虚拟仪器应用

虚拟仪器应用

虚拟仪器(virtual instrument,VI) 最早是适应PC卡式仪器于1986年由NI 公司提出的,它的出现逐步改变了测量和自动化的方法。所谓虚拟仪器,简单地说就是一组完成传统仪器功能的硬件和软件部件。虚拟仪器通过软件将通用计算机与仪器硬件结合起来,用户可以通过友好的图形界面(通常称为虚拟面板)操作这台计算机,就像在操作自己定义、自己设计的一台单个传统仪器一样。VI 透明地将计算机资源和仪器硬件(如A/ D、D/ A、数字I/ O、定时器和信号调理器等)的测试、控制能力结合在一起,通过软件实现数据的分析处理和表达,从而能更迅速、更经济、更灵活地解决测试问题,并有效地降低了系统组建成本。虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件,结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。

一、虚拟仪器技术的组成

（一）高效的软件。软件是虚拟仪器技术中最重要的部分。功能强大、现成即用的软件使整个过程自动进行。使用正确的软件工具并通过设计或调用特定的程序模块,可以高效地创建自己的应用以及友好的人机交互界面。标准图形化编程软件———LabVIEW ,不仅能轻松方便地完成与各种软硬件的连接,更能提供强大的后续数据处理能力,设置数据处理、转换、存储的方式,并显示结果。此外更多交互式的测量工具和更高层的系统管理软件工具,可满足对高性能应用的设计需求。借助功能强大的软件,就可以在仪器中创建智能性和决策功能,从而发挥虚拟仪器技术在测试应用中的强大优势。

（二）模块化的I/O硬件。面对如今日益复杂的测试测量应用,无论是使用

VXI、PXI、USB 等哪一种总线,都可以使用相应功能的模块化硬件产品。高性能的硬件产品结合灵活的开发软件,可以创建完全自定义的测量系统,满足各种独特的应用要求。

（三）用于集成的软硬件平台。专为测试任务设计的PXI硬件平台,已经成为当今测试、测量和自动化应用的标准平台,它的开放式构架、灵活性和PC技术的成本优势为测量和自动化行业带来了一场翻天覆地的改革。PXI作为一种专为工业数据采集与自动化应用度身定制的模块化仪器平台,内建有高端的定时和触发总线,再配以各类模块化的I/O硬件和相应的测试测量开发软件,可以建立完全自定义的测试测量解决方案。

二、虚拟仪器的优势

(1)性能高。虚拟仪器技术是在PC技术的基础上发展起来的,所以完全“继承”了以现成即用的PC 技术为主导的技术优点,包括功能超卓的处理器和文件I/ O ,在数据高速导入磁盘的同时就能实时地进行复杂的分析。此外,不断发展的网际网络技术使得虚拟仪器技术展现其更强大的优势。

(2)扩展性强。得益于软件的灵活性,只需更新计算机或测量硬件,就能以最少的硬件投资和极少的、甚至无需软件上的升级即可改进整个系统。在利用最新科技的时候,可以把它们集成到现有的测量设备,最终以较少的成本加速产品上市的时间。

(3)开发时间少。在驱动和应用2个层面上,高效的软件构架能与计算机、仪器仪表和通讯方面的最新技术结合在一起。这一软件构架的初衷就是为了方便用户的操作,同时还提供了灵活性和强大的功能,可以轻松地配置、创建、发布、维护和修改高性能、低成本的测量和控制解决方案。

(4)无缝集成。虚拟仪器技术从本质上说是一个集成的软硬件概念。随着产品在功能上不断地趋于复杂,通常需要集成多个测量设备来满足完整的测试需求,而连接和集成这些不同设备总是要耗费大量的时间。虚拟仪器软件平台为所有的I/O设备提供了标准的接口,可以轻松地将多个测量设备集成到单个系统,减少了任务的复杂性。

随着计算机技术、仪器技术和网络通信技术的不断完善,虚拟仪器因其强大的性价比优势得到了广泛的应用。一些新的PC技术和数据采集技术逐渐应用到虚拟仪器中,虚拟仪器技术也有了一些新的进展。

三、虚拟仪器的发展趋势

（一）外挂式虚拟仪器

PC－DAQ式虚拟仪器是现在比较流行的虚拟仪器系统，但是，由于基于PCI 总线的虚拟仪器在插入DAQ时都需要打开机箱等，比较麻烦，而且，主机上的PCI插槽有限，再加上测试信号直接进入计算机，各种现场的被测信号对计算机的安全造成很大的威胁，同时，计算机内部的强电磁干扰对被测信号也会造成很大的影响，故以USB接口方式的外挂式虚拟仪器系统将成为今后廉价型虚拟仪器测试系统的主流。

（二）PXI型高精度集成虚拟仪器测试系统

为了满足您的测试系统不断变化的需要，开放式的平台PXI系统可以简单地将来自不同生产厂商的测量设备整合到一个共同的系统中，并在新的技术出现或者应用系统需要发生改变时，可以方便地将其进行修改或扩展。开放式的PXI 平台将工业标准科技如Compact/PCIWindows操作系统与嵌入式的触发结合在一起，提供一个比个人计算机更耐用、更具有确定性的系统。PXI系统高度的可扩展性和良好的兼容性，以及比VXI系统更高的性价比，使它成为未来大型高精度集成测试系统的主流虚拟仪器平台。

（三）网络化虚拟仪器

网际网络的潮流将资料共享带入了一个新的阶段，加速了虚拟仪器的网络技术及远程监控技术的发展，而这些技术是传统独立仪器不可能实现的。虚拟仪器技术可利用网际网络的功能，将来自测量或控制设备中的资料直接传送到Web 网页上，或是用掌上型的数字工具读取资料，甚至还可以将数据传输到手机上。使用虚拟仪器技术，人们可以使用网际网络的强大功能远距离控制仪器设备，或者与远在其他办公地点，甚至其他国家的同事合作处理一个项目。由此可见，利

用网络技术能将分散在不同地理位置，不同功能的测试设备联系在一起，使昂贵的硬件设备、软件在网络上得以共享，减少了设备重复投资。所以，网络化虚拟仪器将具有广泛的应用前景。

参考文献：

[1]张崇雄.虚拟仪器技术分析与设计.[M].北京:电子工业出版社.2007.

[2]丁世心,崔桂梅.虚拟仪器技术.[M].北京:科学出版社.2005.