浅谈虚拟仪器技术的重点问题

贺頔昆

（湖南省师范大学附属中学 410006）

浅谈虚拟仪器技术的重点问题

贺頔昆

（湖南省师范大学附属中学 410006）

目前虚拟仪器技术也是当今的研究热点之一，本文通过介绍虚拟仪器的概念和特点，分析其组成部分，总结虚拟仪器技术的研究现状和发展趋势。

虚拟仪器技术；研究现状；分析

虚拟仪器技术是一种结合计算机和测量技术的系统仪器测量技术，其利用现行的计算机主流技术与高性能的硬件模块取代价格昂贵、性能单一的传统仪器。这一技术在近年来得到了迅速发展。

1 虚拟仪器技术的概念和特点

1.1 虚拟仪器技术的概念

虚拟仪器技术起源于1986年，NI公司提出了“软件及仪器”的思路，开启了虚拟仪器研究的先河，伴随着计算机技术的发展，虚拟仪器技术从理论转变为可实现的工程技术。虚拟仪器是指通过计算机应用程序将通用计算机与功能化硬件结合，用户可以通过友好的图形界面来操作软件，如同操作实际仪器一样完成被测量的数据采集、分析、判断、显示和存储。其基本内涵是利用计算机管理仪器，将传统仪器中的某些电路用软件实现，从而替代仪器的某些功能，最终取代传统电子仪器。虚拟仪器技术中的“虚拟”有包含两层含义。①虚拟的仪器面板；②由软件实现仪器的测量功能。

1.2 虚拟仪器技术的特点

与传统仪器相比，虚拟技术具有以下几个特点：

（1）性能高。虚拟仪器技术依托于计算机技术，拥有功能强大的处理器和I/O，可以将数据导入磁盘同时还能进行分析。随着计算机网络技术的发展，其性能会不断提高。

（2）扩展性强。由于计算软件非常灵活，只要进行软件升级或者扩展，就可以对系统进行扩展和改进。

（3）容易集成。虚拟仪器技术软件平台提供了标准化的I/O设备接口，随着功能的模块化，很容易将功能模块集成到整个系统当中。

2 虚拟仪器系统的组成

虚拟仪器系统主要有硬件系统、软件系统以及软件开发平台三部分组成。

2.1 硬件系统

硬件系统一般由硬件平台和测控功能硬件构成。硬件平台主要指计算机，用以管理虚拟仪器的软件资源，是硬件系统的基础。功能硬件与虚拟仪器技术的应用需求有紧密的联系，主要有五种类型，分别是PC总线型、串口总线型、GPIB总线型、VXI总线型以及PXI总线型。

2.2 软件系统

软件系统是虚拟仪器技术的核心，用户可以根据不同的测试需求，编制出不同的测试测试软件，用以实现复杂的测试任务。软件系统可直接参与测量信号的产生、存储和分析，其包括应用软件、驱动软件和接口软件三部分。其中应用软件又分为仪器面板控制软件、数据分析处理软件两部分。

2.3 软件开发平台

软件开发平台可完成数据分析与处理工作，同时输出结果，在同一硬件平台下，软件不同，实现的功能则不同，可以利用软件开发平台开发出不同功能的软件。

3 虚拟仪器技术的研究重点

3.1 多样化的虚拟软件开发平台

NI公司推出的LABVIEW软件开发平台，适应性强，操作简单，为了兼顾其他高级语言编程者的习惯，还推出了LABWINDOWS/CVI等交互式平台。美国HP公司的VEE、Tektronis公司的Ez Test以及美国HEM Data公司的Snap-Marter平台软件，都是目前应用广泛的虚拟软件开发平台。在中国，西交大也研制出可视化虚拟软件开发平台，重庆大学也提出了虚拟仪器产品的网络化开发办法。

3.2 将软件工程的新理论和新方法应用于设计当中

目前软件工程中的面向对象技术、ActiveX技术、组件技术等新技术都广泛应用于虚拟仪器技术的软件设计当中。利用这些新理论和新方法出现了大量的数据处理分析软件和控件，为创建虚拟仪器系统创造了良好的条件。

3.3 虚拟仪器向网络化、智能化发展

计算机网络技术的迅速发展也推动了虚拟仪器向网络化方向发展，目前已经出现了基于网络技术和虚拟仪器的虚拟实验室，应用于科研和教学研究。人工智能的发展也使得研究者关注与虚拟仪器的智能化，通过一定智能的多功能部件可以提高虚拟仪器的灵活性和设计效率。

4 未来阶段下虚拟仪器技术的应用趋势

在仪器技术、计算机技术与网络通信技术的发展下，虚拟仪器技术会朝着几个方向发展：

4.1 外挂式虚拟仪器的应用

传统基于PCI总线虚拟仪器在插入DAQ式，需要将机箱打开，相对麻烦，也会出现电磁干扰的问题。而外挂式虚拟仪器可以直接对测量的物理信号进行预处理，将其转化为数字信号，再通过USB线或者串口线进行传递，这就有效减少了板卡拆装过程，最大限度的节约了计算机系统资源。

4.2 PXI型高精度集成虚拟仪器的应用

目前，常用的测试系统就是PXI总线与VXI总线，后者可以应用在高端自动化测试工作，但是需要使用VME总线，而很多计算机是不支持该种结构的，因此，其应用范围受到了一定的限制。PXI平台是基于PCI产生而来，成本低廉，性能好，可以为用户提供主流软件模型，比VXI系统相比，性价比更高，会成为下一阶段下主流虚拟仪器平台。此外，随着Internet技术的发展，一些公司已开发出通过Web浏览器观测嵌入式智能仪器的产品，取得了良好的进展。

5 结语

虚拟仪器技术可以广泛应用于通讯、自动化、半导体、航空、电子以及机械制造等领域，对国民经济和工业技术的发展具有非常重大的现实意义。我国也应该加大在虚拟仪器技术的基础研究和应用推广，制定相应的国家标准，加快我国虚拟仪器技术的发展。

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1004-7344（2016）29-0256-01

2016-9-30