虛擬儀器技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析

PAGE1HarbinInstituteofTechnology虛擬儀器技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析課程名稱：電子測(cè)量原理院系：電氣工程及自動(dòng)化學(xué)院班級(jí)：1101102班姓名：李家誠(chéng)學(xué)號(hào)：1110100418完成時(shí)間：2014.5.3哈爾濱工業(yè)大學(xué)摘要全面介紹了虛擬儀器概念的提出,它的基本原理、主要結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)；回顧了虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展歷史,簡(jiǎn)要介紹了各階段虛擬儀器的基本特點(diǎn)；對(duì)國(guó)內(nèi)外虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用研究現(xiàn)狀作了詳細(xì)闡述；最后,展望了未來(lái)虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用研究。關(guān)鍵詞：虛擬儀器；測(cè)試。虛擬儀器技術(shù)綜述1.1虛擬儀器的概念虛擬儀器(VirtualInstrument,VI)是20世紀(jì)80年代末由美國(guó)國(guó)家儀器公司(NationalInstru-mentsCorporation,NI)提出的新概念,是對(duì)傳統(tǒng)儀器概念上的重大突破。虛擬儀器技術(shù)就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。一個(gè)典型的倒子是在計(jì)算機(jī)上插數(shù)據(jù)采集卡，然后用軟件在屏幕上生成儀器面板，用軟件來(lái)進(jìn)行信號(hào)分析的處理，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)儀器的功能。靈活高效的軟件能幫助您創(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。這也正是NI近30年來(lái)始終引領(lǐng)測(cè)試測(cè)量行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)的原因所在。只有同時(shí)擁有高效的軟件、模塊化I/O硬件和用于集成的軟硬件平臺(tái)這三大組成部分，才能充分發(fā)揮虛擬儀器技術(shù)性能高、擴(kuò)展性強(qiáng)、開(kāi)發(fā)時(shí)間少，以及出色的集成這四大優(yōu)勢(shì)[1]。1.2虛擬儀器的特點(diǎn)與傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器相比，虛擬儀器技術(shù)有著許多自己獨(dú)特的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，以下列出其一部分特點(diǎn)：①虛擬儀器具有開(kāi)發(fā)與維護(hù)費(fèi)用低的特點(diǎn)。②虛擬儀器具有傳統(tǒng)儀器所無(wú)法比擬的強(qiáng)大信號(hào)處理能力。因?yàn)樘摂M儀器可以充分利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的軟件資源，對(duì)信號(hào)靈活地進(jìn)行計(jì)算、分析、判斷、處理、顯示或輸出等。③虛擬儀器由用戶自定義儀器功能,而傳統(tǒng)儀器一經(jīng)設(shè)計(jì)、制造完成后,就很難改變。④虛擬儀器具有技術(shù)更新周期短的特點(diǎn)，大約為1-2年。⑤虛擬儀器開(kāi)放、靈活，可與計(jì)算機(jī)同步發(fā)展，可靈活地與網(wǎng)絡(luò)及其周邊設(shè)備實(shí)現(xiàn)互聯(lián)[2]。1.3虛擬儀器的應(yīng)用目前虛擬儀器技術(shù)已經(jīng)普遍被應(yīng)用于測(cè)試測(cè)量與工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，包括電子測(cè)控、電力工程、物礦勘探、醫(yī)療、震動(dòng)分析、聲學(xué)分析、故障診斷及教學(xué)科研等多方面[3]。二、虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展歷史虛擬儀器的起源可以追朔到20世紀(jì)70年代，PC機(jī)出現(xiàn)以后，儀器級(jí)的計(jì)算機(jī)化成為可能，NI公司已經(jīng)在Macintosh計(jì)算機(jī)上推出了LabVIEW2.0以前的版本。虛擬儀器技術(shù)就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)由上所述，網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器將具有廣泛的應(yīng)用前景，將成為虛擬儀器技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向[8]。虛擬儀器技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化VI的標(biāo)準(zhǔn)化研究主要是在硬件平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)化和軟件模塊的標(biāo)準(zhǔn)化。目前，PCI、VXI、PXI等規(guī)范已基本實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，但在觸發(fā)方式、同步、延時(shí)、不同通道的共用時(shí)基等方面還未實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，這將影響其在不同平臺(tái)上的互換性和移植性，也將影響虛擬儀器軟件模塊的標(biāo)準(zhǔn)化[9]。將在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化硬件平臺(tái)上運(yùn)行的軟件按功能特點(diǎn)分成一系列的軟件模塊，這些軟件模塊也需要像硬件模塊那樣,由專門的VI開(kāi)發(fā)人員設(shè)計(jì)，并形成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(如電壓表模塊、函數(shù)發(fā)生器模塊、示波器模塊等)。使用戶可以像購(gòu)買硬件模塊那樣購(gòu)買軟件模塊。1998年成立的IVI(InterchangeableVirtualInstrument)基金會(huì)是最終用戶、系統(tǒng)集成商和儀器制造商的一個(gè)開(kāi)放的聯(lián)盟。IVI組織把儀器分成一系列的子類(如示波器、數(shù)字萬(wàn)用表、任意波形發(fā)生器、開(kāi)關(guān)及電源等)，并按照某一子類儀器最通用的特征和功能來(lái)為該子類儀器制定規(guī)范。IVI制定的VI統(tǒng)一規(guī)范提升了VI驅(qū)動(dòng)軟件標(biāo)準(zhǔn)化的水平。虛擬儀器技術(shù)硬件的軟件化硬件軟件化是通過(guò)軟件編程的方法改變硬件模塊的結(jié)構(gòu)，以完成不同功能及性能指標(biāo)，依靠硬件的柔性來(lái)增強(qiáng)其適應(yīng)性和靈活性。FPGA(FieldProgrammableGateArray)和CPLD(ComplexProgrammableLogicDevice)等器件在VI系統(tǒng)中的應(yīng)用[10]，使系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員可在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)直接根據(jù)系統(tǒng)的要求定義和修改邏輯功能，具有設(shè)計(jì)靈活、制作及上市快速的特點(diǎn)。如NI公司生產(chǎn)的NI5911/5912就是一種采用柔性精度技術(shù)的產(chǎn)品。參考文獻(xiàn)[1]百度百科-詞條：虛擬儀器/link?url=mYEWHBKCDBFYgsWb9S6dhfZX1rztxXhtISR1xNgV81J81SyOQNlsXm5YKfTZ4g-k[2]美國(guó)國(guó)家儀器（NI）有限）公司:虛擬儀器（白皮書(shū)）[3]韓潔，吳文海，王元?dú)J：虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展、原理與展望，第五屆全國(guó)計(jì)算機(jī)應(yīng)用聯(lián)合學(xué)術(shù)會(huì)議，1999年12月1日[4]李震,柯旭貴,汪云祥：虛擬儀器的發(fā)展歷史、研究現(xiàn)狀與展望[J].安徽工程科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2005,18,(4):1-4.[5]黃進(jìn)文.虛擬儀器新技術(shù)及其在我國(guó)發(fā)發(fā)展現(xiàn)狀與展望，《科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)》,2008，(31):9.[6]黃學(xué)文，周敬泉：虛擬儀器技術(shù)的現(xiàn)狀與前景，《電測(cè)與儀表》，2004第10期[7]伍星華，王旭：國(guó)內(nèi)虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用研究現(xiàn)狀及展望，《現(xiàn)代科學(xué)儀器》，2011年04期[8]張毅剛.虛擬儀器技術(shù)介紹，《國(guó)外電子測(cè)量技術(shù)》,2006,25,(6):1-6.[9]IntelCorp.Highl