虚拟仪器技术的发展现状和前景展望

　　1　虚拟仪器的概念

　　对于虚拟仪器概念,目前还没有一个明确的国际标准和定义。美国国家仪器有限公司NI(National In2struments)率先提出“软件即仪器”概念,开启了虚拟仪器VI(Virtual Instruments)的先河。所谓虚拟仪器,就是在以通用计算机为核心的硬件平台上,由用户自己设计定义,具有虚拟的操作面板,测试功能由测试软件来实现的一种计算机仪器系统。虚拟仪器只有同时拥有高效的软件、模块化I/O硬件和用于集成的软硬件平台这三大组成部分,才能充分发挥虚拟仪器技术性能高、扩展性强、开发时间少以及出色的集成这四大优势。软件系统是虚拟仪器的核心,虚拟仪器使用相同的硬件系统,通过不同的软件就可以实现功能完全不同的各种测量仪器,利用软件可以定义各种仪器。

　　2　虚拟仪器的演变与发展

　　传统的电子测量仪器、测试系统由“信号采集”、“数据处理与分析”和“处理结果的最终显示”三部分组成放在一个仪表机箱内,这三部分都是用电子线路来实现的,即都是采用硬件来实现的。传统仪器经历了从模拟仪器到数字化仪器的变革,随着现代科学技术和生产的不断发展,测试项目日益增多,测量范围日渐扩大,对测试系统在精度、速度及功能方面有了更高的要求,这就促使我们要不断地改进和完善测量仪器和测试方法,组建自动测试系统,使测试仪器逐步向智能化、自动化和虚拟化发展演变。

　　智能仪器是将微处理器置入测试仪器,使其能进行自动测量,并具有一定的数据处理能力。它的全部功能都是以硬件(或固化的软件)的形式存在,并通过键盘和鼠标来实现。近年来的一些智能仪器由于语音技术的应用实现了测量结果的自报功能,有的增加了触摸屏功能,但无论是开发还是应用,都缺乏灵活性。

　　随着计算机技术、数字信号处理技术的进步,实现各种信号处理功能的软件算法精度越来越高,速度越来越快,在仪器的“数据处理与分析部分”,用软件代替硬件成为可能,即:用算法代替电子线路,能够实现传统仪器的信号处理功能。同时,“处理结果的最终显示”原本就是计算机的“长项”。这样,把传统仪器的后两部分用计算机软件来实现,而不再采用硬件来实现,就形成了所谓的虚拟仪器。但是,虚拟仪器的“面板”显示在PC的屏幕上,仪器的操作是通过鼠标选中不同的按键和旋钮来完成的。根据实际生产的需要,采用不同的软硬件组合,用户就能在屏幕上定义自己的仪器,生成各种不同的“仪器面板”。“传统的独立仪器由制造商来定义它的功能,而虚拟仪器完全由用户自己来定义仪器的功能”,NI国际销售经理NormanYee用这简明扼要的一句话,透彻地说明了虚拟仪器与传统仪器的根本区别。虚拟仪器是一种功能意义上的仪器,是传统仪器观念的一次巨大变革,将代表仪器未来发展的一个重要方向。