虚拟仪器的发展

虚拟仪器的发展及应用0,关于虚拟仪器的引言

1，测量技术的发展过程

1.1传统测试仪器仪表的发展历程

1.2虚拟仪器概念

1.3虚拟仪器与传统仪器的区别

2，虚拟仪器的发展现状

2.1国外发展情况

2.2国内发展情况

2.3虚拟仪器发展过程中要处理好的几项关键性技术

3，虚拟仪器的应用

4，虚拟仪器的展望

6.与传统仪器的区别

7.虚拟仪器技术具有四大优势

7.1性能高

7.2扩展性强

7.3开发时间少

bVIEW的发展和应用

bView优缺点

10.结束语

0．引言

由于微电子技术、计算机技术、软件技术、网络技术的高度发展及其在电子工业测量技术与仪器上的应用，新的测试理论、新的测试方法、新的测试领域以及新的仪器结构不断涌现，在许多方面已经冲破了传统仪器的概念。虚拟仪器就是其中的一种，虚拟仪器是基于通用PC建立的可编程仪器及仪器系统，就是在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义、具有虚拟前面板、测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。在虚拟仪器中，硬件仅仅是为了解决信号的输入与输出，软件才是整个仪器的关键。用户可以通过软件构造几乎任意功能的仪器。现在虚拟仪器已得到了广泛应用，并成为当前国内外测试技术领域十分关注的技术热点。

1．测量技术的发展过程

1.1传统测试仪器仪表的发展历程

测量仪器是科学技术发展的基础，而科学技术的发展又推动着测量仪器的发展进程。测量仪器仪表技术发展至今，主要经历了以下几个阶段：

(1) 以电磁技术为基础的指针式仪表阶段；

(2)以模拟电子技术为基础的模拟式仪表阶段；

(3)以数字电子技术为基础，引入了锁相技术、频率合成技术、数字取样技术等的数字化仪表阶段；

(4)以大规模、超大规模集成电路为基础的智能化仪器仪表阶段。这一阶段是电子仪器领域取得

重大发展的标志性联阶段，在一定时期内曾开创了现代电子测量、测试技术的先河；

(5)以电子测量技术、自动控制技术和计算机技术的发展相融合为基础的自动测试系统阶段。这是电子测量技术的又一次飞跃，它真正实现了高速度、高准确度、多参数和多功能的测试，甚至在一定程度上实现了不同地域上的网络化测试功能。自动测试系统阶段是基于传统仪器仪表技术的测量测试技术发展的高级阶段，它是当今科学技术高度发展的必然结果，同时也为科学技术的进一步发展提供了基础性

的保障。上述不同阶段的仪器仪表技术，还同属于具有一定的物理形态、主要靠自身硬件来实现其功能的仪器仪表，即传统观念上的具有物理实体的仪器仪表，其共同特征为都是不脱离物质基础的实体仪器，也具有形状规格、功能特性不易更改和耗物质资源等共同的物质特征。上述传统仪器仪表的发展进程，

可用图1表示。图中最后一个发展阶段就是指虚拟仪器发展阶段。它的出现为仪器技术的发展创造了一种新的理念，会成为人类的测试技术的发展主方向。

1.2虚拟仪器概念

所谓的虚拟仪器就是在以计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义的具有虚拟面板，其测试功能由测试软件来实现的一种计算机系统。虚拟仪器的实质是利用计算机的显示器模拟传统仪器的控制面板，以多种形式输出检测结果；利用计算机的软件实现信号的数据运算、分析、处理；利用I/O接口设备完成信号的采集、调理，从而完成各种测试功能的计算机测试系统。

使用者用鼠标或键盘操作虚拟面板就如同使用一台专用的测量仪器。

1.3虚拟仪器与传统仪器的区别

虚拟仪器与传统仪器的区别如表1所示：

2．虚拟仪器的发展现状

2.1国外发展情况

国外虚拟仪器技术自上世纪80年代由美国NI 公司提出以来，一直成为发达国家自动测控领域的研究热点和应用前沿。近年来，世界各国的许多大型自动测控和仪器公司均相继研制了为数不少的虚拟仪器开发平台，但最早和最具影响力的还是NI 公司的图形化开发平台LabVIEW。虚拟仪器在国外已发展成为一种新的产业。美国是虚拟仪器的诞生地，目前也是全球最大的虚拟仪器制造国。

2.2 国内发展情况

国内虚拟仪器最早的研究也是从引进消化NI 的产品开始。国家自然科学基金委员会也曾将虚拟仪器研究作为现代机械工程科学前沿学科之一，列入为“十五”期间优先资助领域。目前有些研究已取得可喜成绩，如863项目“虚拟仪器关键技术的研究及其产业化”，所研制的“一体化虚拟仪器”就是一种不同于欧美虚拟仪器的技术。这项成果表明我国在虚拟仪器方面走出一条自主创新的路子。

2.3虚拟仪器发展过程中要处理好的几项关键性技术

虚拟仪器的发展取决于3个重要因素：计算机是载体，软件是核心，高质量的

A/ D 采集卡及调理放大器是关键。又因为虚拟仪器是基于微计算机的测试仪器，因此必然与微计算机相关技术的进展有密切的关系，操作虚拟仪器就是通过良好的界面环境操作带有虚拟仪器功能设备的通用计算机。同时，虚拟仪器是测试仪器，它又带有浓厚的测试仪器的特征。因此必须处理好以下几项关键性的技术：虚拟仪器的发展必须依赖于计算机的进步和发展；必须借助各种硬件技术和强大的软件资源；必须制定开放式的虚拟仪器I/O总线标准。

3．虚拟仪器的应用

随着PC、半导体和软件功能的进一步更新，虚拟仪器的功能和性能已被不断地提高，

如今在许多应用中，它已成为传统仪器的主要替代方式。而虚拟仪器的各种优点让用户可以放心地舍弃旧的传统测量设备，接受更新型、以计算机为基础的虚拟仪器系统。由于计算机的性能价格比不断改进，使虚拟仪器的价格更为大众化，用户不必再受限于传统仪器的使用限制和昂贵的价格，进一步降低了使用成本，减少了系统的开发费用和系统的维护费用。此外，新型笔记本电脑又把虚拟仪器的便携性和强大功能推向一个新的水平。所有这些必将加快虚拟仪器的发展，使它的功能和应用领域不断增强和扩大。以一个基于虚拟仪器的温度校准系统为例，来解析LAB VIEW软件的应用。

与常规的温度校准系统不同，虚拟仪器系统的核心是一台计算机，它的功能硬件一台带有GPIB接口的高精度数字多用表和一台温度调节器。加热控制顺路是强电的可控硅元件及触发电路，它接收温度调节器的指令信号去调节检定炉中加热元件的电压值。如果增加电子自动切换开关，可实现同炉中多支热电偶温度计的自动校准工作。虚拟仪器的软件采用Lab VIEW，它采用数据流程的图形化C语言编程技术，把复杂费时的软件编程简化为菜单提示和图标连接调用，虚拟仪器要完成的工作是：检定炉的温度场所控制与校准平衡点的确认。计算机通过与数字多用表和温度调节器的数据通信，接收温度场信号，输出控制指令，按不同的要求在显示屏上的用户界面中设定恒温控制给定值、超限报警值等，并对平衡温度点的稳定判据给出指标。