对于虚拟仪器的认识

对虚拟仪器的认识
2012级，控制工程，1208521023，谢晋
1、虚拟仪器的概念
虚拟仪器（virtual instrument，VI）的概念是由美国国家仪器公司（NI）提出来的，虚拟仪器本质上是虚拟现实的一个方面的应用结果、也就是说虚拟仪器是一种功能意义上的仪器，它充分利用计算机系统强大的数据处理能力，在基本硬件的支持下，利用软件完成数据的采集、控制、数据分析与处理以及测试结果的显示等，通过软、硬件的配合来实现传统仪器的各种功能，大大地突破了传统仪器在数据处理、显示、传送、存储等方面的限制，使用户可以方便地对仪器进行维护、扩展与升级。

虚拟仪器是基于计算机的仪器，计算机和仪器的紧密结合时目前仪器发展的一个重要方向，虚拟仪器就是在通用计算机上加上一组软件和硬件，使得使用者在操作这台计算机时，就像在操作一台自己设计的专用的传统电子仪器。

在虚拟仪器系统中，硬件仅仅是为了实现信号的输入输出，软件才是整个仪器系统的关键。

任何一个使用者都可以通过修改软件的方法，很方便地改变、增减仪器系统的功能与规模，所以有了“软件就是仪器”之说。

2、虚拟仪器的特点
虚拟仪器的最大的特点是将计算机丰富的资源与仪器硬件、DSP技术相结合，在系统内共享软件硬件资源，打破了以往由厂家定义仪器功能的模式，由用户自己定义仪器功能。

在虚拟仪器中，使用相同的硬件系统，通过不同的软件编程，就可以实现功能完全不同的测量仪器。

传统仪器和虚拟仪器系统的比较如下表所示：
由此可见，虚拟仪器尽可能采用通用的硬件，各种仪器的差异主要是软件，同时能充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理功能，可以创造出功能更强大的“个人仪器”。

3、虚拟仪器的构成
虚拟仪器的基本构成包括计算机、虚拟仪器软件、硬件结构模块，其中硬件接口模块可以包括插入式数据采集卡（DAQ）、串并口、IEEE488接口（GPIB）卡、VXI控制器以及其他接口卡。

目前较为常用的虚拟仪器系统是数据采集卡系统、GPIB仪器控制系统、VXI仪器系统以及这三者之间的任意组合。

4、虚拟仪器开发语言
目前，业界基本认同的虚拟仪器定义是“基于通用计算机的测控系统”，这里并没有限定这个测控系统的程序开发语言，从各方面综合考虑，一致认为Labview 还是测控领域最优秀的图形语言开发环境。

图形化的程序语言又称为“G“语言，它与C、Pascal、Basic等传统编程语言有着诸多的相似之处，如相似的数据类型、数据流控制结构、程序调试工具以及层次化的编程特点等。

但二者最大的区别在于，传统编程语言用文本语言编程，而Labview用图形语言（即各种图标、图形符号、连线等），以框图的形式编写程序。

Labview作为一个面向最终用户的工具，它可以增强构建科学和工程系统的能力，提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径，使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时，可以大大提高工作效率。

5、虚拟仪器的应用
虚拟仪器系统开放、灵活，可与计算机技术保持同步发展，以提高精确度，降低成本，并大大节省用户的开发时间，因此已经在测量领域得到广泛的应用。

5.1 检测方面
在实验室，利用虚拟仪器开发工具开发专用虚拟仪器系统，可以把一台个人计算机编程一组检测仪器，用于数据/图像采集、控制与模拟。

5.2 监控方面
用虚拟仪器系统可以随时采集和记录从传感器传来的数据，并对之进行统计、数字滤波、频域分析等处理，从而实现监控功能。

5.3 电信方面
由于虚拟仪器具有灵活的图形用户接口和强大的检测功能，同时又能与GPIB 和VXI仪器兼容，因此很多工程师和研究人员都把他用语电信检测和场测试。