移动测量终端的对应的采样单元进行数据采样并得到测量结果发送至上位机。
17.所述步骤s3中，若已知工作于接受及测量的移动测量终端但测量通道未知，则该工作于接受及测量的移动测量终端遍历所有的测量通道，满足条件再测量；
18.若未知工作于接受及测量的移动测量终端，则除工作于条件生成及发送的移动测量终端，网络内其它所有移动测量终端均开启处于监听状态，并在接收到信息后进行中断处理并报送上位机，所述上位机以广播的方式告知其它移动测量终端。
19.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
20.1)设计了移动测量终端，可以分布于各个位置，以分布式的方式部署提高了大范围测量的效率和灵活性。
21.2)移动测量终端实现了多通道程控自动化选择和切换，非常适合多通道、多节点、大容量的测试的场景，如电缆测序、配线测量、混线测试等，而传统的仪器仪表大都仅适合单通道的测量。
22.3)可以实现测试条件发生及发送和接收及测量实现分离。
附图说明
23.图1为本发明的结构示意图；
24.图2为移动测量终端的结构示意图；
25.其中：1、移动测量终端，2、集中器，3、上位机，13、控制器，14、供电及共地单元，15、射频单元，16、主电路，17、继电器控制单元，111、电压条件发生器，112、波形发生器，113、脉冲发生器，114、其他测量条件发生单元，121、电压电流采样单元，122、波形采样单元，123、脉冲采样单元，124、其他采样单元。
具体实施方式
26.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
27.随着近年来新技术的快速发展和智能化制造的兴起，社会技术条件也在逐步改善，本技术基于低功耗无线传输技术、低功耗soc技术、虚拟仪器仪表技术、自动化测量技术，提出一个相对成熟的分布式虚拟网络仪器仪表测量系统及其方法，该方法虽然基于线缆线束的测量场景而提出来的，但同样也适应于其它的一些应用场合，甚至也可以替代目前常规的仪器仪表的应用功能。
28.一种分布式虚拟网络仪器仪表测量系统，如图1所示，包括上位机3、集中器2和多个移动测量终端1，上位机3为计算机，搭载并运行虚拟网络仪器仪表测试软件和分布式设备管理软件，上位机3通过集中器2与各移动测量终端1连接，各测试终端分布在不同的物理空间中，通过无线通道与上位机3进行连接，实现分布式条件发送、测量、测量资源的调度和接收执行测试测量工作的委派及测量任务的前端采集和处理。如图2所示，与一般的万用表不同，移动测量终端1包括控制器13、射频单元15、主电路16、多个测量通道、多个测量条件发生单元和多个采样单元，其中控制器13由常规mcu实现，射频模块可以是常规wifi模块，主电路16的一端分别连接至各采样单元、各测量通道和各测量条件发生单元，各测量条件发生单元与主电路16之间均设有第一继电器，各测量条件发生单元与主电路16之间均设有第二继电器，第一继电器和第二继电器均与控制器13连接，射频单元15与控制器13连接。
29.测量条件发生单元的种类至少包括电压条件发生器111、波形发生器112和脉冲发生器113，采样单元的种类至少包括电压电流采样单元121、波形采样单元122和脉冲采样单元123。
30.第一继电器和第二继电器均为固态继电器，在其他实施例中，第一继电器和第二继电器均为电磁继电器。第一继电器和第二继电器的控制端集成为继电器控制单元17，用于实现通道切换的程控切换，根据系统指令自动匹配收-发通道；测量功能部分主要为信号采集，这些信号包括电压、脉冲或波形、io量等；通常在测量时测试条件的发生发送与接收采样测量不在一个终端单元中。
31.移动测量终端1还包括供电及共地单元14，由于测试条件发生和功能测量不在一个设备单元内，共地处理是不可缺少的部分，系统支持四种共地方式：通道地、等线长共地、机柜共地和大地；mcu负责移动本地测量结果的执行-处理、资源的调度-管理、远程指令的收发处理和协议的实现。
32.测量系统还包括接口适配单元，仪表测量系统通过接口适配单元连接至被测对象。考虑到系统的可复用性，移动测量终端1的设计按照标准产品进行设计，但在实际应用中一般涉及到具体的场景或接口比较繁杂，因此，最终接续到被测对象的时候一般都会涉及到一个接口适配单元。该部分主要由各种形式的物理连线和转换器或转换头的形式提供。
33.虚拟网络仪器仪表测试软件：该部分负责测试序列和逻辑的产生、测试指令的产生和发送、测试结果的处理，以及过程数据和结果的实时显示等。例如测试线束的通断、阻抗或混线等情况，可通过事先准备的标准配置模板exel表，导入到测试系统，系统通过分布式网络协调配置好的测试终端，进而决定启用的是连接在电缆端的条件发生功能，还是测试采样功能模块，同时，对端测试获得数据后报送虚拟网络仪器仪表测试软件，平台对收到的数据再进行处理。平台实现测试过程状态信息和数据处理，并生成测试结果和测试报告。另外，另一个重要的是技术细节是：测试软件和测试终端之间即可以支持私有协议，也可支持标准的scpi协议，标准协议可以兼容ni测试平台和keysight测试平台，并提供sdk和api方便用户集成到自己的自动化测量系统中。
34.分布式设备管理软件：测试终端以平台为汇聚核心，逻辑上构成一个星型分布式网络。负责移动测量终端1的无线接入管理、运行状态管理，支持好上层虚拟网络仪器仪表测试软件与移动测量终端1的业务通道。其中无线接入技术不限于lora、nbiot、4g、5g、蓝
牙、wifi、zigbee、thread、433等无线通信技术。对测试收/发节点之间跨度比较大的功能终端可加装nbiot或4g、4g模块，实现更大覆盖范围的测试对象的测试。设备管理软件，还用以实现底层设备的远程控制、调度和管理。
35.如上述的测量系统的测量方法，包括：
36.步骤s1：各移动测量终端1通过射频单元15持续监听上位机3的控制指令，并在接收到上位机3的控制指令后基于控制指令闭合对应的第一继电器及第二继电器；
37.步骤s2：工作于条件生成及发送的移动测量终端1的对应的条件发生单元执行条件发生；
38.步骤s3：工作于接受及测量的移动测量终端1的对应的采样单元进行数据采样并得到测量结果发送至上位机3。
39.步骤s3中，若已知工作于接受及测量的移动测量终端1但测量通道未知，则该工作于接受及测量的移动测量终端1遍历所有的测量通道，满足条件再测量；
40.若未知工作于接受及测量的移动测量终端1，则除工作于条件生成及发送的移动测量终端1，网络内其它所有移动测量终端1均开启处于监听状态，并在接收到信息后进行中断处理并报送上位机3，上位机3以广播的方式告知其它移动测量终端1。
41.具体的，移动测量终端1有两个基本的工作状态：测量条件发生-发送和接收采样、测量，何时处于何种工作状态，由上位机3根据测量内容决定，移动测量终端1通过无线rf单元接收远程控制指令。当处于测量条件发生-发送时，根据接收到的测量条件发送的测量序列、测测量项目需求由继电器控制单元17选通需要的测试条件，如图1中测试电压时，r1闭合。然后再根据测量通道，实现测量通路的程控切换和选择，如当前的测量通道1时，c1闭合。条件输出后，通过电压电流的采样单元采集本次输出的电流和电压数值，通过无线发送给上位机3。
42.测量时，移动测量终端1条件发送和接收分别对应两个不同的单元，一个是测量条件生成-发送，一个是接收-测量。在一个网络内不同的测试条件发生-发送和接收-测量可以并行执行测量任务，任务由上位机3根据测试任务和设备状态委派，上位机3统筹网内的测量资源的调度和管理。
43.当测量条件发送出来后，如果在预知的状态下，接收-测量单元打开预知的测量通道，如果当前是电阻测量，mcu通过电压电流采集单元的读取接收端采集到的数据，上报接收-测量端的数据。上位机3接收条件发生-发送端和接收-测量端的的电压、电流数值信息，根据电压差值和电流计算中间连接媒体的电阻阻抗；如果接收终端预知接收通道不预知，则mcu遍历所有的本地通道，满足条件再测量；如果接收无法预知，则网络内除条件发生-发送终端以外，所有移动测量终端1均开启处于监听状态，一旦接收到信息，则进行中断处理，报送上位机3，然后上位机3再以广播的方式告知其它终端，终端变更为低功耗状态。
44.其它测试功能以此类推，完成测量任务及其网内资源的调度和测量任务委派、并接收系统各节点设备的状态变更和控制。