虛擬儀器的結(jié)構(gòu)原理性能特點(diǎn)和應(yīng)用
虛擬儀器的結(jié)構(gòu)原理性能特點(diǎn)和應(yīng)用
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**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。
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*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)。
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。 濕度傳感器探頭, ,不銹鋼電熱管 PT100傳感器, ,鑄鋁加熱器,加熱圈 流體電磁閥
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。 虛擬儀器的結(jié)構(gòu)原理性能特點(diǎn)和應(yīng)用
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。
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)**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、**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。
