虛擬儀器及其應(yīng)用

趙鳴惠



　　所謂虛擬儀器是基于計(jì)算機(jī)的軟硬件測試平臺(tái)，它可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測量儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器、頻譜分析儀等；可集成于自動(dòng)控制、工業(yè)控制系統(tǒng)；可自由構(gòu)建成專有儀器系統(tǒng)。它由計(jì)算機(jī)、應(yīng)用軟件和儀器硬件組成。無論哪種虛擬儀器系統(tǒng)，都是將儀器硬件搭載到筆記本電腦、臺(tái)式ＰＣ或工作站等各種計(jì)算機(jī)平臺(tái)加上應(yīng)用軟件而構(gòu)成的。



　　虛擬儀器通過軟件將計(jì)算機(jī)硬件資源與儀器硬件有機(jī)的融合為一體，從而把計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算處理能力和儀器硬件的測量、控制能力結(jié)合在一起，大大縮小了儀器硬件的成本和體積，并通過軟件實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的顯示、存儲(chǔ)以及分析處理。從發(fā)展史看，電子測量儀器經(jīng)歷了由模擬儀器、智能儀器到虛擬儀器。由于計(jì)算機(jī)性能以摩爾定律（每六個(gè)月提高一倍）飛速發(fā)展，已把傳統(tǒng)儀器遠(yuǎn)遠(yuǎn)拋到后面。并給虛擬儀器生產(chǎn)廠家不斷帶來較高的技術(shù)更新速率。



　　虛擬儀器技術(shù)的優(yōu)勢在于可由用戶定義自己的專用儀器系統(tǒng)，且功能靈活，很容易構(gòu)建，所以應(yīng)用面極為廣泛。尤其在科研、開發(fā)、測量、檢測、計(jì)量、測控等領(lǐng)域更是不可多得的好工具。虛擬儀器技術(shù)先進(jìn)，十分符合國際上流行的“硬件軟件化”的發(fā)展趨勢，因而常被稱作“軟件儀器”。它功能強(qiáng)大，可實(shí)現(xiàn)示波器、邏輯分析儀、頻譜儀、信號發(fā)生器等多種普通儀器全部功能，配以專用探頭和軟件還可檢測特定系統(tǒng)的參數(shù)；它操作靈活，完全圖形化界面，風(fēng)格簡約，符合傳統(tǒng)設(shè)備的使用習(xí)慣，用戶不經(jīng)培訓(xùn)即可迅速掌握操作規(guī)程；它集成方便，不但可以和高速數(shù)據(jù)采集設(shè)備構(gòu)成自動(dòng)測量系統(tǒng)，而且可以和控制設(shè)備構(gòu)成自動(dòng)控制系統(tǒng)。



　　在儀器計(jì)量系統(tǒng)方面，示波器、頻譜儀、信號發(fā)生器、邏輯分析儀、電壓電流表是科研機(jī)關(guān)、企業(yè)研發(fā)實(shí)驗(yàn)室、大專院所的必備測量設(shè)備。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在測繪系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)的儀器設(shè)備缺乏相應(yīng)的計(jì)算機(jī)接口，因而配合數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理十分困難。而且，傳統(tǒng)儀器體積相對龐大，多種數(shù)據(jù)測量時(shí)常常感到捉襟見肘，手足無措。我們常見到硬件工程師的工作臺(tái)上堆砌著紛亂的儀器，交錯(cuò)的線纜和繁多待測器件。然而在集成的虛擬測量系統(tǒng)中，我們見到的是整潔的桌面，條理的操作，不但使測量人員從繁復(fù)的儀器堆中解放出來，而且還可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測量、自動(dòng)記錄、自動(dòng)數(shù)據(jù)處理。其方便之極固不必多言，而設(shè)備成本的大幅降低卻不可不提。一套完整的實(shí)驗(yàn)測量設(shè)備少則幾萬元，多則幾十萬元。在同等的性能條件下，相應(yīng)的虛擬儀器價(jià)格要低二分之一甚至更多。虛擬儀器強(qiáng)大的功能和價(jià)格優(yōu)勢，使得它在儀器計(jì)量領(lǐng)域具有很強(qiáng)的生命力和十分廣闊的前景。



　　在專用測量系統(tǒng)方面，虛擬儀器的發(fā)展空間更為廣闊。環(huán)顧當(dāng)今社會(huì)，信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，各行各業(yè)無不轉(zhuǎn)向智能化、自動(dòng)化、集成化。無所不在的計(jì)算機(jī)應(yīng)用為虛擬儀器的推廣提供了良好的基礎(chǔ)。虛擬儀器的概念就是用專用的軟硬件配合計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)專有設(shè)備的功能，并使其自動(dòng)化、智能化。因此，虛擬儀器適合于一切需要計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠?jì)量場合。測量與處理、結(jié)果與分析相脫節(jié)的面貌將大為改觀。數(shù)據(jù)的拾取、存儲(chǔ)、處理、分析一條龍操作，既有條不紊又迅捷快速。推而廣之，一切計(jì)量系統(tǒng)，只要技術(shù)上可行，都可用虛擬儀器代替，由此可見虛擬儀器應(yīng)用空間是多么的寬廣。





----《通信世界報(bào)》