淺談虛擬儀器

1、淺談虛擬儀器淺談虛擬儀器摘要摘要:簡要的介紹了測量儀器的發(fā)展歷史及各個階段儀器的特點；詳細介紹了虛擬儀器的基本原理、結(jié)構(gòu)和與傳統(tǒng)儀器相比的性能優(yōu)點。同時還介紹了虛擬儀器的應(yīng)用狀況及未來展望。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞:儀器技術(shù)；虛擬儀器；標(biāo)準化Abstract:Brieflyintroducethedevelopmenthistyofmeasuringinstrumenttheacteristicoftheinstrumentinallstages.

2、Thebasicprinciplestructureofthevirtualinstrumenttheadvantagesofvirtualinstrumentwhicharedifferentfromthetraditionalinstrumentareintroducedindetail.Atthesametimeapplicationfutureexpectationsofthevirtualinstrumentisintrodu

3、cedbriefly.Keywds:InstrumenttechnologyVirtualinstrumentStardization0引言引言隨著中國經(jīng)濟技術(shù)的發(fā)展，中國制造取得了巨大的成就，到處可見“MadeInChina”的標(biāo)簽，已經(jīng)被公認為“世界工廠”。然而這只是表明了我國現(xiàn)在是制造大國，而不是制造強國。21世紀是信息化的時代，處處充斥著“互聯(lián)網(wǎng)”，制造業(yè)也毫不例外的要跟互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來形成新的模式——“互聯(lián)網(wǎng)制造”，形成了新的制

4、造理念——智能制造。智能制造的發(fā)展離不開測量儀器技術(shù)的發(fā)展，“沒有測量就沒有鑒別，科學(xué)技術(shù)就不能進步”，可以這樣說，人類制造技術(shù)的發(fā)展史書也可以看作是一部測量儀器的發(fā)展史書?，F(xiàn)在儀器的發(fā)展可追溯到十九世紀二十年代，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)化程度的不斷加深，測量儀器在各個行業(yè)中如雨后春筍般出現(xiàn)，并取得了巨大的發(fā)展，也使得智能制造成為了可能。測量儀器的發(fā)展到今天，主要分為模擬儀器、數(shù)字化儀器、智能化儀器和虛擬化儀器這四個階段：第一階段是模擬

5、儀器，通常也被稱為磁機械式儀器或者常規(guī)儀器，這類儀器我們在一些實驗室和教學(xué)課堂上仍然可以看到，例如指針式萬用表，晶體管電壓表等等?；窘Y(jié)構(gòu)都是電磁機械式的，并借助指針來顯示測得的結(jié)果，是以電磁感應(yīng)基本定理為基礎(chǔ)的指針儀器儀表。第二階段是數(shù)字化儀器，它的核心部件是模擬信號和數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換器，這類儀器現(xiàn)在被廣泛應(yīng)用，例如數(shù)字電壓表、數(shù)字頻率等。這類儀器儀表主要是將模擬信號的測量轉(zhuǎn)化為數(shù)字化新號測量，并最終以數(shù)字信號輸出結(jié)果，特別適合用于快速

6、相應(yīng)和較高準確度的測量。第三階段是智能化儀器，它是以單片機為主體，將計算機技術(shù)與測量控制技術(shù)相結(jié)合組成的“智能化測量控制系統(tǒng)”。相對于傳統(tǒng)的儀器儀表具有操作自動化、自測功能、數(shù)據(jù)處理功能、友好的人機對話能力、可編程操作能力等優(yōu)點，然后它的這些功能塊全部以硬件形式存在，無論是進行開發(fā)還是運用都缺乏靈活性，而且需要較大的投資。第四階段是虛擬化儀器，虛擬化儀器的出現(xiàn)具有劃時代的非凡意義，是將來儀器發(fā)展的重要方向。它融合了現(xiàn)代計算機軟、硬件技術(shù)

7、、通信技術(shù)和測量技術(shù)，其核心部件是軟件，利用軟件來控制高性能的模塊化硬件，完成各種測試、測量和自動化的應(yīng)用。與處理、測量結(jié)果的存儲、顯示與輸出等。這些功能模塊基本上是以硬件形式或固化的軟件形式存在，測量儀器只能由制造商來定義和設(shè)計，因此其靈活性和適應(yīng)性較差。在實驗室、生產(chǎn)車間和戶外現(xiàn)場，為完成某項測試和維修任務(wù)，通常需要許多儀器，如信號源、示波器、磁帶機、頻譜分析儀等。由眾多的儀器構(gòu)成的測試系統(tǒng)，價格昂貴，體積龐大，連接和操作復(fù)雜，測試

8、效率低。虛擬測試儀器系統(tǒng)的概念是測控系統(tǒng)的抽象。不管是傳統(tǒng)的還是虛擬的儀器，它們的功能都是相同的：采集數(shù)據(jù)，對采集來的數(shù)據(jù)進行分析處理，然后顯示處理結(jié)果。它們之間的不同主要體現(xiàn)在靈活性方面。虛擬儀器由用戶自己定義，這意味著用戶可以自由組合計算機平臺的硬件、軟件以及各種完成應(yīng)用系統(tǒng)所需要的附件，而這種靈活性是由供應(yīng)商定義的，功能固定獨立的傳統(tǒng)儀器是不具備的。與傳統(tǒng)測量儀器相比，虛擬儀器的設(shè)計理念、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能定位方面都發(fā)生了根本性的變化

9、。概括地說，虛擬儀器主要有以下特點：（1）軟件是虛擬儀器的核心。虛擬儀器的硬件確立后，它的功能主要是通過軟件來實現(xiàn)的，軟件在虛擬儀器中具有重要的地位。美國國家儀器公司（NI）就曾提出一個著名的口號——“軟件就是儀器”。（2）虛擬儀器的性價比高。一方面，虛擬儀器能同時對多個參數(shù)進行實時高效的測量，同時，由于信號的傳送和數(shù)據(jù)處理幾乎都是靠數(shù)字信號或軟件來實現(xiàn)的，所以還大大降低了環(huán)境干擾和系統(tǒng)誤差的影響。另一方面，用戶也可以隨時根據(jù)需要調(diào)整虛

10、擬儀器的功能，這縮短了儀器在改變測量對象時的更新周期。此外，采用虛擬儀器還可以減少測試系統(tǒng)的硬件環(huán)節(jié)，從而降低系統(tǒng)的開發(fā)成本和維護成本，因此，使用虛擬儀器比傳統(tǒng)儀器更為經(jīng)濟。（3）虛擬儀器的出現(xiàn)縮小了儀器廠商和用戶之間的距離。虛擬儀器使得用戶能夠根據(jù)自己的需要定義儀器功能，而不像傳統(tǒng)儀器那樣，受到儀器廠商的限制，出現(xiàn)廠商提供的儀器功能與用戶要求不相符合的情況。利用虛擬儀器，用戶可以組建更好的測試系統(tǒng)，并且更容易增強系統(tǒng)的功能。由于PC能

11、提供遠勝于儀器內(nèi)部的處理能力，因此，借助于一臺通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（或板卡），用戶就可以通過軟件構(gòu)造幾乎任意功能的儀器。（4）擴展性強。NI的軟、硬件工具使得工程師和科學(xué)家不再局限于當(dāng)前的技術(shù)。由于NI軟件的靈活性，只需更新用戶的計算機或測量硬件，就能以最少的硬件投資和極少的、甚至無須軟件上的升級即可改進用戶的整個系統(tǒng)。在利用最新科技的時候，用戶可以把它們集成到現(xiàn)有的測量設(shè)備，最終以較少的成本加速產(chǎn)品的上市時間。（5）虛擬儀器具有良好的人機

12、界面。在虛擬儀器中，測量結(jié)果是通過軟件在計算機顯示器上生成的，與傳統(tǒng)儀器面板相似的圖形界面由軟面板來實現(xiàn)。因此，用戶可以根據(jù)自己的愛好，通過編制軟件來定義所喜愛的面板形式。（6）通過軟、硬件的升級，可以方便地提升測試系統(tǒng)的能力和水平。更為可貴的是，用戶可以運用通用的計算機語言和軟件，諸如C、VisualBasic、LabVIEW、LabWindowsCVI等，擴充、編寫軟件，從而使虛擬儀器技術(shù)更適應(yīng)、更符合用戶自己測試工作的特殊要求。（