虛擬儀器技術(shù)

　　當今，虛擬儀器技術(shù)集成了高效的軟件、模塊化I/O和可擴展的平臺，見圖1所示。

                          
　　圖1 虛擬儀器技術(shù)是將高效圖形軟件、模塊化I/O和可擴展平臺作有效連接

　　利用虛擬儀器技術(shù)，使工程師縮短了開發(fā)時間，設(shè)計出了更高質(zhì)量的產(chǎn)品，并且減少了設(shè)計成本。

　　基于虛擬儀器技術(shù)的誠信指數(shù)檢定系統(tǒng)

　　今天，隨著高科技的發(fā)展，用電子測量設(shè)備來解決“誠信”的判斷與評估問題已成為可能與現(xiàn)實,由此而研發(fā)的<<誠信指數(shù)檢定系統(tǒng)>>是人們可以接受的非接觸式與接觸式檢測技術(shù)為主的電子測量設(shè)備,它屬于特定的測謊應(yīng)用新技術(shù)。

　　<<誠信指數(shù)檢定系統(tǒng)>>主要應(yīng)用新型非接觸式的熱紅外成像技術(shù)與觸摸式高精度壓力傳感器----硅壓阻式傳感器(SPRT)相結(jié)合的多道檢測技術(shù)對人體心理狀況變化而引發(fā)生理指標的檢測。這里“誠信”的含義是一種心理狀態(tài)，而“指數(shù)”則是反映心狀變化所引起生理指標的變化。它不是傳統(tǒng)概念上的接觸型測謊儀，是屬于測慌技術(shù)應(yīng)用的系統(tǒng)。

　　而虛擬儀器是一種新型圖形軟件和模塊化硬件技術(shù)相結(jié)合的計算機主流技術(shù)。近幾年來，己有虛擬儀器開始涉足通信、電子電力、汽車、及工業(yè)自動化等各個應(yīng)用領(lǐng)域，并且已逐步進入司法與安全防范等領(lǐng)域，因而將虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用于誠信指數(shù)檢定是勢在必行的新思路。

　　該誠信指數(shù)檢定儀的用途是多功能測謊監(jiān)視設(shè)備，可用來監(jiān)視人體面部溫度變化與呼吸焦慮程度。其焦慮程度的重要參數(shù)：人體面部溫度變化、呼吸頻率、呼吸的均勻程度以及呼氣和吸氣之間的間歇，而這些“指數(shù)”則是反映心理狀態(tài)變化所引起生理指標的變化。平靜與非正常的情緒通常會導(dǎo)致面部溫度變化和呼出長于吸入，二者時間之比的參數(shù)，從一個方面揭示出人的焦慮程度，它們都是生理指標的變化程度,卻正是人的心理狀態(tài)，即“誠信”或“誠實”度的反映，則誠信指數(shù)檢定儀反映出檢定儀具有大量的可視信息功能。

　　圖2為基于虛擬儀器技術(shù)的誠信指數(shù)檢定系統(tǒng)框圖。

　　             圖2 基于虛擬儀器技術(shù)誠信指數(shù)檢定系統(tǒng)框圖

　　系統(tǒng)(圖2)所示分三大部分，其左邊部分為采用新型非接觸式或與先進的觸摸式壓力測量傳感器相結(jié)合的多道檢傳感檢測頭，對人體面部血液微小流通產(chǎn)生的溫度變化與人體呼吸焦慮狀態(tài)等指標進行檢測(本文對圖中的虹膜特征、語音特征及皮膚濕度、電位等參數(shù)變化的檢測不作介紹，只是在圖中示意畫出);其中間部分，為測試部分，應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)對采集的圖形、數(shù)據(jù)作分析、判斷和評估;最右邊部分是測試結(jié)果的圖文聲并茂的監(jiān)視裝置，各種生理指標變化參數(shù)通過不同顏色的圖形曲線文字在顯示屏上顯示出來，同時亦可以通過語音或音樂提示。

　　系統(tǒng)組成

　　該誠信指數(shù)檢定儀是基于圖形軟件LabVIEW的監(jiān)測系統(tǒng)，使用NI公司的LabVIEW-7圖形化編程平臺、PCI-6025E多功能數(shù)據(jù)采集卡、結(jié)合性能優(yōu)良的熱紅外成像技術(shù)與高精度壓力傳感器----硅壓阻式傳感器(SPRT)，以作傳感檢測部件。

　　*熱紅外成像技術(shù)的探測頭與所應(yīng)用的非制冷焦平面熱像儀

　　應(yīng)用紅外探測器探測人體面部的熱輻射，根據(jù)測得的輻射能量大小，就能知道溫度的高低，紅外熱像儀能被動接收人體面部下血管內(nèi)血液流動微小變化的紅外幅射(即溫度變化)，并把這種幅射信號轉(zhuǎn)換成人眼能觀察到紅外圖像。一臺靈敏度為0.025℃的熱攝像機以每秒30幀的速率獲取人的面圖像。熱成像系統(tǒng)探測到這種變化后把眼睛周圍的部位顯示成白色。這就是用熱成像技術(shù)識破說謊者，其準確率達到83%。

　　熱紅外成攝像頭操作處于被動接收狀態(tài)，不接觸人體，也不發(fā)出輻射，對人體無任何損害或副作用，即使頻繁使用也不會對人體產(chǎn)生不良影響。檢測過程快捷，測量精度高，溫度分辨率可達0.01-0.03℃、作用距離20cm-5m(國內(nèi)的);0.0025℃(美國)。

　　高精度壓力傳感器----硅壓阻式傳感器(SPRT)見圖3與4所示組成全橋式傳感器檢出技術(shù)示意圖。

　　圖3 用SPRT組成的敏感電橋的四個橋臂對于壓力變化有誤差+ΔR、-ΔR響應(yīng)。INP-傳感器正信號輸出，INM-傳感器負信號輸出

　　圖4 應(yīng)用SPRT對呼吸壓力檢測

　　PCI-6025E多功能數(shù)據(jù)采集卡

　　有了上面二種非接觸與觸模式檢測技術(shù)可充分利用虛擬儀器技術(shù)的優(yōu)勢，方便地實現(xiàn)人的面部溫度變化與呼吸頻率、呼吸的均勻程度以及呼氣和吸氣之間的間歇等動態(tài)生理信號的采集和數(shù)據(jù)的分析及處理，并顯示和打印輸出所需圖形與數(shù)據(jù)。為有關(guān)監(jiān)測人士正確判斷(測謊)提供正確的依據(jù)。而PCI-6025E為多功能數(shù)據(jù)采集卡，屬低價格E系列多功能和高精度數(shù)據(jù)采集卡(DAQ)：16路單端/8路差分摸擬輸入，12位分辨率、200KS/s采樣率、200KS/s磁盤寫入速度、±0.05到±10V輸入范圍，最多2路12位模擬輸出，最多32條數(shù)字I/O線，最多2路24位計數(shù)/定時視器，支持Windows 2000/NT/XP/Me/9x和Mac OS的NI-DAQ驅(qū)動軟件。

　　圖形軟件LabVIEW-7

　　虛擬儀器檢測系統(tǒng)利用LabVIEW-7的開放性，使得傳感器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備能夠得到充分的應(yīng)用和合理的配置。對于不同的溫度與呼吸壓力檢測對象，可以通過編制基準中心與比較的檢測軟件和相應(yīng)的設(shè)備組來實現(xiàn)。另一方面，檢測系統(tǒng)通過LabVIEW強大的數(shù)據(jù)采集與總線連接庫，與測控儀表的智能接口GPIB、USB、VXI、PCI、RS—232和IEEE—488.2等實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，避免用檢測儀表直接進行壓力檢測，可以提高測量數(shù)據(jù)的準確性與可靠性。

　　LabVIEW-7采用數(shù)據(jù)流程的圖形化G語言編程技術(shù)，把復(fù)雜費時的軟件編程簡化為菜單以適合圖表連接調(diào)用，圖5為誠信指數(shù)檢定設(shè)備紅外熱像探測人體面部溫度變化的LabVIEW-7虛擬前面扳設(shè)置示意圖。

　圖5 誠信指數(shù)檢定設(shè)備的LabVIEW-7虛擬儀器面板設(shè)置示意圖

　　系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　·信號采集、分析與處理

　　在誠信指數(shù)檢定系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)信號的采集是一個重要部分，信號的采集通過數(shù)據(jù)采集板完成。本系統(tǒng)采用的數(shù)據(jù)采集板PCI-6025E多功能數(shù)據(jù)采集卡(DAQ)能夠在較大應(yīng)用范圍內(nèi)帶來高的運行效能和穩(wěn)定的數(shù)據(jù)采集能力。系統(tǒng)采用了單端16路模擬輸入、1倍的增益，其性能滿足系統(tǒng)的需求。充分利用LabVIEW-7中提供的工具和各種子函數(shù)模塊，并結(jié)合DAQ的硬件優(yōu)勢，不僅實現(xiàn)了信號的準確、快速的采集，而且能做出操作方便，形象逼真的儀器面板，圖6為呼吸壓力監(jiān)視的LabVIEW-7虛擬面器扳設(shè)置示意圖(從電腦屏幕畫面上摘取)。

　　圖6 用高精度壓力傳感器-硅壓阻式傳感器(SPRT)檢測呼吸壓差的虛擬儀器前面板設(shè)置示意圖

　　利用LabVIEW-7進行虛擬儀器系統(tǒng)的另一個好處在于其強大的數(shù)據(jù)分析與處理功能。LabVIEW-7是—個帶有擴展功能庫和子程序庫的通用程序設(shè)計系統(tǒng)。在其開發(fā)環(huán)境下可提供的應(yīng)用程序有180多種，可根據(jù)系統(tǒng)需要實現(xiàn)各種功能，這里主要利用高級分析函數(shù)庫中的若干函數(shù)模塊。

　　在數(shù)據(jù)處理階段，要清除噪聲等干擾信號，可以運用LabVIEW所含高級分析函數(shù)庫中的SubVI濾波子程序組成濾波器對采集來的數(shù)字信號進行濾波處理。可運用時域和頻域分析SubVI子程序組成示波器與頻譜分析儀，進行時域、頻域信號處理?？墒褂每焖俑盗⑷~變換(FFT)使生成人體面部溫度與呼吸壓力變化的頻譜圖。

　　同樣，可以利用高級分析函數(shù)庫中的相關(guān)數(shù)字處理函數(shù)生成出人體面部溫度變化(紅黃蘭綠四色)與人員呼吸壓力時的曲線圖。當采樣的是非整數(shù)周期信號時，為了防止頻譜信息丟失進而導(dǎo)致失真，可以選用恰當?shù)钠交翱诤瘮?shù)，將采集波形的過渡段最小化，從而較少頻譜的丟失。

　　·檢測信號顯示與保存

　　該系統(tǒng)不僅需要提供實時顯示功能，還要提供了數(shù)據(jù)、圖形及表格打印輸出與保存功能。該系統(tǒng)能夠方便地實現(xiàn)這些功能，在于LabVIEW提供的文件I/O功能函數(shù)是—組功能強大、伸縮性強的文件處理工具，可以很好地實現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示、輸出與保存這一功能。使用計算機控制，測量結(jié)果實時屏幕顯示與結(jié)果保存很方便。另外，通過與外圍設(shè)備的連接，使儀器在測試狀態(tài)和分析狀態(tài)下均可以打印測試報告。

　　根據(jù)以上設(shè)計方案研發(fā)的新型誠信指數(shù)檢定儀，為誠信指數(shù)的測定能夠準確可靠判別提供科學依據(jù)。

　　結(jié)語

　　誠信指數(shù)鑒定系統(tǒng)采用的是強大的計算機軟件數(shù)據(jù)處理技術(shù)和最先進的非接觸式紅外和觸摸式生物測量傳感器相結(jié)合的多道撿測技術(shù)的完備結(jié)合，以取代傳統(tǒng)接觸式的測謊儀，是適用于保險、金融、證券、法律、大型企業(yè)及國家機關(guān)機及事業(yè)單位等領(lǐng)域安全防范的新型設(shè)備。