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引言

在半自动系统的软件开发过程中，验证软件的功能和性能至关重要，在这个过程中，开发人员需要确保软件能够满足需求，并与硬件系统进行良好的集成。

软件验证的方法和过程

2005年，相关研究人员成功地将数字多用途表（DMM）的手写原始数据，改为通过摄像头获取数字数据，然而，这种应用很难实施，它需要昂贵的额外设备，如摄像头、接口卡和高性能个人电脑。

庆幸的是，多功能校准器和数显万用表（DMM），都支持通过通用目的接口总线（GPIB），与个人电脑自动连接和控制，这些设备允许用户通过与PC的接口，进行便捷的通信，实现自动化控制和数据传输的功能，使用者可以轻松地通过电脑进行校准和测量，同时也可以方便地配置和监控设备。

2006年，卡普亚等人利用GPIB，实施了多功能校准器Fluke 5500A，和DMM Fluke 45的自动测量，以确定DMM的校准间隔。

2013年，马吉德和埃尔·里費也利用GPIB，建立了自动测量系统，以进行快速和一致的校准测量，卡普亚和马吉德都使用了商用软进行自动测量。

除了国家计量机构和研究机构外，一些制造商已经开发了通过显示软件，进行自动测量的方法，例如弗吕克 、凯西特和特朗斯米尔 。

印度尼西亚国家计量标准机构，作为印度尼西亚的国家计量研究院（NMI），也已经实施了商用软件Met/Cal，将测量过程从手动改为半自动测量。

然而，Met/Cal是一个非图形用户界面软件，因此操作员必须使用特定语法，在编程语言中编写测量点。

此外，该商业软件仅支持半自动测量，因为它不能与额外的硬件集成，以实现全自动测量中的连接变换，因此，SNSU-BSN需要构建一个新的软件，来改进带有微软视觉基础图形用户界面的半自动测量。

构建新软件的优势在于适合特定用途，例如提供显示数据、警告通知，并提供关于系统性能的明确信息，此外，半自动软件可以与一个构建好的硬件系统集成，以实现将来的全自动测量。

SNSU-BSN已经启动了新软件的构建过程，并进行了早期测试和性能验证，SNSU-BSN开发的软件，特别是软件的工作原理，以及其作为国际标准ISO/IEC 17025:2017要求的验证情况。

根据塔西奇和弗莱加尔的观点，对软件验证有两种不同的理解，第一种理解是对软件进行全面审查和执行，以便检测故障，这是开发者最适合的观点，第二种理解是仅测试软件的功能，通常由最终用户或检验机构完成。

英国国家物理实验室（NPL）作为英国的NMI，提供了详细的指导，用于验证测量系统中的软件，然而，验证过程更加侧重于功能测试，通过将开发的软件，与在相同条件下手动测量生成的参考值直接比较，并通过计算归一化误差，来评估手动测量和半自动测量的所有比较结果，进行了软件的验证。

该半自动测量软件是基于软件开发生命周期（SDLC）的标准方法，使用视觉基础（Visual Basic）构建而成。

V型模型（V-Model）生命周期，具有一种有利的方法论，即开发和测试同时进行，每个阶段在向前推进之前，都需要经过检查和批准，V-Model是在测量系统中实施的最简单且最适合的方法。

基本上，V-Model给出了每个开发阶段和测试阶段之间的关系，开发阶段包括需求、功能规范和设计，测试阶段包括模块、集成测试，以及系统测试和验收测试，此外，在开发和测试的两个阶段之间，还有一个编码阶段。

半自动系统的软件开发及其验证

半自动测量系统由硬件和软件组成，该系统所使用的硬件，包括多功能校准器作为测试单元 (UUT)、标准仪表 (STD) 和用于连接仪器的电缆 。

原则上，可以使用不同类型和型号的校准器，或标准仪表，通过软件进行控制，但出于实际原因，在这次实践中，使用的仪器是Fluke 5720A多功能校准器，以及Fluke 8508A参考电表。

支持设备包括个人电脑和GPIB IEEE-488，在该系统中，GPIB用于从个人电脑向校准器和标准仪表发送命令，并将数据从标准仪表传输到个人电脑，在下面的图片中，示意了测量系统的方框图，其中个人电脑通过GPIB USB-IEEE 488总线连接到校准器和标准仪表。

测量过程

软件在个人电脑上运行，用于控制测试单元和标准仪表的测量过程，它由几个面板和菜单组成，帮助校准操作员完成，分为三个阶段的测量过程，预测量阶段、测量阶段和报告阶段。

预测量阶段，一开始操作员需要在仪器设置面板上，选择仪器型号来确定程序，然后，操作员在接口配置面板上，选择校准器和标准仪表的总线地址。

为了选择测量配置的时间延迟，研究人员提供了一个时间配置面板，其中包含三个菜单选项。

第一个菜单是启动延迟菜单，它允许设置测量应用程序运行之前的预热时间。

第二个菜单是两个点之间的延迟菜单，它允许设置两个测量点之间的空闲时间。

第三个菜单是两个参数之间的延迟菜单，它允许设置两个测量参数之间的时间滞后，通过这些选项，可以根据需要调整时间延迟，以确保测量配置的准确性和可靠性。

第二步是在测量设置菜单中，确定测量参数，例如，它提供了电缆连接的配置设置、分辨率位数，以及滤波器应用、快速或正常测量，以及直流电压测量中的外部或内部保护，测量设置配置的示例，如下图所示。

在这个测量阶段，操作员可以在，量程设置菜单中设置测量，是否处于锁定或解锁模式，如下列图所示。

在锁定模式下，软件将测量点锁定在选择的范围内，而在解锁模式下，它会让测量点处于自动范围内。

在这个测量阶段中，有一个编辑测量点面板，用于配置要测量的数量，选择校准器和标准仪表的量程，输入测量点，并为交流量插入频率值，从文件加载测量点面板可用于，从电子表格中调用测量点及其配置，这些功能如下图所示。

在运行测量之前和之后，环境温度和湿度会记录，在初始房间条件和最终房间条件面板中，为了开始测量过程，操作员点击开始按钮，然后会弹出一个警报，提醒操作员确认仪器之间的电缆连接，当切换到另一个参数时，此警报会再次出现，通知连接是否适合进行测量，该警报的示例如下图所示。

在整个测量过程中，软件会呈现更新的值，并将获得的测量结果，以原始数据的形式进行表格化，当使用模板完成校正和不确定度的计算后，这些结果可以发布为一个校准证书，这个选项如下图所示。

最后，在报告阶段，根据JCGM ISO/GUM准则，根据95%的置信水平，和覆盖因子k=2评估了测量结果的校正值和扩展不确定度。

验证

根据ISO/IEC 的规定，实验室应该对其开发的方法进行验证，验证应尽可能广泛，以满足给定应用或应用领域的需求，方法验证之一是与其他经过验证的方法进行结果比较 。

经过验证的方法之一，是采用自EURAMET cg-15 手动直接测量方法，因此，验证工作是将半自动测量结果，与手动直接测量结果进行比较。

然后，根据从EURAMET cg-15采用，并在SNSU-BSN中建立的内部程序，将这种半自动测量与手动测量进行了比较。

比较是为了验证半自动测量的准确性，两种测量技术在相同的受控条件下，进行了观察，两种测量技术中，使用的标准仪器，被设置和调节在一个环境温度为(23±3)°C，和相对湿度为(65±10)%的房间中，此外，两种测量技术的所有配置也是相似的。

在比较过程中，每次测量的重复次数确定为五次，此外，对于这个比较，确定了各个量的值，直流电压为100 V，交流电压为50 Hz时的100 V，直流电流为1 A，交流电流为50 Hz时的1 电阻为1000 Ω。

验证是通过使用归一化误差(En)评估进行的，它表示了测量结果中，包含的不确定度的等价程度，归一化误差的数学模型如下图方程所示。

其中，XSA是半自动测量结果的平均值，XM是手动测量结果的平均值，U(XSA)和U(XM)是它们各自在95%置信水平下的扩展不确定度。

根据JCGM ISO/GUM的规定，对两种不确定度贡献进行评估，即A类和B类不确定度 ，A类不确定度来自于数量的实验标准差，而B类不确定度主要由条件、配置和方法确定，然而，在这个比较中，由于使用了相同的仪器，所有这些因素都是相似的，因此，两种测量的B类不确定度应该是等价的。

如果这些在假设范围内的不确定度，被带入上图方程中，则进行这种比较的操纵方程，可以表示为方程(2):

其中，u(XA_SA)和u(XA_M)分别是A类不确定度，u(XB)是B类不确定度贡献，需要记住的重要一点是，实际上B类不确定度不为零，并且必须是绝对值。

但是假设如果没有B类不确定度，方程(2)的归一化误差可以被解释为，简化的归一化误差(En_S)，如方程(3)所示:

如果绝对简化归一化误差(|En_S|)的计算结果小于1，意味着两种测量技术在不考虑B类不确定度的情况下，达成了良好的一致性。

这是因为添加B类不确定度的值，可以明显减小归一化误差(|En|)，使其接近于零，然而，如果绝对简化归一化误差的值大于1，则必须考虑B类不确定度来确定归一化误差。

测量结果

每个比较的结果如下图所示，它显示半自动测量结果，与相应的手动测量结果接近，半自动测量的A类不确定度，以误差条形图表示，小于手动测量的A类不确定度。

总的来说，这些结果表明，在使用半自动测量时，测量的A类不确定度有所改善，这是因为自动测量在数据采样时间上，比手动测量更具可控性，而手动测量高度依赖用户，来确定数据采样时间。

至于手动测量使用50 Hz的交流电流1A的情况，A类不确定度较小，可能是由于与电源线频率的干扰，这证明了对于高精度仪器，测量点应与电源线频率不同，以避免干扰。

然后计算了简化归一化误差，以确保半自动测量的有效性，归一化误差的计算结果总结在下表中。

每个量的简化归一化误差值都小于1，因此具备SNSU BSN开发软件的半自动测量是有效的。此外，手动和半自动测量结果之间也具有良好的一致性。

结语

通过直接将SNSU BSN开发的软件，与手动测量作为参考进行比较，并使用简化归一化误差进行验证。

半自动和手动技术的比较是在相似的受控环境条件、配置设置和测量方法下进行的，此外，两种测量中使用相同的仪器，因此B类不确定度是相同的且可以忽略，因此，归一化误差计算可以简化以检查测量的有效性。

比较结果显示，在使用半自动测量时，测量的A类不确定度有所改善，验证结果表明，半自动和手动测量，在各方面都有很好的一致性。

参考文献：

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