虚拟仪器技术技术特点及发展前景

虚拟仪器技术的技术特点及发展前景探讨
摘要：现代工业生产中，一个操作区域内大量具备不同功能的仪器设备分散在不同的地理位置上，不易于操作与维护，因而迫切需要一种能对一个操作区域内仪器设备集中监控的系统。

论文的思想是建立一种通用的基于虚拟仪器开发的自动控制系统，它可以满足同时控制多台设备并从设备中取值到电脑中进行相应的处理的功能。

从而使得大量的人力物力得到节省，并且容易实现实时数据采集和监测。

关键词：仪器仪表；虚拟仪器技术；智能仪表；灵活性；可扩展性；智能系统；网络技术
1引言
现代生活中，随着科学技术的不断发展，计算机技术的迅速普及，通信技术、仪器技术水平的不断提高，社会生产高度自动化已经成为现实中越来越迫切的需要。

在这种情况下，传统仪器的测量方法已经远远不能满足现实生活的需求，在工程上越来越需要将测试用的电子仪器设备与计算机相连接，从而组成一个由计算机控制的智能系统，即自动测试系统。

其中最重要的一项技术就是虚拟仪器技术。

这种新的测试仪器理念推动传统的测量仪器朝着数字化、智能化、模块化的方向发展。

虚拟仪器将计算机资源与仪器硬件、数字信号处理技术结合，把厂家定义仪器功能的方式转变为由用户自己定义仪器功能。

用户可根据测试的需要，自己设计所需要的仪器系统，利用一种或多种功能的通用模块，调用不同功能的软件模块，
组成不同的仪器功能。

在虚拟仪器中，计算机成为仪器的一部分，使得计算机的作用可以得到充分发挥。

2虚拟仪器的基本内涵
电子测量仪器发展到今天，其发展过程大致上可以分为四代:模拟仪表、数字化仪表、智能仪表和虚拟仪器。

这4次技术革新具有里程碑式的意义，这4次革新解决了当时的需求和挑战的同时，也孕育着下一次的技术飞跃。

第一代模拟仪表，即磁机械式仪表，相对于数字式仪表而言。

其基本结构是电磁机械式的，借助指针来显示最终结果。

如模拟电压表、模拟电流表、模拟转速表等。

这类仪器仪表常用在要求精度不高、定性指示的场合。

第二代数字化仪表，主要是借助于单片机设计的专用化仪器仪表。

目前相当普及，如数字万用表等。

这类仪器将模拟信号的测量转化为数字信号测量，并以数字方式输出最终结果，适用于快速响应和较高准确度的测量。

第三代智能仪表，这类仪器内置微处理器，将计算机技术和检测技术有机结合，既能进行自动测试又具有一定的数据处理能力。

如频谱分析仪等。

智能仪表在测量过程自动化、测量数据处理及功能多样化方面与传统仪表的常规测量电路相比较，取得了巨大进展。

智能仪表不仅能解决传统仪表不易或不能解决的问题，还能简化仪表电路，提高仪表的可靠性，更容易实现高精度、高性能、多功能的目的。

由于它的功能块全部都是以硬件(或固化的软件)的形式存
在，无论是开发还是应用，都缺乏一定的灵活性。

3虚拟仪器的技术特点
传统电子仪器的功能模块都是以硬件或者固化的软件的形式存
在的，这种方式与虚拟仪器相比具有以下弱点:
(l)灵活性和可扩展性差:传统电子仪器系统封闭，其固定的用户界面、组成模块以及数据处理功能都是由厂家定义的，用户无法更改。

例如仪器面板由固定的输入、输出信号接插件、旋钮、按钮、显示仪表、显示面板等组成，仪器内部由传感器、信号处理器、a/d 和d从转换器、微处理器、存储器和内部总线等专门化的电路组成。

然而，用户有时只需要用到仪器中的一小部分功能，或者用作其他功能使用时却达不到所需指标，而用户无法改动厂家固定好的仪器模块，灵活性和可扩展性差。

而虚拟仪器可由用户自行定义功能模块，大大扩展了其灵活性。

(2)成本高，技术更新慢:传统电子仪器价格昂贵，开发周期长，技术更新慢，而且存在元器件老化等问题，维护费用高，使用寿命短。

而虚拟仪器只需通过增加软件模块或者通用硬件模块来增添新的测量功能，有利于系统的扩展，开发维护费用更低，系统组建时间更短。

另外，由于虚拟仪器的结构基于软件体系，所以不像传统仪器的硬件那样存在元器件老化的问题，从而延长设备的使用寿命。

低廉的开发成本使虚拟仪器更有市场竞争力，据估算，虚拟仪器价格仅是传统仪器的五到十分之一。

(3)数据显示、分析和存储功能不够强大:传统电子仪器的图形显
示界面比较小且简单，依靠人工读取数据，从中获得的信息量小，用户操作起来也不方便。

由于硬件设备的限制，往往无法实现更灵活、更特殊的数据分析功能，更难以进行数据编辑、存储、打印等功能。

而虚拟仪器通过软件技术可实现丰富、快捷、方便的用户界面，通过多种数据显示方式能够提供更为全面丰富的信息，用户使用时一目了然。

即便是有特殊要求的复杂界面，也可以借助更深入的编程技术得以实现。

(4)测量误差:传统仪器由于不同仪器之间个体差异较大，容易受到系统误差的影响，往往会影响测量结果。

而虚拟仪器通过软件编程在pc机上运行，在不同的pc机上运行具有相同的效果，测量的差异不大。

(5)软硬件接口:传统仪器与其它仪器设备的连接十分有限，而虚拟仪器则可以方便的与网络外设及多种仪器连接，包括daq(数据采集)卡、gpib(通用接口总线)卡、vxi(系统控制接口卡)、plc(可编程逻辑控制器)等各种当前流行的接口设备都可以插入计算机插槽从而相互连接。

软件方面，可以方便地与c、matlab等接口式调用，可与数据库连接，以及方便地支持网络传送数据。

3虚拟仪器的发展现状
虚拟仪器是信息技术的一个重要领域。

它是现代仪器技术与计算机技术相结合的产物，代表着仪器发展的最新方向和潮流。

它对科学技术的发展和国防、工业、农业的生产将产生不可估量的影响。

目前我国的测控技术薄弱环节在于高性能的硬件设备跟不上，很多
依赖进口，而虚拟仪器的研究有利于改善我国高性能测控设备依赖进口的现状。

在虚拟仪器技术中，软件是关键，而软件在智力资源丰富的条件下可以得到很快的发展。

这样就可以扬长避短，推动测控技术的快速发展，缩短我国测控技术与国外水平的差距。

虚拟仪器可广泛应用于航天航空、军事工程、电力工程、机械工程、建筑工程、铁路交通、地质勘探、生物医疗等很多需要高性能测控设备进行电子测量、振动分析、声学分析、}故障诊断等科学分析的场合。

在大专院校使用虚拟仪器，可以让学生使用到那些一般学校买不起的昂贵的高性能测控设备和精密仪器设备，在节约了大量仪器设备经费投入的同时还开阔了学生们的眼界和思路。

虚拟仪器可以非常灵活地进行教学中的原理设计实验，并进行直观的演示，为提高教学质量与效率创造了条件。

随着网络技术的发展，将虚拟仪器应用于网络技术，可以为远程教学和远程实验提供强大的功能，进一步提高实验室设备的利用率，并为异地实验数据及更广泛的学术交流提供了高效的平台。

4结语
随着新技术的不断发展，虚拟仪器有着十分光明的发展前景。

它可以取代测量技术传统领域的各类仪器，在科学技术的各个领域得到广泛应用。

参考文献：
[1] 李云志. 虚拟仪器技术及其发展趋势[j]. 电子科学技术评论.2005.4.9-12.
[2] 姜乃卓，陈孝祯. 基于gpib卡的模拟电路性能自动测量研究[j]. 实验技术与管理.2005.22(5).65-69.
[3] 林继鹏，茹锋. 虚拟仪器原理及应用[m].北京.中国电力出版社.2009.5-35.
[4]李纪欣.虚拟仪器技术及其发展趋势[j].电子材料与电子技术.2005.3.39-46
作者简介：马小华（1983-），汉族，2002年毕业于北京化工大学测控技术与仪器专业，现主要从事仪表类采购方面的工作。