基于虚拟仪器技术的海量数据存储记录仪

　　记录仪被广泛应用于石化、冶金、电力、机械、医药等行业,用来指示记录温度、压力、流量等参数。记录仪的技术发展经历了从模拟技术到数模混合技术再到数字技术这样一个不断进步的过程[1],但以上这些有纸记录仪需消耗大量的纸笔墨等材料,且现场维护量较大,因此在90年代初期无纸记录仪应运而生。但是这种仪器仍然摆脱不了传统仪器的许多缺陷,如体积庞大,无法及时更新和扩展用户所需的其他功能等。这些问题恰恰是虚拟仪器可以解决的。所谓虚拟仪器,就是充分利用计算机资源,借助一定的功能插卡和软件模块来完成传统电子测试仪器功能的一类全新概念的智能化仪器系统[2]。虚拟仪器是计算机技术飞速发展及其在测试领域应用的产物。计算机友好的人机交互,方便快捷的及时在线帮助,强大的数据和图形处理能力,大容量的存储功能。以及显示、打印等功能,弥补了传统仪器的不足,因此它的出现给测试仪器的发展与革新开辟了一个崭新的天地[3]。与传统记录仪相比,虚拟式海量数据存储记录仪的开发时间大大减少,系统价格更具竞争力,仪表性能提高更快,更小的物理尺寸,以及更高的系统灵活性,只要添加功能模块软件,拓展VI(Virtual Instrument)功能,便可以满足用户新的需求。综上所述,虚拟式海量数据存储记录仪必将成为数据记录仪新的发展趋势。

　　1　基于虚拟仪器的海量数据存储记录仪

　　1.1　系统结构

　　系统的结构框图如图1所示。前端信号采集分为电压输入、电流输入、ICP传感输入、TEDS传感输入及电压输出这6个模块,它们通过信号调理分别与A/D采集卡相连,最后进入海量数据存储记录仪。除了传感器部分以外其它所有的部分都被集成在便携式工控箱里。A/D卡采用的是一款32通道模拟输入多功能卡。能够满足多通道模拟输入,数字IO,以及模拟输出的要求。

　　对于记录仪软件部分划分为3个层次:界面表现层、功能服务层和数据库层,其中界面表现层可以充分利用LabVIEW或VMIDS系统,文章的核心在于数据存储机制,功能实体的选择与实现上。

　　1.2　数据存储机制

　　所谓海量存储,就是要对信号进行长时间,不间断存储。计算机中的硬盘技术发展十分迅速,随着存储接口的不断改进,Ultra320 SCSI的数据传输率达320MB/s。GMR(巨磁阻)磁头的应用使硬盘单位面积的容量大大增加,存储密度达10~40 Gbit/(in2)以上,目前市场上单个硬盘的容量最大为320 GB。因此,通过计算机硬件和数据库软件就能实现对采集信号的海量存储。

　　虚拟记录仪的大容量数据存储需要借助优秀的数据库平台,完成数据的安全、完整和快速存储,方便灵活的查询回放。目前两种主要的数据库类型是关系型数据库和流数据库。关系型数据库平台如ORACAL、DB2、SQL server以及Access等,它们的功能强大,性能可靠,但执行效率不高,不能使磁盘的空间和速度达到最优化,更适合商务中数据库管理系统,对于记录仪这类以存储为主的系统,流数据库可以满足较高的执行效率,是专为大量数据快速储存而设计的。然而,使用者并不能定义表格或其他结构,因而也就失去了数据库一些便捷性及搜索的功能[4],且可供选择的流数据库较少,有时还需要自己去开发完善,其安全稳定性不能很好保证。