虚拟仪器及计量方法研究

　　1　虚拟仪器的概念

　　虚拟仪器是一种概念仪器,目前,国际上还没有一个明确的标准和定义。虚拟仪器,实际上就是一种基于计算机的自动化测试仪器系统。普遍认为,所谓虚拟测量仪器,就是采用计算机开放体系结构取代传统的单机测量仪器,对各种各样的数据进行计算机处理、显示和存储。虚拟仪器的突出优点在于能够和计算机技术结合,从而开拓了更多的功能,具有很大的灵活性,由于虚拟仪器的设备利用率高、维修费用低、能够获得较高的经济效益。更具体地说,虚拟仪器通常是借助于通用的模拟量及数字量输入输出平台,通过计算机软件,按已知的数字模型和时序实现的,具有信号测量、控制、变换、分析、显示、输出等全部或部分功能的智能化输入输出仪器系统。它是软件技术在仪器仪表总体技术中比重不断加大的必然产物,也是计算机技术、总线技术不断发展与完善、并与仪器仪表技术不断相互融合、渗透的必然结果。

　　2　虚拟仪器技术的组成

　　计算机技术、总线技术的的不断发展和不断完善,推动了虚拟仪器技术的快速发展。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。灵活高效的软件能帮助用户创建完全自定义的用户界面,模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成,标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。

　　虚拟仪器技术的三大组成部分:高效的软件、模块化的I/O硬件、用于集成的软硬件平台。

　　软件是虚拟仪器技术中最重要的部份。基于软件在虚拟仪器系统中的重要作用,美国国家仪器公司(NI)提出了“软件就是仪器”的口号。使用正确的软件工具通过设计或调用特定的程序模块,用户可以高效地创建自己的工程应用以及方便的人机交互界面。著名的图形化编程软件—LabVIEW,不仅能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,并将结果显示给用户。此外,还有更多交互式的测量工具和更高层的系统管理软件工具,可以使用,例如连接设计与测试的交互式软件SignalExpress、用于传统C语言的LabW indows/CVI、针对微软Visual Studio的Meas-urementStudio等等,均可满足用户对高性能应用的需求。无论用户是使用PCI, PXI, USB或者是1394总线,目前市场都能提供相应的模块化的硬件产品,产品种类从数据采集、信号调理、声音和振动测量、视觉、运动、仪器控制、分布式I/O到CAN接口等,应有尽有。专为测试任务设计的PXI硬件平台,已经成为目前测试、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仪器领域带来了革命性的改革。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,用户可以建立完全自定义的测试测量功能。