虛擬儀器解釋
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美國國家儀器公司NI(National Instruments)提出的虛擬測量儀器(VI)概念,引發了傳統儀器領域的一場重大變革,使得計算機和網絡技術得以長驅直入儀器領域,和儀器技術結合起來,從而開創了“軟件即是儀器”的先河。
虛擬儀器是一種概念儀器,迄今為止,業界還沒有一個明確的國際標準和定義。虛擬儀器,實際上就是一種基于計算機的自動化測試儀器系統。業界一般認為,所謂虛擬測量儀器,就是采用計算機開放體系結構取代傳統的單機測量儀器,對各種各樣的數據進行計算機處理、顯示和存儲。虛擬儀器的突出優點在于能夠和計算機技術結合,從而開拓了更多的功能,具有很大的靈活性,由于虛擬儀器的設備利用率高、維修費用低、能夠獲得較高的經濟效益。用戶購買了這種虛擬儀器,就不必再擔心儀器會永遠保持出廠時既定的功能模式,用戶可以根據實際生產環境變化的需要,通過對軟件的不同應用,拓展VI功能,以便適應實際生產的需要。虛擬儀器的另外一個突出的優點是能夠和網絡技術結合,能夠通過網絡借助OLE、DDE技術與企業內部網Intranet聯接,與外界進行數據通信,將虛擬儀器實時測量的數據輸送到Intranet。
“軟件即是儀器”這是NI公司提出的虛擬儀器理念的核心思想。從這一思想出發,基于電腦或工作站、軟件和I/O部件來構建虛擬儀器。I/O部件可以是獨立儀器、模塊化儀器、數據采集板(DAQ)或傳感器。NI所擁有的虛擬儀器產品包括軟件產品(如LabVIEW)、GPIB產品、數據采集產品、信號處理產品、圖像采集產品、DSP產品和VXI控制產品等。
NI推出的虛擬儀器開發平臺軟件LabWindows/CVI和LabVIEW,能夠以其直觀簡便的編程方式、眾多的源碼級的設備驅動程序、多種多樣的分析和表達功能支持,為用戶快捷地構筑自己在實際生產中所需要的儀器系統創造了基礎條件。LabVIEW由于能夠為用戶提供簡明、直觀、易用的圖形編程方式,能夠將繁瑣復雜的語言編程簡化成為以菜單提示方式選擇功能,并且用線條將各種功能連接起來,十分省時簡便,深受用戶青睞。與傳統的編程語言比較,LabVIEW圖形編程方式能夠節省85%以上的程序開發時間,其運行速度卻幾乎不受影響,體現出了極高的效率。使用虛擬儀器產品,用戶可以根據實際生產需要重新構筑新的儀器系統。例如,用戶可以將原有的帶有RS232接口的儀器、VXI總線儀器以及GPIB儀器通過計算機,聯接在一起,組成各種各樣新的儀器系統,由計算機進行統一管理和操作,以便滿足各種不同的測量、測試和分析系統的需要,還可以將其用于對儀器的監控和工業過程自動化控制,使虛擬儀器能夠在更廣泛的范圍內發揮更大的作用。
VI的工作過程,大致上可以分為數據收集控制、分析和顯示三個部分。VI系統的核心部分是軟件,一般而言,VI的軟件由用戶應用軟件、試驗程序和測量儀器驅動程序等三個部分組成,圖形化編程技術平臺LabVIEW LabWindows /CVI位于最上層。虛擬儀器技術已經有了一系列的標準規范,例如VXI、GPIB和VISA等,廣大用戶在選購虛擬儀器系統之時,只要選用符合統一標準的虛擬儀器部件和模塊,就很容易借助標準接口將其連接起來成為一整套虛擬儀器系統。在為了實際需要而擴展功能時,可以重新進行虛擬儀器系統的調整和組裝,并且這種改裝也極其方便,不必淘汰原有的部件和模塊,從而大大地節省了開支。
Agilent對虛擬儀器的定義則另有一番見解,認為虛擬儀器是“將傳統測量儀器中的公共部分(如電源、操作面板、顯示屏幕、通信總線和相關測量功能)集中起來共享,利用計算機及網絡技術,通過軟件與硬件的結合實現多種物理儀器的共享。”
獨立儀器只有一塊儀器面板,例如,示波器只有示波器面板,頻譜儀也只有頻譜儀的面板。但是,虛擬儀器的“面板”顯示在PC的屏幕上,儀器的操作是通過鼠標選中不同的按鍵和旋鈕來完成的。根據實際生產的需要,采用不同的軟硬件組合,用戶就能在屏幕上定義自己的儀器,生成各種不同的“儀器面板”。NI國際銷售經理Norman Yee用簡明扼要的一句話,就透徹地說明了虛擬儀器與傳統儀器的根本區別,他指出:“傳統的獨立儀器由制造商來定義它的功能,而虛擬儀器完全由用戶定義儀器的功能”。
與其它基于計算機的自動化測試系統一樣,虛擬儀器是最新的PC技術(例如PentiumⅢ)、先進的測試技術(如VXI/PXI功能模塊儀器)和強大的軟件包等多種技術的大集成。虛擬儀器與傳統獨立儀器的應用領域,既相互交叉又相互補充,相得益彰。在高速度、高帶寬和專業測試領域,獨立儀器具有無可替代的優勢。在中低檔測試領域,虛擬儀器可取代一部分獨立儀器的工作,但完成復雜環境下的自動化測試是虛擬儀器的拿手好戲,是傳統的獨立儀器難以勝任的。例如,利用虛擬儀器系統可開發復雜的汽車駕駛室模擬仿真測試臺,并且在開發時可以獲得極高的工作效率,這對于傳統儀器系統而言,是不可思議的。
專家們指出,在這個計算機和網絡時代,利用計算機和網絡技術對傳統的產業進行改造,已是大勢所趨,而虛擬儀器系統正是計算機和網絡技術與傳統的儀器技術進行融合的產物,因此,在21世紀,虛擬儀器將大行其道,日漸受寵,將會引發傳統的儀器產業一場新的革命。
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