第7章計(jì)算機(jī)與虛擬儀器測(cè)試技術(shù)

1、機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院測(cè)試系統(tǒng)的基本特性測(cè)試系統(tǒng)的基本特性模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理數(shù)字信號(hào)處理數(shù)字信號(hào)處理計(jì)算機(jī)與虛擬儀器測(cè)試技術(shù)計(jì)算機(jī)與虛擬儀器測(cè)試技術(shù)常用傳感器常用傳感器緒論緒論測(cè)試信號(hào)的描述與分析測(cè)試信號(hào)的描述與分析機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院主要內(nèi)容主要內(nèi)容1.1.智能儀器智能儀器 2.2.自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng) 3.3.虛擬儀器虛擬儀器機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 科技的進(jìn)步使測(cè)試對(duì)象日漸復(fù)雜，測(cè)試

2、項(xiàng)目和測(cè)試范圍與日科技的進(jìn)步使測(cè)試對(duì)象日漸復(fù)雜，測(cè)試項(xiàng)目和測(cè)試范圍與日俱增，測(cè)試的參數(shù)越來越多，對(duì)測(cè)試速度和測(cè)量精度的要求也俱增，測(cè)試的參數(shù)越來越多，對(duì)測(cè)試速度和測(cè)量精度的要求也不斷提高，因而傳統(tǒng)的單機(jī)單參數(shù)測(cè)試已經(jīng)不適應(yīng)，迫切要求不斷提高，因而傳統(tǒng)的單機(jī)單參數(shù)測(cè)試已經(jīng)不適應(yīng)，迫切要求測(cè)量技術(shù)不斷改進(jìn)與完善。如果說數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展使儀器測(cè)量技術(shù)不斷改進(jìn)與完善。如果說數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展使儀器形態(tài)進(jìn)入了數(shù)字化儀器時(shí)代是測(cè)試儀器發(fā)展史上的第一次革命，形態(tài)進(jìn)入了數(shù)字化儀器時(shí)代是測(cè)試儀器發(fā)展史上的第一次革命，微處理器的大量應(yīng)用催生了智能儀器時(shí)代是第二次儀器革命，微處理器的大量應(yīng)用催生了智能儀器時(shí)代是第

3、二次儀器革命，那么通用計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的飛速發(fā)展使儀器進(jìn)入虛擬儀器那么通用計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的飛速發(fā)展使儀器進(jìn)入虛擬儀器時(shí)代，則被公認(rèn)為是儀器領(lǐng)域正在進(jìn)行的第三次革命。智能儀時(shí)代，則被公認(rèn)為是儀器領(lǐng)域正在進(jìn)行的第三次革命。智能儀器、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)和虛擬儀器分別是儀器發(fā)展三個(gè)階段的成果器、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)和虛擬儀器分別是儀器發(fā)展三個(gè)階段的成果標(biāo)志，想比于傳統(tǒng)電子儀器，具有自動(dòng)化、智能化、可編程化標(biāo)志，想比于傳統(tǒng)電子儀器，具有自動(dòng)化、智能化、可編程化等功能，是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的主流和趨勢(shì)。等功能，是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的主流和趨勢(shì)。第七章第七章 計(jì)算機(jī)與虛擬儀器測(cè)試技術(shù)計(jì)算機(jī)與虛擬儀器測(cè)試技術(shù)7.1

4、7.1 智能儀器智能儀器 機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院7.1.1 7.1.1 智能儀器概述智能儀器概述 智能儀器智能儀器(Intelligent Instrument)是通用儀器與微是通用儀器與微處理器相結(jié)合的新型儀器，因?yàn)槟芡瓿扇说囊徊糠种橇趧?dòng)處理器相結(jié)合的新型儀器，因?yàn)槟芡瓿扇说囊徊糠种橇趧?dòng)而得名，這類儀器儀表中通常含有微處理器、單片計(jì)算機(jī)或而得名，這類儀器儀表中通常含有微處理器、單片計(jì)算機(jī)或體積很小的微型機(jī)，有時(shí)亦稱為內(nèi)含微處理器的儀器或基于體積很小的微型機(jī)，有時(shí)亦稱為內(nèi)含微處理器的儀器或基于微型機(jī)的儀器，功能豐富又很小巧。

5、微型機(jī)的儀器，功能豐富又很小巧。第七章第七章 計(jì)算機(jī)與虛擬儀器測(cè)試技術(shù)計(jì)算機(jī)與虛擬儀器測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 智能儀器有如下的基本特征：智能儀器有如下的基本特征：（1）智能儀器可以借助于傳感器和變送器，按設(shè)計(jì)要求采）智能儀器可以借助于傳感器和變送器，按設(shè)計(jì)要求采集電量和非電能量信號(hào)，由微處理器控制儀器的整個(gè)測(cè)量集電量和非電能量信號(hào)，由微處理器控制儀器的整個(gè)測(cè)量過程，有很高的自動(dòng)化水平。過程，有很高的自動(dòng)化水平。（2）微處理器的引入使智能儀器的功能較傳統(tǒng)儀器有了極）微處理器的引入使智能儀器的功能較傳統(tǒng)儀器有了極大的提高，許

6、多原來用硬件電路難以解決或根本無法解決大的提高，許多原來用硬件電路難以解決或根本無法解決的問題，可以利用軟件獲得解決。的問題，可以利用軟件獲得解決。（3）智能儀器可以進(jìn)行自動(dòng)校正、非線性補(bǔ)償、數(shù)字濾波）智能儀器可以進(jìn)行自動(dòng)校正、非線性補(bǔ)償、數(shù)字濾波等修正和克服由各種傳感器、變換器、放大器等引進(jìn)的誤等修正和克服由各種傳感器、變換器、放大器等引進(jìn)的誤差和干擾，提高儀器的精度和其它性能指標(biāo)。差和干擾，提高儀器的精度和其它性能指標(biāo)。7.1.1 7.1.1 智能儀器概述智能儀器概述 第七章第七章 計(jì)算機(jī)與虛擬儀器測(cè)試技術(shù)計(jì)算機(jī)與虛擬儀器測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院

7、杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院（ 4 4）智能儀器的各種接口如）智能儀器的各種接口如GPIB、RS232、LAN等能等能使智能儀器方便地與計(jì)算機(jī)和其他智能設(shè)備組成多功能自使智能儀器方便地與計(jì)算機(jī)和其他智能設(shè)備組成多功能自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。（）智能儀器通常具有自測(cè)試和診斷的功能，能自行測(cè)（）智能儀器通常具有自測(cè)試和診斷的功能，能自行測(cè)試整個(gè)儀器的各種功能是否正常，自行診斷儀器內(nèi)部是否試整個(gè)儀器的各種功能是否正常，自行診斷儀器內(nèi)部是否存在故障并顯示故障部位，提高了儀器的可靠性，簡(jiǎn)化和存在故障并顯示故障部位，提高了儀器的可靠性，簡(jiǎn)化和加快了儀器的維修工作。加快了儀器的維修工作。（）智能儀器由于采

8、用了微處理器，不僅可以減小儀器（）智能儀器由于采用了微處理器，不僅可以減小儀器體積，還可以降低成本、提高儀器的可靠性。體積，還可以降低成本、提高儀器的可靠性。7.1.1 7.1.1 智能儀器概述智能儀器概述 第七章第七章 計(jì)算機(jī)與虛擬儀器測(cè)試技術(shù)計(jì)算機(jī)與虛擬儀器測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院7.1.2 7.1.2 智能儀器的組成智能儀器的組成 智能儀器由硬件和軟件兩大部分組成，硬件部分包括微機(jī)系智能儀器由硬件和軟件兩大部分組成，硬件部分包括微機(jī)系統(tǒng)、輸入通道、輸出通道、人統(tǒng)、輸入通道、輸出通道、人機(jī)對(duì)話通道及通信接口，機(jī)對(duì)話通道

9、及通信接口，其基本組成原理如圖其基本組成原理如圖7.1所示：所示： 圖7.1 智能儀器基本組成 第七章第七章 計(jì)算機(jī)與虛擬儀器測(cè)試技術(shù)計(jì)算機(jī)與虛擬儀器測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院智能儀器硬件主要由以上各部分組成，各硬件部分模塊功智能儀器硬件主要由以上各部分組成，各硬件部分模塊功能如下：能如下：（1） 微機(jī)系統(tǒng)：由單片機(jī)或微處理器配以必要的外部器微機(jī)系統(tǒng)：由單片機(jī)或微處理器配以必要的外部器件構(gòu)成最小的微機(jī)系統(tǒng)，智能儀器越復(fù)雜，需要配接的存儲(chǔ)件構(gòu)成最小的微機(jī)系統(tǒng)，智能儀器越復(fù)雜，需要配接的存儲(chǔ)器內(nèi)存越大，同時(shí)需要較多的器內(nèi)存越大，

10、同時(shí)需要較多的I/O接口，通常單片機(jī)擴(kuò)展能接口，通常單片機(jī)擴(kuò)展能力強(qiáng)，可以直接與外部存儲(chǔ)器和力強(qiáng)，可以直接與外部存儲(chǔ)器和I/O接口電路相連，構(gòu)成功接口電路相連，構(gòu)成功能較強(qiáng)、規(guī)模較大的微機(jī)系統(tǒng)。能較強(qiáng)、規(guī)模較大的微機(jī)系統(tǒng)。（2） 輸入通道：輸入通道是微機(jī)系統(tǒng)與采集對(duì)象相連的輸入通道：輸入通道是微機(jī)系統(tǒng)與采集對(duì)象相連的部分。輸入信號(hào)來自于傳感器或變換裝置，采集的對(duì)象和傳部分。輸入信號(hào)來自于傳感器或變換裝置，采集的對(duì)象和傳感器不同，信號(hào)表現(xiàn)形式也不一樣，有開關(guān)量信號(hào)、頻率量感器不同，信號(hào)表現(xiàn)形式也不一樣，有開關(guān)量信號(hào)、頻率量信號(hào)、模擬量信號(hào)等，如果不能滿足微機(jī)系統(tǒng)輸入的要求，信號(hào)、模擬量信號(hào)等，如

11、果不能滿足微機(jī)系統(tǒng)輸入的要求，還需要形式多樣的信號(hào)變換和調(diào)節(jié)電路，如放大器、濾波器、還需要形式多樣的信號(hào)變換和調(diào)節(jié)電路，如放大器、濾波器、A/D轉(zhuǎn)換等。轉(zhuǎn)換等。7.1.2 7.1.2 智能儀器的組成智能儀器的組成 第七章第七章 計(jì)算機(jī)與虛擬儀器測(cè)試技術(shù)計(jì)算機(jī)與虛擬儀器測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院（3）輸出通道：根據(jù)輸出控制的不同要求，輸出通道電）輸出通道：根據(jù)輸出控制的不同要求，輸出通道電路是多種多樣的，如路是多種多樣的，如D/A轉(zhuǎn)換電路、放大隔離電路等，輸轉(zhuǎn)換電路、放大隔離電路等，輸出信號(hào)有模擬量信號(hào)、開關(guān)量信號(hào)和頻率量信號(hào)

12、等。出信號(hào)有模擬量信號(hào)、開關(guān)量信號(hào)和頻率量信號(hào)等。（4）人）人機(jī)對(duì)話通道：智能儀器中的人機(jī)對(duì)話通道：智能儀器中的人機(jī)對(duì)話是用戶機(jī)對(duì)話是用戶為了對(duì)智能儀器進(jìn)行控制并及時(shí)獲得智能儀器運(yùn)行狀態(tài)等為了對(duì)智能儀器進(jìn)行控制并及時(shí)獲得智能儀器運(yùn)行狀態(tài)等信息所設(shè)置的通道，人機(jī)對(duì)話通道所配置的設(shè)備主要有信息所設(shè)置的通道，人機(jī)對(duì)話通道所配置的設(shè)備主要有鍵盤、鼠標(biāo)、打印機(jī)等。鍵盤、鼠標(biāo)、打印機(jī)等。（5）通信接口：用來實(shí)現(xiàn)智能儀器與外部系統(tǒng)的聯(lián)系，）通信接口：用來實(shí)現(xiàn)智能儀器與外部系統(tǒng)的聯(lián)系，各種通信接口需符合通信總線規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。各種通信接口需符合通信總線規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。7.1.2 7.1.2 智能儀器的組成智能儀器的組

13、成 第七章第七章 計(jì)算機(jī)與虛擬儀器測(cè)試技術(shù)計(jì)算機(jī)與虛擬儀器測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院第七章第七章 計(jì)算機(jī)與虛擬儀器測(cè)試技術(shù)計(jì)算機(jī)與虛擬儀器測(cè)試技術(shù)7.2 7.2 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng) 7.2.1 7.2.1 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)概述自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)概述 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)(Automatic Testing System)簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱ATS，有時(shí)也稱為自動(dòng)測(cè)試設(shè)備有時(shí)也稱為自動(dòng)測(cè)試設(shè)備 (Automatic Testing Equipment) 簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱ATE。最早用于軍事工業(yè)，因?yàn)檐娛虏块T中的許多被測(cè)對(duì)。最早用于軍事工業(yè)，因?yàn)檐?/p>

14、事部門中的許多被測(cè)對(duì)像要求快速、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、多路，需要海量測(cè)量及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處像要求快速、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、多路，需要海量測(cè)量及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和控制。美國(guó)早在上世紀(jì)理和控制。美國(guó)早在上世紀(jì)50年代就開始了自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的年代就開始了自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的研究和開發(fā)工作，花費(fèi)巨大。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及數(shù)字電子技術(shù)研究和開發(fā)工作，花費(fèi)巨大。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及數(shù)字電子技術(shù)的飛速發(fā)展，組建自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的費(fèi)用大幅下降，因而在民用的飛速發(fā)展，組建自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的費(fèi)用大幅下降，因而在民用工業(yè)和科研部門漸漸得到廣泛應(yīng)用，與自動(dòng)測(cè)試技術(shù)有關(guān)的理工業(yè)和科研部門漸漸得到廣泛應(yīng)用，與自動(dòng)測(cè)試技術(shù)有關(guān)的理論研究工作得到更深入的發(fā)展，成為測(cè)試領(lǐng)域中一

15、個(gè)特別的分論研究工作得到更深入的發(fā)展，成為測(cè)試領(lǐng)域中一個(gè)特別的分支，目前自動(dòng)測(cè)試技術(shù)已是電測(cè)技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。支，目前自動(dòng)測(cè)試技術(shù)已是電測(cè)技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。 機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院第七章第七章 計(jì)算機(jī)與虛擬儀器測(cè)試技術(shù)計(jì)算機(jī)與虛擬儀器測(cè)試技術(shù)7.2.2 7.2.2 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的組成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的組成 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成，硬件包括計(jì)算自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成，硬件包括計(jì)算機(jī)或微處理器、可程控儀器和接口系統(tǒng)，其基本組成原理如圖機(jī)或微處理器、可程控儀器和接口系統(tǒng)，其基本組成原理如圖7.2所示

16、所示 圖圖7.2 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)組成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)組成機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院第七章第七章 計(jì)算機(jī)與虛擬儀器測(cè)試技術(shù)計(jì)算機(jī)與虛擬儀器測(cè)試技術(shù) 微機(jī)微機(jī)(或微處理器或微處理器) 是整個(gè)系統(tǒng)的核心，控制整個(gè)自動(dòng)測(cè)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，控制整個(gè)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的處理，如數(shù)值計(jì)試系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的處理，如數(shù)值計(jì)算、變換、數(shù)據(jù)處理、誤差分析等，最后將測(cè)量結(jié)果通過打算、變換、數(shù)據(jù)處理、誤差分析等，最后將測(cè)量結(jié)果通過打印機(jī)、顯示器、磁盤磁卡或指示表、數(shù)碼顯示等方式輸出。印機(jī)、顯示器、磁盤磁卡或指示表、數(shù)碼顯示

17、等方式輸出。能組成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的儀器必須滿足兩個(gè)條件：一是要求是能組成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的儀器必須滿足兩個(gè)條件：一是要求是可程控的儀器，二是要帶有一定的接口。可程控的儀器，二是要帶有一定的接口。 7.2.2 7.2.2 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的組成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的組成 機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院第七章第七章 計(jì)算機(jī)與虛擬儀器測(cè)試技術(shù)計(jì)算機(jī)與虛擬儀器測(cè)試技術(shù)7.2.2 7.2.2 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的分類自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的分類 可以從不同角度對(duì)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行分類，可以根據(jù)可以從不同角度對(duì)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行分類，可以根據(jù)系統(tǒng)所用的總線和接口分類，如系統(tǒng)所用的總線和

18、接口分類，如GPIB系統(tǒng)，也可根據(jù)被測(cè)系統(tǒng)，也可根據(jù)被測(cè)對(duì)象的性質(zhì)分類，如溫度自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)、位移自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)象的性質(zhì)分類，如溫度自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)、位移自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)等。等。 最早的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)為以任務(wù)命名的專用系統(tǒng)，通常最早的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)為以任務(wù)命名的專用系統(tǒng)，通常是針對(duì)某項(xiàng)具體任務(wù)設(shè)計(jì)的，采用比較簡(jiǎn)單的定時(shí)器或掃描是針對(duì)某項(xiàng)具體任務(wù)設(shè)計(jì)的，采用比較簡(jiǎn)單的定時(shí)器或掃描器作為控制器，系統(tǒng)接口也是專用的，通用性比較差。器作為控制器，系統(tǒng)接口也是專用的，通用性比較差。 可程控測(cè)量?jī)x器接口總線的標(biāo)準(zhǔn)化把自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)從可程控測(cè)量?jī)x器接口總線的標(biāo)準(zhǔn)化把自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)從專用推向通用，主要采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)通用接口總線技

19、術(shù)如專用推向通用，主要采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)通用接口總線技術(shù)如IEEE 488，利用可程序控制的儀器和測(cè)控計(jì)算機(jī)，利用可程序控制的儀器和測(cè)控計(jì)算機(jī)(控制器控制器)組成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，從而使得自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、使用和組成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，從而使得自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、使用和組裝都比較容易。組裝都比較容易。機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院第七章第七章 計(jì)算機(jī)與虛擬儀器測(cè)試技術(shù)計(jì)算機(jī)與虛擬儀器測(cè)試技術(shù)7.3 7.3 虛擬儀器虛擬儀器 7.3.1 7.3.1 虛擬儀器概述虛擬儀器概述 傳統(tǒng)的信號(hào)調(diào)理、信號(hào)處理、顯示、記錄設(shè)備等都以硬件或傳統(tǒng)的信號(hào)調(diào)理、信號(hào)處理、

20、顯示、記錄設(shè)備等都以硬件或固化的形式存在，只能由生產(chǎn)廠家來定義和制造，且設(shè)計(jì)生產(chǎn)固化的形式存在，只能由生產(chǎn)廠家來定義和制造，且設(shè)計(jì)生產(chǎn)復(fù)雜，靈活性差，在一些較為復(fù)雜和測(cè)試參數(shù)較多的情況下，復(fù)雜，靈活性差，在一些較為復(fù)雜和測(cè)試參數(shù)較多的情況下，使用起來極不方便。虛擬儀器使用起來極不方便。虛擬儀器VI（Virtual Instrument）使）使計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)和測(cè)試系統(tǒng)緊密地結(jié)合成一個(gè)有機(jī)整體，計(jì)算計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)和測(cè)試系統(tǒng)緊密地結(jié)合成一個(gè)有機(jī)整體，計(jì)算機(jī)處于核心地位，傳統(tǒng)儀器的硬件組成部分逐步被具有信號(hào)調(diào)機(jī)處于核心地位，傳統(tǒng)儀器的硬件組成部分逐步被具有信號(hào)調(diào)理與處理功能的擴(kuò)展電路板或計(jì)算機(jī)軟件所取

21、代。由于虛擬儀理與處理功能的擴(kuò)展電路板或計(jì)算機(jī)軟件所取代。由于虛擬儀器用軟件來集成傳統(tǒng)儀器的某些硬件乃至整個(gè)儀器硬件部分都器用軟件來集成傳統(tǒng)儀器的某些硬件乃至整個(gè)儀器硬件部分都被計(jì)算機(jī)軟件代替，某種意義上，在虛擬儀器中軟件就是儀器。被計(jì)算機(jī)軟件代替，某種意義上，在虛擬儀器中軟件就是儀器。虛擬儀器是對(duì)傳統(tǒng)儀器概念的重大突破，是儀器領(lǐng)域內(nèi)的一次虛擬儀器是對(duì)傳統(tǒng)儀器概念的重大突破，是儀器領(lǐng)域內(nèi)的一次革命，代表了現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)和儀器技術(shù)的發(fā)展方向。革命，代表了現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)和儀器技術(shù)的發(fā)展方向。機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院第七章第七章 計(jì)算機(jī)與虛

22、擬儀器測(cè)試技術(shù)計(jì)算機(jī)與虛擬儀器測(cè)試技術(shù)7.3.2 7.3.2 虛擬儀器的特點(diǎn)虛擬儀器的特點(diǎn) “虛擬儀器虛擬儀器”是借助于計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的軟件和硬件支持環(huán)境，是借助于計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的軟件和硬件支持環(huán)境，建立虛擬的測(cè)控儀器面板，完成儀器的控制、數(shù)據(jù)分析和結(jié)建立虛擬的測(cè)控儀器面板，完成儀器的控制、數(shù)據(jù)分析和結(jié)果輸出，使用鼠標(biāo)或鍵盤操作計(jì)算機(jī)上的前面板，就像操作果輸出，使用鼠標(biāo)或鍵盤操作計(jì)算機(jī)上的前面板，就像操作一臺(tái)自己定義、自己設(shè)計(jì)的專用測(cè)控儀器的用戶界面一樣。一臺(tái)自己定義、自己設(shè)計(jì)的專用測(cè)控儀器的用戶界面一樣。虛擬儀器實(shí)際上是一個(gè)按照儀器需求組織的數(shù)據(jù)采集、處理、虛擬儀器實(shí)際上是一個(gè)按照儀器需求組織的數(shù)據(jù)

23、采集、處理、分析系統(tǒng)，與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器在智能化、處理能力、分析系統(tǒng)，與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器在智能化、處理能力、性價(jià)比、可操作性等方面都具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)性價(jià)比、可操作性等方面都具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)為：為：機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院第七章第七章 計(jì)算機(jī)與虛擬儀器測(cè)試技術(shù)計(jì)算機(jī)與虛擬儀器測(cè)試技術(shù)（1）智能化程度高，處理能力強(qiáng)智能化程度高，處理能力強(qiáng)。虛擬儀器的處理能力和。虛擬儀器的處理能力和智能化程度主要取決于儀器軟件的編制水平，用戶完全可智能化程度主要取決于儀器軟件的編制水平，用戶完全可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，

24、將先進(jìn)的信號(hào)處理算法、人工智能以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，將先進(jìn)的信號(hào)處理算法、人工智能技術(shù)和專家系統(tǒng)應(yīng)用于儀器設(shè)計(jì)與集成，將儀器水平提高技術(shù)和專家系統(tǒng)應(yīng)用于儀器設(shè)計(jì)與集成，將儀器水平提高到一個(gè)更高智能的層次。到一個(gè)更高智能的層次。（2）復(fù)用性強(qiáng)，系統(tǒng)費(fèi)用低復(fù)用性強(qiáng)，系統(tǒng)費(fèi)用低。應(yīng)用虛擬儀器思想，用相同。應(yīng)用虛擬儀器思想，用相同的基本硬件可構(gòu)造多種不同功能的測(cè)試分析儀器，該測(cè)試的基本硬件可構(gòu)造多種不同功能的測(cè)試分析儀器，該測(cè)試儀器系統(tǒng)功能更靈活、組建系統(tǒng)費(fèi)用更低。通過與計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)功能更靈活、組建系統(tǒng)費(fèi)用更低。通過與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接，還可實(shí)現(xiàn)虛擬儀器的分布式共享，更好地發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)連接，還可實(shí)現(xiàn)虛擬儀器的

25、分布式共享，更好地發(fā)揮儀器的使用價(jià)值。儀器的使用價(jià)值。機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院第七章第七章 計(jì)算機(jī)與虛擬儀器測(cè)試技術(shù)計(jì)算機(jī)與虛擬儀器測(cè)試技術(shù)(3) 可操作性強(qiáng)可操作性強(qiáng)。虛擬儀器面板可由用戶定義，針對(duì)不同應(yīng)。虛擬儀器面板可由用戶定義，針對(duì)不同應(yīng)用可以設(shè)計(jì)不同的操作顯示界面。使用計(jì)算機(jī)的多媒體處理用可以設(shè)計(jì)不同的操作顯示界面。使用計(jì)算機(jī)的多媒體處理能力可以使儀器操作變得更加直觀、簡(jiǎn)便、易于理解，測(cè)量能力可以使儀器操作變得更加直觀、簡(jiǎn)便、易于理解，測(cè)量結(jié)果可以直接進(jìn)入數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)或通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。測(cè)量完后還結(jié)果可以直接進(jìn)入數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)或通過

26、網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。測(cè)量完后還可打印，顯示所需的報(bào)表或曲線，使儀器的可操作性大大提可打印，顯示所需的報(bào)表或曲線，使儀器的可操作性大大提高。高。機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院第七章第七章 計(jì)算機(jī)與虛擬儀器測(cè)試技術(shù)計(jì)算機(jī)與虛擬儀器測(cè)試技術(shù)7.3.3 7.3.3 虛擬儀器的構(gòu)成虛擬儀器的構(gòu)成 虛擬儀器是計(jì)算機(jī)化的儀器，由計(jì)算機(jī)、模塊化功能硬件虛擬儀器是計(jì)算機(jī)化的儀器，由計(jì)算機(jī)、模塊化功能硬件和應(yīng)用軟件三大部分組成，虛擬儀器所用的計(jì)算機(jī)是通用的和應(yīng)用軟件三大部分組成，虛擬儀器所用的計(jì)算機(jī)是通用的計(jì)算機(jī)，模塊化功能硬件指各類功能化儀器模塊，依據(jù)與計(jì)計(jì)算機(jī)，

27、模塊化功能硬件指各類功能化儀器模塊，依據(jù)與計(jì)算機(jī)通信接口方式不同可分為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、算機(jī)通信接口方式不同可分為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、RS232接口儀器、接口儀器、USB接口儀器、接口儀器、VXI儀器、儀器、GPIB總線儀器、現(xiàn)場(chǎng)總線儀器、現(xiàn)場(chǎng)總線（總線（Fieldbus）設(shè)備以及其它接口的設(shè)備等，應(yīng)用軟件將）設(shè)備以及其它接口的設(shè)備等，應(yīng)用軟件將儀器的模塊化功能硬件與各類計(jì)算機(jī)結(jié)合，構(gòu)成虛擬儀器系儀器的模塊化功能硬件與各類計(jì)算機(jī)結(jié)合，構(gòu)成虛擬儀器系統(tǒng)。如圖統(tǒng)。如圖7.3所示為虛擬溫度測(cè)量系統(tǒng)。所示為虛擬溫度測(cè)量系統(tǒng)。機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院

28、第七章第七章 計(jì)算機(jī)與虛擬儀器測(cè)試技術(shù)計(jì)算機(jī)與虛擬儀器測(cè)試技術(shù)7.3.3 7.3.3 虛擬儀器的構(gòu)成虛擬儀器的構(gòu)成 圖圖7.3虛擬溫度測(cè)量系統(tǒng)虛擬溫度測(cè)量系統(tǒng)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院第七章第七章 計(jì)算機(jī)與虛擬儀器測(cè)試技術(shù)計(jì)算機(jī)與虛擬儀器測(cè)試技術(shù)虛擬儀器的硬件組成虛擬儀器的硬件組成 組成虛擬儀器系統(tǒng)的功能化模塊形式各異，但功能環(huán)節(jié)基本組成虛擬儀器系統(tǒng)的功能化模塊形式各異，但功能環(huán)節(jié)基本相同，通常包括信號(hào)調(diào)理、數(shù)據(jù)采集、計(jì)算機(jī)通信幾大部分，相同，通常包括信號(hào)調(diào)理、數(shù)據(jù)采集、計(jì)算機(jī)通信幾大部分，如圖如圖7.4所示。所示。圖圖7.4 虛擬

29、儀器系統(tǒng)硬件組成虛擬儀器系統(tǒng)硬件組成機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院第七章第七章 計(jì)算機(jī)與虛擬儀器測(cè)試技術(shù)計(jì)算機(jī)與虛擬儀器測(cè)試技術(shù)虛擬儀器的軟件組成虛擬儀器的軟件組成 虛擬儀器軟件主要包括集成的開發(fā)環(huán)境、儀器硬件的高虛擬儀器軟件主要包括集成的開發(fā)環(huán)境、儀器硬件的高級(jí)接口、虛擬儀器的用戶界面三個(gè)部分。從事測(cè)量工作的用級(jí)接口、虛擬儀器的用戶界面三個(gè)部分。從事測(cè)量工作的用戶通常利用虛擬儀器開發(fā)環(huán)境編寫針對(duì)測(cè)試任務(wù)的虛擬儀器戶通常利用虛擬儀器開發(fā)環(huán)境編寫針對(duì)測(cè)試任務(wù)的虛擬儀器軟件，可以采用各種不同的軟件如軟件，可以采用各種不同的軟件如Visual

30、 C+、Visual Basic等，但這些語言對(duì)非專業(yè)編程人員來說，還是非常困難等，但這些語言對(duì)非專業(yè)編程人員來說，還是非常困難的，因此世界各大公司都在致力于開發(fā)便于測(cè)試工程師使用的，因此世界各大公司都在致力于開發(fā)便于測(cè)試工程師使用的虛擬儀器開發(fā)環(huán)境，其中的虛擬儀器開發(fā)環(huán)境，其中NI公司公司LabWindowsCVI和和 LabVIEW、Agilent公司的公司的 VEE、Tektronix公司的公司的Ez-Test和和Tek-TNS等軟件是基于圖形的用戶界面和開發(fā)環(huán)境，等軟件是基于圖形的用戶界面和開發(fā)環(huán)境，便于二次開發(fā)，其中應(yīng)用最廣泛的是便于二次開發(fā)，其中應(yīng)用最廣泛的是NI公司的公司的 LabVIEW 應(yīng)應(yīng)用軟件平臺(tái)。用軟件平臺(tái)。 機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院第七章第七章 計(jì)算機(jī)與虛擬儀器測(cè)試技術(shù)計(jì)算機(jī)與虛擬儀器測(cè)試技術(shù) LabVIEW是一種圖形程序設(shè)計(jì)語言，全稱為是一種圖形程序設(shè)計(jì)語言，全稱為L(zhǎng)aboratory Vir