虛擬儀器的結(jié)構(gòu)原理性能特點(diǎn)和應(yīng)用

虛擬儀器的結(jié)構(gòu)原理性能特點(diǎn)和應(yīng)用

虛擬儀器的結(jié)構(gòu)原理
　　
　　虛擬儀器是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來(lái)完成各種測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)化的應(yīng)用。靈活高效的軟件能創(chuàng)建完全自定義的用戶界面，模塊化的硬件能方便地提供全方位的系統(tǒng)集成，標(biāo)準(zhǔn)的軟硬件平臺(tái)能滿足對(duì)同步和定時(shí)應(yīng)用的需求。虛擬儀器的本質(zhì)是利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)，加上特殊設(shè)計(jì)的儀器硬件和專(zhuān)用軟件形成既有普通儀器的基本功能又有一般儀器所沒(méi)有的特殊功能的高檔低價(jià)的新型儀器。它是利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形環(huán)境和在線幫助功能，建立虛擬儀器面板，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器完成對(duì)儀器的控制、數(shù)據(jù)分析和顯示功能。虛擬儀器的輸入輸出由數(shù)據(jù)采集卡、GPIB卡等硬件模塊完成，儀器的功能主要由軟件構(gòu)成。虛擬儀器系統(tǒng)框圖如圖1所示。
　　
　　一套完整的虛擬儀器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一般來(lái)說(shuō)分為四層：
　　
　　1)測(cè)試管理層
　　
　　用戶使用虛擬儀器生產(chǎn)廠商開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序，組成自己的一套測(cè)試儀器。這是虛擬儀器的優(yōu)點(diǎn)之一，它可以方便地使用戶根據(jù)自己的需要，自己的風(fēng)格建立自己的測(cè)試儀器。
　　
　　2)應(yīng)用(程序)開(kāi)發(fā)層
　　
　　由生產(chǎn)商提供的軟件開(kāi)發(fā)工具，如NI(NATIONAL INSTRUMENTS)公司的LabVIEW軟件，LabWindows/CVI軟件。用戶可以用這類(lèi)軟件進(jìn)行深層開(kāi)發(fā)，以擴(kuò)展儀器原有的功能。
　　
　　3)儀器驅(qū)動(dòng)層
　　
　　由生產(chǎn)商開(kāi)發(fā)，針對(duì)不同類(lèi)型的儀器有不同的驅(qū)動(dòng)程序接口。為給用戶提供方便、易用的儀器驅(qū)動(dòng)程序，泰克公司、惠普公司和美商國(guó)家儀器公司等35家國(guó)際上最大的儀器公司成立了VXI plug & play系統(tǒng)聯(lián)盟，并于推出VISA(Virtu-al Instrument Software Architecture)標(biāo)準(zhǔn)。
　　
　　4)I/O總線驅(qū)動(dòng)層
　　
　　由生產(chǎn)商開(kāi)發(fā)，用于將不同類(lèi)型的實(shí)際儀器通過(guò)相同標(biāo)準(zhǔn)的總線連接起來(lái)形成一套完整的測(cè)試系統(tǒng)，如得到廣泛應(yīng)用的VXI(開(kāi)放式測(cè)量系統(tǒng))總線系統(tǒng)。

　　虛擬儀器的性能特點(diǎn)
　　
　　虛擬儀器徹底改變了傳統(tǒng)儀器由生產(chǎn)廠家定義功能的模式，而是在少量附加硬件的基礎(chǔ)上，由用戶定義儀器功能。因?yàn)樗�的運(yùn)行主要依賴(lài)軟件，所以修改或增加功能、改善性能都非常靈活，也便于利用PC的軟硬件資源和直接使用PC的外設(shè)和網(wǎng)絡(luò)功能。虛擬儀器不但造價(jià)低，而且通過(guò)修改軟件可增加它的適應(yīng)性，進(jìn)而延長(zhǎng)它的生命周期，是一種具有很好發(fā)展前景的儀器。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器具有高效、開(kāi)放、易用靈活、功能強(qiáng)大、性價(jià)比高、可操作性好等明顯優(yōu)點(diǎn)，具體表現(xiàn)為：
　　
　　1)智能化程度高，處理能力強(qiáng)虛擬
　　
　　儀器的處理能力和智能化程度主要取決于儀器軟件水平。用戶完全可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，將先進(jìn)的信號(hào)處理算法、人工智能技術(shù)和專(zhuān)家系統(tǒng)應(yīng)用于儀器設(shè)計(jì)與集成，從而將智能儀器水平提高到一個(gè)新的層次。可燃氣體檢測(cè)儀 | 圓嘴鉗 | 滴定儀 | 濃度計(jì) | 熱流計(jì) | 試驗(yàn)機(jī) | 壓力計(jì) | 流量計(jì) | 示波器 | 真空表 | 斜嘴鉗 | 硬度計(jì) | 電導(dǎo)計(jì)
　　
　　2)應(yīng)用性強(qiáng)，系統(tǒng)費(fèi)用低
　　
　　應(yīng)用虛擬儀器思想，用相同的基本硬件可構(gòu)造多種不同功能的測(cè)試分析儀器，如同一個(gè)高速數(shù)字采樣器，可設(shè)計(jì)出數(shù)字示波器、邏輯分析儀、計(jì)數(shù)器等多種儀器。這樣形成的測(cè)試儀器系統(tǒng)功能更靈活、更高效、更開(kāi)放、系統(tǒng)費(fèi)用更低。通過(guò)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接，還可實(shí)現(xiàn)虛擬儀器的分布式共享，更好地發(fā)揮儀器的使用價(jià)值。
　　
　　3)操作性強(qiáng)，易用靈活
　　
　　虛擬儀器面板可由用戶定義，針對(duì)不同應(yīng)用可以設(shè)計(jì)不同的操作顯示界面。使用計(jì)算機(jī)的多媒體處理能力可以使儀器操作變得更加直觀、簡(jiǎn)便、易于理解，測(cè)量結(jié)果可以直接進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)或通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。測(cè)量完后還可打印、顯示所需的報(bào)表或曲線。這些都使得儀器的可操作性大大提高而且易用、靈活。

虛擬儀器的應(yīng)用 
　　
　　虛擬儀器的功能和性能已被不斷地提高，如今在許多應(yīng)用中它已成為傳統(tǒng)儀器的主要替代方式。隨著PC、半導(dǎo)體和軟件功能的進(jìn)一步更新，未來(lái)虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展將為測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供一個(gè)極佳的模式，并且在測(cè)量和控制方面都有無(wú)以倫比的強(qiáng)大功能和靈活性�？蓮V泛應(yīng)用于電子測(cè)量、振動(dòng)分析、聲學(xué)分析、故障診斷、航天航空、軍事工程、電力工程、機(jī)械工程、建筑工程、鐵路交通、地質(zhì)勘探、生物醫(yī)療、教學(xué)及科研等諸多方面。
　　
　　虛擬儀器的各種優(yōu)點(diǎn)讓用戶可以放心地舍棄舊的傳統(tǒng)測(cè)量設(shè)備，接受更新型、以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的虛擬儀器系統(tǒng)。由于計(jì)算機(jī)的性能價(jià)格比不斷改進(jìn)，使虛擬儀器的價(jià)格更為大眾化，用戶不必再受限于傳統(tǒng)儀器的使用限制和昂貴的價(jià)格，進(jìn)一步降低了使用成本，減少了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)費(fèi)用和系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用。此外，新型筆記本電腦又把虛擬儀器的便攜性和強(qiáng)大功能推向一個(gè)新的水平。所有這些必將加快虛擬儀器的發(fā)展，使它的功能和應(yīng)用領(lǐng)域不斷增強(qiáng)和擴(kuò)大。