虛擬儀器技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析

PAGE1HarbinInstituteofTechnology虛擬儀器技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析課程名稱：電子測量原理院系：電氣工程及自動化學院班級：1101102班姓名：李家誠學號：1110100418完成時間：2014.5.3哈爾濱工業(yè)大學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；回顧了虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展歷史,簡要介紹了各階段虛擬儀器的基本特點；對國內(nèi)外虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用研究現(xiàn)狀作了詳細闡述；最后,展望了未來虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用研究。關(guān)鍵詞：虛擬儀器；測試。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80年代末由美國國家儀器公司(NationalInstru-mentsCorporation,NI)提出的新概念,是對傳統(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完成各種測試、測量和自動化的應(yīng)用。一個典型的倒子是在計算機上插數(shù)據(jù)采集卡，然后用軟件在屏幕上生成儀器面板，用軟件來進行信號分析的處理，實現(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，標準的軟硬件平臺能滿足對同步和定時應(yīng)用的需求。這也正是NI近30年來始終引領(lǐng)測試測量行業(yè)發(fā)展趨勢的原因所在。只有同時擁有高效的軟件、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、擴展性強、開發(fā)時間少，以及出色的集成這四大優(yōu)勢[1]。1.2虛擬儀器的特點與傳統(tǒng)測量儀器相比，虛擬儀器技術(shù)有著許多自己獨特的特點與優(yōu)勢，以下列出其一部分特點：①虛擬儀器具有開發(fā)與維護費用低的特點。②虛擬儀器具有傳統(tǒng)儀器所無法比擬的強大信號處理能力。因為虛擬儀器可以充分利用計算機強大的軟件資源，對信號靈活地進行計算、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、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，大約為1-2年。⑤虛擬儀器開放、靈活，可與計算機同步發(fā)展，可靈活地與網(wǎng)絡(luò)及其周邊設(shè)備實現(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)用于測試測量與工業(yè)自動化領(lǐng)域，包括電子測控、電力工程、物礦勘探、醫(yī)療、震動分析、聲學分析、故障診斷及教學科研等多方面[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70年代，PC機出現(xiàn)以后，儀器級的計算機化成為可能，NI公司已經(jīng)在Macintosh計算機上推出了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完成各種測試、測量和自動化的應(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)展的一個重要方向[8]。虛擬儀器技術(shù)的標準化VI的標準化研究主要是在硬件平臺的標準化和軟件模塊的標準化。目前，PCI、VXI、PXI等規(guī)范已基本實現(xiàn)了標準化，但在觸發(fā)方式、同步、延時、不同通道的共用時基等方面還未實現(xiàn)標準化，這將影響其在不同平臺上的互換性和移植性，也將影響虛擬儀器軟件模塊的標準化[9]。將在一個標準化硬件平臺上運行的軟件按功能特點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開發(fā)人員設(shè)計，并形成行業(yè)標準(如電壓表模塊、函數(shù)發(fā)生器模塊、示波器模塊等)。使用戶可以像購買硬件模塊那樣購買軟件模塊。1998年成立的IVI(InterchangeableVirtualInstrument)基金會是最終用戶、系統(tǒng)集成商和儀器制造商的一個開放的聯(lián)盟。IVI組織把儀器分成一系列的子類(如示波器、數(shù)字萬用表、任意波形發(fā)生器、開關(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)動軟件標準化的水平。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，依靠硬件的柔性來增強其適應(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)開發(fā)人員可在生產(chǎn)現(xiàn)場直接根據(jù)系統(tǒng)的要求定義和修改邏輯功能，具有設(shè)計靈活、制作及上市快速的特點。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[1]百度百科-詞條：虛擬儀器/link?url=mYEWHBKCDBFYgsWb9S6dhfZX1rztxXhtISR1xNgV81J81SyOQNlsXm5YKfTZ4g-k[2]美國國家儀器（NI）有限）公司:虛擬儀器（白皮書）[3]韓潔，吳文海，王元欽：虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展、原理與展望，第五屆全國計算機應(yīng)用聯(lián)合學術(shù)會議，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].安徽工程科技學院學報，2005,18,(4):1-4.[5]黃進文.虛擬儀器新技術(shù)及其在我國發(fā)發(fā)展現(xiàn)狀與展望，《科技創(chuàng)新導(dǎo)報》,2008，(31):9.[6]黃學文，周敬泉：虛擬儀器技術(shù)的現(xiàn)狀與前景，《電測與儀表》，2004第10期[7]伍星華，王旭：國內(nèi)虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用研究現(xiàn)狀及展望，《現(xiàn)代科學儀器》，2011年04期[8]張毅剛.虛擬儀器技術(shù)介紹，《國外電子測量技術(shù)》,2006,25,(6):1-6.[9]IntelCorp.Highl