虛擬儀器的結構原理性能特點(diǎn)和應用

虛擬儀器的結構原理
　　
　　虛擬儀器是利用高性能的模塊化硬件，結合高效靈活的軟件來(lái)完成各種測試、測量和自動(dòng)化的應用。靈活高效的軟件能創(chuàng )建完全自定義的用戶(hù)界面，模塊化的硬件能方便地提供全方位的系統集成，標準的軟硬件平臺能滿(mǎn)足對同步和定時(shí)應用的需求。虛擬儀器的本質(zhì)是利用現有的計算機，加上特殊設計的儀器硬件和專(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。它是利用計算機強大的圖形環(huán)境和在線(xiàn)幫助功能，建立虛擬儀器面板，以代替傳統儀器完成對儀器的控制、數據分析和顯示功能。虛擬儀器的輸入輸出由數據采集卡、GPIB卡等硬件模塊完成，儀器的功能主要由軟件構成。虛擬儀器系統框圖如圖1所示。
　　
　　一套完整的虛擬儀器系統的結構一般來(lái)說(shuō)分為四層：
　　
　　1)測試管理層
　　
　　用戶(hù)使用虛擬儀器生產(chǎn)廠(chǎng)商開(kāi)發(fā)的應用程序，組成自己的一套測試儀器。這是虛擬儀器的優(yōu)點(diǎn)之一，它可以方便地使用戶(hù)根據自己的需要，自己的風(fēng)格建立自己的測試儀器。
　　
　　2)應用(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(hù)可以用這類(lèi)軟件進(jìn)行深層開(kāi)發(fā)，以擴展儀器原有的功能。
　　
　　3)儀器驅動(dòng)層
　　
　　由生產(chǎn)商開(kāi)發(fā)，針對不同類(lèi)型的儀器有不同的驅動(dòng)程序接口。為給用戶(hù)提供方便、易用的儀器驅動(dòng)程序，泰克公司、惠普公司和美商國家儀器公司等35家國際上最大的儀器公司成立了VXI plug & play系統聯(lián)盟，并于推出VISA(Virtu-al Instrument Software Architecture)標準。
　　
　　4)I/O總線(xiàn)驅動(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)相同標準的總線(xiàn)連接起來(lái)形成一套完整的測試系統，如得到廣泛應用的VXI(開(kāi)放式測量系統)總線(xiàn)系統。

　　虛擬儀器的性能特點(diǎn)
　　
　　虛擬儀器徹底改變了傳統儀器由生產(chǎn)廠(chǎng)家定義功能的模式，而是在少量附加硬件的基礎上，由用戶(hù)定義儀器功能。因為它的運行主要依賴(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性，進(jìn)而延長(cháng)它的生命周期，是一種具有很好發(fā)展前景的儀器。與傳統儀器相比，虛擬儀器具有高效、開(kāi)放、易用靈活、功能強大、性?xún)r(jià)比高、可操作性好等明顯優(yōu)點(diǎn)，具體表現為：
　　
　　1)智能化程度高，處理能力強虛擬
　　
　　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(hù)完全可以根據實(shí)際應用需求，將先進(jìn)的信號處理算法、人工智能技術(shù)和專(zhuān)家系統應用于儀器設計與集成，從而將智能儀器水平提高到一個(gè)新的層次。可燃氣體檢測儀 | 圓嘴鉗 | 滴定儀 | 濃度計 | 熱流計 | 試驗機 | 壓力計 | 流量計 | 示波器 | 真空表 | 斜嘴鉗 | 硬度計 | 電導計
　　
　　2)應用性強，系統費用低
　　
　　應用虛擬儀器思想，用相同的基本硬件可構造多種不同功能的測試分析儀器，如同一個(gè)高速數字采樣器，可設計出數字示波器、邏輯分析儀、計數器等多種儀器。這樣形成的測試儀器系統功能更靈活、更高效、更開(kāi)放、系統費用更低。通過(guò)與計算機網(wǎng)絡(luò )連接，還可實(shí)現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，易用靈活
　　
　　虛擬儀器面板可由用戶(hù)定義，針對不同應用可以設計不同的操作顯示界面。使用計算機的多媒體處理能力可以使儀器操作變得更加直觀(guān)、簡(jiǎn)便、易于理解，測量結果可以直接進(jìn)入數據庫系統或通過(guò)網(wǎng)絡(luò )發(fā)送。測量完后還可打印、顯示所需的報表或曲線(xiàn)。這些都使得儀器的可操作性大大提高而且易用、靈活。

虛擬儀器的應用 
　　
　　虛擬儀器的功能和性能已被不斷地提高，如今在許多應用中它已成為傳統儀器的主要替代方式。隨著(zhù)PC、半導體和軟件功能的進(jìn)一步更新，未來(lái)虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展將為測試系統的設計提供一個(gè)極佳的模式，并且在測量和控制方面都有無(wú)以倫比的強大功能和靈活性�？蓮V泛應用于電子測量、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、機械工程、建筑工程、鐵路交通、地質(zhì)勘探、生物醫療、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(hù)可以放心地舍棄舊的傳統測量設備，接受更新型、以計算機為基礎的虛擬儀器系統。由于計算機的性能價(jià)格比不斷改進(jìn)，使虛擬儀器的價(jià)格更為大眾化，用戶(hù)不必再受限于傳統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，減少了系統的開(kāi)發(fā)費用和系統的維護費用。此外，新型筆記本電腦又把虛擬儀器的便攜性和強大功能推向一個(gè)新的水平。所有這些必將加快虛擬儀器的發(fā)展，使它的功能和應用領(lǐng)域不斷增強和擴大。