準確定位面對市場 虛擬儀器技術成為測量行業主流技術

摘要：將模塊化硬件、測量軟件和計算機技術結合而生的虛擬儀器技術，使用戶可通過軟件來自定義儀器，從而使測量方式有了更大的靈活性，虛擬儀器技術目前已經成為測試應用中的主流技術，眾多測量行業已開始接受和使用虛擬儀器技術的，或者傾向于采用虛擬儀器技術。

關鍵詞：測量、軟件、虛擬儀器

引言：測量系統一直被人們被稱之為“自動化領域的荒蕪之地”，因為測量涉及到的應用范圍巨大，人們需要為每個不同的應用專門設計一套獨立的系統，這樣測領設備利用率低下，靈活性不夠，虛擬儀器以其突破性的技術逐漸改變了這一狀況，其模塊化的硬件組成及開放式的應用軟件可以幫助用戶通過一套測量系統同時進行許多不同的測量應用要求。

　　美國國家儀器公司（National Instrument）在20世紀80年代中期最先提出了“軟件就是儀器”（The Software is the Instrument）的概念。這個概念的出現，使用戶開始可以自定義儀器系統。虛擬儀器技術就是通過完善的測量軟件將傳統的測量儀器硬件和計算機有機結合，從而把計算機強大的計算處理能力和儀器硬件的測量、控制能力結合在一起，大大縮小了儀器硬件的成本和體積，并通過軟件實現對數據的顯示、存儲以及分析處理。

虛擬儀器的構成
　　虛擬儀器系統的基本構架包括模塊化的測量硬件和功能強大的軟件兩部分。虛擬儀器的硬件主體為計算機和為計算機配置的電子測量儀器硬件模塊（各種傳感器、信號調理器、模數轉換器、數模轉換器、數據來集器等）。計算機及其電子測量儀器硬件模塊組成了虛擬儀器測試硬件平臺的基礎。虛擬儀器還可以選配開發廠家提供的系統硬件模塊，組成更為完善的硬件平臺。功能強大的測試軟件是虛擬儀器的真正核心部分，虛擬儀器的“鼻祖”NI公司在提出虛擬儀器概念時，就強調了軟件才是虛擬儀器的特征，強調軟件在虛擬儀器中極為重要的位置。實際上虛擬儀器的流行也正是得益與軟件上的成功開發，NI公司推出了系列豐富而又簡潔的虛擬儀器開發軟件，如面向工程技術人員的Lab VIEW和Lab Windows/CVI虛擬儀器開發平臺軟件。這些軟件編程方式簡單直觀、設備驅動程序齊全、還具有強大的分析表達功能，用戶通過它們能快速地構建自己的測量儀器或測量儀器系統，根據不同的測試任務，在虛擬儀器開發軟件的提示下編制不同的測試軟件，來實現當代科學技術復雜的測試任務。

虛擬儀器的優勢
　　虛擬儀器與傳統儀器相比較，在數據處理能力、設備利用率、可操作性等方面都具有明顯的技術優勢，其具體優勢如下：
1 強大的處理功能，它利用計算機系統的強大功能，結合相應的硬件，大大突破傳統儀器在數據處理、顯示、傳送、處理等方面的限制，使用戶可以方便地對其進行維護、擴展、升級等。
2 具有良好的可擴展性，設備使用率高，系統成本低下。根據虛擬儀器的設計理念，基本相同的硬件基礎可構造多種不同功能的測試分析儀器。這樣形成的測試儀器系統功能更靈活、系統費用更低。通過與計算機網絡連接，還可實現虛擬儀器的分布式共享，更好地發揮儀器的使用價值。
3 可操作性強。虛擬儀器界面可由用戶定義，針對不同應用可以設計不同的操作顯示界面，隨著虛擬儀器技術不斷進步還可以不斷地擴展其功能及應用范圍。現在LabVIEW不僅能在PC上開發測試程序，而且可以在嵌入式處理器和FPGA上設計硬件。這一技術也將最終提供這樣的一個獨立環境，使用戶可以從設計測試系統到定義硬件的功能。
4 虛擬儀器因為其理念上的領先而具有比傳統儀器更短的開發周期。
5虛擬儀器開放、靈活．可與計算機同步發展，可與網絡及其它周邊設備互聯。

　　虛擬儀器是將電子測量技術與計算機技術深層次結合的新一類科學電子儀器。把虛擬儀器與傳統的電子儀器比較起來，在組建和改變儀器的功能和技術性能方面更為靈活、更為經濟，更能適應迅猛發展的當代科學技術對測量技術和測量儀器不斷提出的更新并擴展功能與性能的要求。虛擬儀器的出現，徹底改變了傳統的儀器方法，開創了測量領域的新時代。而這種靈活性在由供應商定義、功能固定、獨立的傳統儀器上是達不到的。經過近20年的發展，虛擬儀器技術逐漸成熟，其應用領域不斷擴大，在教學實驗、電子測量、分析測試、航空航天測控、工業過程控制等領域逐步代替傳統的儀器儀表，產生了越來越大的社會效益和經濟效益。
　　
　　隨著計算機技術和測量行業的不斷發展，虛擬儀器的發展將呈現以下趨勢：1智能化程度更高，功能更加完善。由用戶自主定義、賦予功能的范圍進一步擴大。2 軟硬件標準化程度進一步提高。廠商將同時對硬件和軟件標準化，硬件模塊功能會更加細化，功能更加齊全，驅動程序模塊和軟件開發平臺等若干層，對各層與相鄰層之間的接口都加以規范。3 網絡化程度更高。隨著網際網絡和無線技術的不斷發展，工程師們不僅能夠重新使用模塊化的組成部分，還可以更方便地在全球范圍內共享知識和經驗。商業科技的發展浪潮將會繼續，同時也將虛擬儀器技術推向新的領域。虛擬儀器也會被賦予更多功能。