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計(jì)量論壇

標(biāo)題: 關(guān)于虛擬儀器的幾篇文章，希望大家發(fā)表一下意見(jiàn) [打印本頁(yè)]

作者: duzhitao 時(shí)間: 2007-3-28 13:27
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作者: duzhitao 時(shí)間: 2007-3-28 13:32
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作者: csxfjsw123 時(shí)間: 2007-5-25 17:15
標(biāo)題: 虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器的比較

虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器的比較

什么是虛擬儀器？它與傳統(tǒng)儀器有何不同？
虛擬儀器由用戶定義，而傳統(tǒng)儀器則功能固定且由廠商定義。
每一個(gè)虛擬儀器系統(tǒng)都由兩部分組成------軟件和硬件。對(duì)于當(dāng)前的測(cè)量任務(wù)，虛擬儀器系統(tǒng)的價(jià)格與具有相似功能的傳統(tǒng)儀器相差無(wú)幾，甚至比它少很多倍。而且，由于虛擬儀器在測(cè)量任務(wù)需要改變時(shí)具有更大的靈活性，因而隨著時(shí)間的流逝，節(jié)省的成本也不斷累計(jì)。
不使用廠商定義的、預(yù)封裝好的軟件和硬件，工程師和科學(xué)家獲得了最大的用戶定義的靈活性。傳統(tǒng)儀器把所有軟件和測(cè)量電路封裝在一起利用儀器前面板為用戶提供一組有限的功能。而虛擬儀器系統(tǒng)提供的則是完成測(cè)量或控制任務(wù)所需的所有軟件和硬件設(shè)備，功能完全由用戶自定義。此外，利用虛擬儀器計(jì)數(shù)，工程師和科學(xué)家們還可以使用高效且功能強(qiáng)大的軟件來(lái)自定義采集、分析、存儲(chǔ)、共享和顯示功能。
這里有一些體現(xiàn)虛擬儀器靈活性的例子：
1.一個(gè)應(yīng)用，不同的設(shè)備
在這個(gè)例子中，一位工程師正在實(shí)驗(yàn)室的臺(tái)式計(jì)算機(jī)PCI總線上使用NI LabVIEW和M系列DAQ設(shè)備開(kāi)發(fā)一個(gè)應(yīng)用程序，以創(chuàng)建一個(gè)直流（DC）電壓和溫度測(cè)量應(yīng)用。在完成了系統(tǒng)構(gòu)建之后，他需要在一個(gè)生產(chǎn)層PXI系統(tǒng)上配置應(yīng)用程序以完成新產(chǎn)品的測(cè)試。或者，他可能需要應(yīng)用程序具有便攜性，所以他選擇了NI USB DAQ產(chǎn)品來(lái)完成任務(wù)。在這個(gè)例子中，無(wú)論是何種選擇，在這三種情況下，他都可以僅在同一個(gè)程序中使用虛擬儀器而無(wú)需改變代碼。

[url=]點(diǎn)擊看原圖[/url]

2.許多應(yīng)用程序，一個(gè)設(shè)備
假設(shè)有另外一個(gè)工程師，剛剛完成了一個(gè)利用最新的M系列DAQ設(shè)備和積分編碼器測(cè)量電機(jī)位置的項(xiàng)目。他的下一個(gè)項(xiàng)目是監(jiān)視和記錄這個(gè)電機(jī)的功率。即使任務(wù)完全不同他也可以重用同樣的M系列DAQ 設(shè)備。他所需要做的就是使用虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)出新的應(yīng)用程序。此外，如果需要的話，項(xiàng)目既可以與一個(gè)單一的應(yīng)用程序結(jié)合也可以運(yùn)行在一個(gè)單一的M系列DAQ設(shè)備。

與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器硬件性能如何？
虛擬儀器的重要概念就是驅(qū)使實(shí)際虛擬儀器軟件和硬件設(shè)備加速的策略。NI致力于適應(yīng)或使用諸如Microsoft、Intel、Analog Devices、Xilinx以及其他公司的高投入技術(shù)。NI使用Microsoft在操作系統(tǒng)（OS）和開(kāi)發(fā)工具方面的巨大投資。在硬件方面，NI基于Analog Devices在A/D轉(zhuǎn)換器方面的投資。

基本上，虛擬儀器系統(tǒng)是基于軟件的，所以如果只要是可以數(shù)字化的東西，您就可以對(duì)它進(jìn)行測(cè)量。因此，測(cè)量硬件可在通過(guò)兩根坐標(biāo)軸進(jìn)行評(píng)估，即分辨率（位）和頻率。參考下圖可以看出虛擬儀器硬件測(cè)量性能與傳統(tǒng)儀器的比較。NI的目標(biāo)就是將曲線在頻率和分辨率上延伸并且在曲線內(nèi)進(jìn)行不斷推陳出新。
虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器能夠兼容嗎？
許多工程師和科學(xué)家都在實(shí)驗(yàn)室里將虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器結(jié)合使用。除此之外，一些傳統(tǒng)儀器提供了特定的測(cè)量，工程師和科學(xué)家寧愿廠商定義也不愿自己定義。這就引出了一個(gè)問(wèn)題，“虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器能夠兼容嗎？”
虛擬儀器可與傳統(tǒng)儀器完全兼容，無(wú)一例外。虛擬儀器軟件通常提供了與常用普通儀器總線 (如GPIB、串行總線和以太網(wǎng)) 相連接的函數(shù)庫(kù)。
除了提供庫(kù)之外，200多家儀器廠商也為NI儀器驅(qū)動(dòng)庫(kù)提供了4000余種儀器驅(qū)動(dòng)。儀器驅(qū)動(dòng)提供了一套高層且可讀的函數(shù)以及儀器接口。每一個(gè)儀器驅(qū)動(dòng)都專為儀器某一特定的模型而設(shè)計(jì)，從而為它獨(dú)特的性能提供接口。

虛擬儀器和綜合性儀器有何不同？
自動(dòng)測(cè)試工業(yè)中一個(gè)基本的趨勢(shì)就是往基于軟件的測(cè)試系統(tǒng)的重大轉(zhuǎn)變。例如，美國(guó)國(guó)防部（DoD）是世界上最大的自動(dòng)測(cè)試設(shè)備（ATE）客戶之一。為了減少測(cè)試系統(tǒng)的成本并提高重用率，DoD通過(guò)海軍的NxTest計(jì)劃已經(jīng)確定：將來(lái)的ATE要使用建立在模塊化硬件和可重復(fù)配置的軟件基礎(chǔ)上的體系結(jié)構(gòu)，稱為綜合性儀器。采用綜合性儀器代表了將來(lái)軍用ATE系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的重大發(fā)展，并且反映出可重復(fù)配置的軟件處于將來(lái)系統(tǒng)的核心地位這一基本轉(zhuǎn)變。基于軟件測(cè)試系統(tǒng)的成功應(yīng)用，例如綜合性儀器，需要對(duì)硬件平臺(tái)和市場(chǎng)上軟件工具的理解，以及對(duì)系統(tǒng)級(jí)體系結(jié)構(gòu)和儀器級(jí)體系結(jié)構(gòu)之間區(qū)別的理解。
綜合性儀器執(zhí)行團(tuán)體將綜合性儀器定義為“一個(gè)可重復(fù)配置的系統(tǒng)，它通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的接口連接一系列基本硬件和軟件
[/url]組件，從而發(fā)生信號(hào)或者使用數(shù)值處理技術(shù)進(jìn)行測(cè)量”。這與虛擬儀器的許多性質(zhì)相同，虛擬儀器是“一個(gè)軟件定義的系統(tǒng)，其中基于用戶需要的軟件定義了通用測(cè)量硬件的功能”。兩種定義享有共同的性質(zhì)，即運(yùn)行于商用硬件之上的可自定義功能的儀器。通過(guò)將測(cè)量功能轉(zhuǎn)向用戶可接觸并可重復(fù)配置的硬件，那些采用這種體系結(jié)構(gòu)的儀器從具有更大靈活性和可重復(fù)配置功能的系統(tǒng)中受益，而且這些系統(tǒng)反過(guò)來(lái)又提高了性能同時(shí)減少了成本。

作者: csxfjsw123 時(shí)間: 2007-5-25 17:16
標(biāo)題: 虛擬儀器的原理及發(fā)展
0、引言
　　電子測(cè)試儀器是電子行業(yè)的基礎(chǔ)，它在電子行業(yè)中長(zhǎng)期占據(jù)著十分重要的地位，它是一個(gè)時(shí)代的電子行業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志，并隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而不斷地更新變化著。傳統(tǒng)的測(cè)試儀器由于功能固定，研制生產(chǎn)周期長(zhǎng)等缺點(diǎn)，越來(lái)越不能滿足信息時(shí)代的要求。這就給一種新型的測(cè)量?jī)x器——虛擬儀器提供了極大的發(fā)展空間，由于其硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，以軟件為主實(shí)現(xiàn)各種功能，且隨計(jì)算機(jī)的發(fā)展不斷提高其性能，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，所以越來(lái)越引起世人的高度關(guān)注。本文就虛擬儀器的產(chǎn)生、發(fā)展過(guò)程、結(jié)構(gòu)原理、性能特點(diǎn)及應(yīng)用等方面進(jìn)行詳細(xì)的介紹，使讀者對(duì)虛擬儀器有更深入地了解。
1、虛擬儀器的發(fā)展
　　主要利用PC技術(shù)，只是添加A/D及D/A變換等少許硬件和以軟件為主的儀器稱為虛擬儀器。虛擬儀器通過(guò)應(yīng)用程序?qū)⑼ㄓ糜?jì)算機(jī)與功能化硬件結(jié)合起來(lái)，用戶可通過(guò)友好的圖形界面來(lái)操作計(jì)算機(jī)，就像在操作自己定義、自己設(shè)計(jì)的一臺(tái)儀器一樣，從而完成對(duì)被測(cè)試量的采集、分析、判斷、顯示、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存等。它是在 PC技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，能在數(shù)據(jù)導(dǎo)入磁盤(pán)的同時(shí)，實(shí)時(shí)地進(jìn)行復(fù)雜的分析。具有高效的性能、強(qiáng)大的擴(kuò)展功能、節(jié)約開(kāi)發(fā)時(shí)間，以及完美的集成性能等技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
　　早在八十年代初，就有人以個(gè)人計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，在微機(jī)內(nèi)部增加一些插件或外附插件箱，將各種測(cè)量電路插件接于PC內(nèi)部總線，加上某些軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)儀器的功能，這種儀器稱為PC儀器或個(gè)人儀器。因?yàn)橛?jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬軟件資源可代替一般自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)和智能儀表中的微處理器、存儲(chǔ)器、接口電路和顯示器，因而減少了儀器的許多硬件，降低了儀器成本，而且無(wú)需對(duì)每一種新儀表都從頭開(kāi)始設(shè)計(jì)，所以該方案一經(jīng)提出就在儀表界引起極大的轟動(dòng)。
　　隨著VXI（開(kāi)放式測(cè)量系統(tǒng)）總線系統(tǒng)問(wèn)世以及PC機(jī)的結(jié)構(gòu)的變化，不斷推動(dòng)了虛擬儀表發(fā)展。VXI總線標(biāo)準(zhǔn)是一種全開(kāi)放型卡式儀表標(biāo)準(zhǔn)，具有靈活適用、性能先進(jìn)、高速運(yùn)行、小型便攜的特點(diǎn)，適用于模塊化設(shè)計(jì)儀表。PC機(jī)微處理器CPU速度不斷提高、采用流水線、RISC結(jié)構(gòu)，大大地提高了測(cè)試系統(tǒng)的數(shù)值處理能力。近年來(lái)，由于計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)資源的極大豐富，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，圖形化界面技術(shù)和自動(dòng)生成程序等技術(shù)的提高，使虛擬儀器的進(jìn)一步發(fā)展有了雄厚的技術(shù)基礎(chǔ)。
2、虛擬儀器的結(jié)構(gòu)原理
　　虛擬儀器是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來(lái)完成各種測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)化的應(yīng)用。靈活高效的軟件能創(chuàng)建完全自定義的用戶界面，模塊化的硬件能方便地提供全方位的系統(tǒng)集成，標(biāo)準(zhǔn)的軟硬件平臺(tái)能滿足對(duì)同步和定時(shí)應(yīng)用的需求。虛擬儀器的本質(zhì)是利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)，加上特殊設(shè)計(jì)的儀器硬件和專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(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形環(huán)境和在線幫助功能，建立虛擬儀器面板，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器完成對(duì)儀器的控制、數(shù)據(jù)分析和顯示功能。虛擬儀器的輸入輸出由數(shù)據(jù)采集卡、GPIB卡等硬件模塊完成，儀器的功能主要由軟件構(gòu)成。虛擬儀器系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1　虛擬儀器系統(tǒng)框圖

　　一套完整的虛擬儀器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一般來(lái)說(shuō)分為四層：
　　1）測(cè)試管理層
　　用戶使用虛擬儀器生產(chǎn)廠商開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序，組成自己的一套測(cè)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根據(jù)自己的需要，自己的風(fēng)格建立自己的測(cè)試儀器。
　　2）應(yīng)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。用戶可以用這類軟件進(jìn)行深層開(kāi)發(fā)，以擴(kuò)展儀器原有的功能。
　　3）儀器驅(qū)動(dòng)層
　　由生產(chǎn)商開(kāi)發(fā)，針對(duì)不同類型的儀器有不同的驅(qū)動(dòng)程序接口。為給用戶提供方便、易用的儀器驅(qū)動(dòng)程序，泰克公司、惠普公司和美商國(guó)家儀器公司等35家國(guó)際上最大的儀器公司成立了VXI plug & play系統(tǒng)聯(lián)盟，并于推出VISA（Virtu-al Instrument Software Architecture）標(biāo)準(zhǔn)。
　　4）I/O總線驅(qū)動(dòng)層
　　由生產(chǎn)商開(kāi)發(fā)，用于將不同類型的實(shí)際儀器通過(guò)相同標(biāo)準(zhǔn)的總線連接起來(lái)形成一套完整的測(cè)試系統(tǒng)，如得到廣泛應(yīng)用的VXI（開(kāi)放式測(cè)量系統(tǒng)）總線系統(tǒng)。
3、虛擬儀器的性能特點(diǎn)
　　虛擬儀器徹底改變了傳統(tǒng)儀器由生產(chǎn)廠家定義功能的模式，而是在少量附加硬件的基礎(chǔ)上，由用戶定義儀器功能。因?yàn)樗倪\(yùn)行主要依賴軟件，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(shè)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(yīng)性，進(jìn)而延長(zhǎng)它的生命周期，是一種具有很好發(fā)展前景的儀器。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器具有高效、開(kāi)放、易用靈活、功能強(qiáng)大、性價(jià)比高、可操作性好等明顯優(yōu)點(diǎn)，具體表現(xiàn)為：
　　1）智能化程度高，處理能力強(qiáng)
　　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。用戶完全可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，將先進(jìn)的信號(hào)處理算法、人工智能技術(shù)和專家系統(tǒng)應(yīng)用于儀器設(shè)計(jì)與集成，從而將智能儀器水平提高到一個(gè)新的層次。
　　2）應(yīng)用性強(qiáng)，系統(tǒng)費(fèi)用低

　　應(yīng)用虛擬儀器思想，用相同的基本硬件可構(gòu)造多種不同功能的測(cè)試分析儀器，如同一個(gè)高速數(shù)字采樣器，可設(shè)計(jì)出數(shù)字示波器、邏輯分析儀、計(jì)數(shù)器等多種儀器。這樣形成的測(cè)試儀器系統(tǒng)功能更靈活、更高效、更開(kāi)放、系統(tǒng)費(fèi)用更低。通過(guò)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接，還可實(shí)現(xiàn)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(qiáng)，易用靈活
　　虛擬儀器面板可由用戶定義，針對(duì)不同應(yīng)用可以設(shè)計(jì)不同的操作顯示界面。使用計(jì)算機(jī)的多媒體處理能力可以使儀器操作變得更加直觀、簡(jiǎn)便、易于理解，測(cè)量結(jié)果可以直接進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)或通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。測(cè)量完后還可打印、顯示所需的報(bào)表或曲線。這些都使得儀器的可操作性大大提高而且易用、靈活。
4、虛擬儀器的應(yīng)用
　　虛擬儀器的功能和性能已被不斷地提高，如今在許多應(yīng)用中它已成為傳統(tǒng)儀器的主要替代方式。隨著PC、半導(dǎo)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(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供一個(gè)極佳的模式，并且在測(cè)量和控制方面都有無(wú)以倫比的強(qiáng)大功能和靈活性。可廣泛應(yīng)用于電子測(cè)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(jī)械工程、建筑工程、鐵路交通、地質(zhì)勘探、生物醫(yī)療、教學(xué)及科研等諸多方面。
　　虛擬儀器的各種優(yōu)點(diǎn)讓用戶可以放心地舍棄舊的傳統(tǒng)測(cè)量設(shè)備，接受更新型、以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的虛擬儀器系統(tǒng)。由于計(jì)算機(jī)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，用戶不必再受限于傳統(tǒng)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(tǒng)的開(kāi)發(fā)費(fèi)用和系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用。此外，新型筆記本電腦又把虛擬儀器的便攜性和強(qiáng)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(yīng)用領(lǐng)域不斷增強(qiáng)和擴(kuò)大。

作者: sony 時(shí)間: 2007-6-13 11:48
太復(fù)雜了，還有什么虛擬儀器呢。
要多學(xué)習(xí)啊。

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