虚拟仪器的功能
来源: | 作者:dsolab | 发布时间: 2021-03-12 | 856 次浏览 | 分享到:

虚拟仪器的功能
      虚拟仪器是虚拟技术的一个重要组成部分,是由计算机技术、测量技术和微电子技术高速发展而孕育出的一项革命性技术。虚拟仪器系统的概念不仅推进了以仪器为基础的测控系统的改造,同时也影响了以数据采集为主的测控系统的传统构造方法的进化。过去独立分散、互不相干的许多领域,在虚拟仪器系统的概念之下,正在逐渐靠拢、相互影响,并形成新的技术方法和技术规范。

      虚拟仪器系统的概念是测控系统的抽象。不管是传统的还是虚拟的仪器,它们的功能都是相同的:采集数据,对采集来的数据进行分析处理,然后显示处理的结果。它们之间的不同主要体现在灵活性方面。虚拟仪器由用户自己定义,这意味着您可以自由地组合计算机平台、硬件、软件、以及各种完成应用系统所需要的附件。它可代替传统的测量仪器,如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、频谱分析仪等;可集成于自动控制、工业控制系统;可自由构建成专有仪器系统。它由计算机、应用软件和仪器硬件组成。因此,虚拟仪器的出现,彻底改变了传统的仪器方法,开辟了测控技术的新纪元。而这种灵活性在由供应商定义、功能固定、独立的传统仪器上是达不到的。这一创新使得用户能够根据自己的需要定义仪器功能,而不像传统仪器那样,受到仪器厂商的限制。
      我们常见到硬件工程师的工作台上堆砌着纷乱的仪器,交错的线缆和繁多待测器件。然而在集成的虚拟测量系统中,我们见到的是整洁的桌面、条理的操作,不但使测量人员从繁复的仪器堆中解放出来,而且还可实现自动测量、自动记录、自动数据处理。不但方便之极,而且设备成本大幅降低。
      虚拟仪器包括硬件和软件两个基本要素。硬件的主要功能是获取真实世界中的被测信号,可分为两类:一类是满足一般科学研究与工程领域测试任务要求的虚拟仪器。最简单的是基于PC总线的插卡式仪器,也包括带GPIB接口和串行接口的仪器;另一类是用于高可靠性的关键任务,如航空、航天、国防等应用的高端VXI仪器。虚拟仪器系统将不同功能、不同特点的硬件构成为一个新的仪器系统,由计算机统一管理、统一操作。软件的功能定义了仪器的功能。因此,虚拟仪器最重要、最核心的技术是虚拟仪器软件开发环境。作为面向仪器的软件环境应具备以下特点:一是软件环境是针对测试工程师而非专业程序员,因此,编程必须简单,易于理解和修改;二是具有强大的人机交互界面设计功能,容易实现模拟仪器面板;三是具有强大的数据分析能力和数据可视化分析功能,提供丰富的仪器总线接口硬件驱动程序。 

与传统仪器相比,虚拟仪器在智能化程序、处理能力、性能价格比、可操作性等方面都具有明显的技术优势,具体表现为:
  (1)智能化程度高,处理能力强。虚拟仪器的处理能力和智能化程度主要取决于仪器软件水平。用户完全可以根据实际应用需求,将先进的信号处理算法、人工智能技术和专家系统应用于仪器设计与集成,从而将智能仪器水平提高到一个新的层次。
  (2)复用性强,系统费用低。应用虚拟仪器思想,用相同的基本硬件可构造多种不同功能的测试分析仪器,如同一个高速数字采样器,可设计出数字示波器、逻辑分析仪、计数器等多种仪器。这样形成的测试仪器系统功能更灵活、系统费用更低。通过与计算机网络连接,还可实现虚拟仪器的分布式共享,更好地发挥仪器的使用价值。
    (3)可操作性强。虚拟仪器面板可由用户定义,针对不同应用可以设计不同的操作显示界面。使用计算机的多媒体处理能力可以使仪器操作变得更加直观、简便、易于理解,测量结果可以直接进入数据库系统或通过网络发送。测量完后还可打印,显示所需的报表或曲线,这些都使得仪器的可操作性大大提高。
  从虚拟仪器的定义来说,它更多地强调软件在仪器中的应用,但虚拟仪器仍离不开硬件技术的支持,信息的获取仍需要通过硬件来实现。目前,虚拟仪器的类型主要取决于仪器所采用的接口总线类型。从仪器与计算机采用的总线连接方式的不同,可分为内插卡式和外接机箱式两大类。内插卡式就是将各种数据采集卡插入计算机扩展槽,再加上必要的连接电缆或探头,就可形成一个仪器。外接机箱式采用背板总线结构,所有仪器都连接在总线上或采用外总线方式,用外部主控计算机来实现控制。这种类型的虚拟仪器以VXI仪器为典型代表。无论哪种虚拟仪器,都离不开数据采集硬件的支持。