虚拟仪器(virtual instrumention)是基于计算机的仪器。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。

1.什么是虚拟仪器

虚拟仪器的主要特点有:

尽可能采用了通用的硬件,各种仪器的差异主要是软件。


可充分发挥计算机的能力,有强大的数据处理功能,可以创造出功能更强的仪器。用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。


虚拟仪器实际上是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。虚拟仪器的研究中涉及的基础理论主要有计算机数据采集和数字信号处理。目前在这一领域内,使用较为广泛的计算机语言是美国NI公司的LabVIEW。


虚拟仪器的起源可以追朔到20世纪70年代,那时计算机测控系统在国防、航天等领域已经有了相当的发展。PC机出现以后,仪器级的计算机化成为可能,甚至在Microsoft公司的Windows诞生之前,NI公司已经在Macintosh计算机上推出了LabVIEW2.0以前的版本。对虚拟仪器和LabVIEW长期、系统、有效的研究开发使得该公司成为业界公认的权威。


普通的PC有一些不可避免的弱点。用它构建的虚拟仪器或计算机测试系统性能不可能太高。目前作为计算机化仪器的一个重要发展方向是制定了VXI标准,这是一种插卡式的仪器。每一种仪器是一个插卡,为了保证仪器的性能,又采用了较多的硬件,但这些卡式仪器本身都没有面板,其面板仍然用虚拟的方式在计算机屏幕上出现。这些卡插入标准的VXI机箱,再与计算机相连,就组成了一个测试系统。VXI仪器价格昂贵,目前又推出了—种较为便宜的PXI标准仪器。


虚拟仪器研究的另一个问题是各种标准仪器的互连及与计算机的连接。目前使用较多的是IEEE 488或GPIB协议。未来的仪器也应当是网络化的。
 

1.什么是虚拟仪器

(图片来源于网络)

 

2.虚拟仪器工作原理

原理:

虚拟仪器是利用高性能的模块化硬件,结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。灵活高效的软件能创建完全自定义的用户界面,模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成,标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。虚拟仪器的本质是利用现有的计算机,加上特殊设计的仪器硬件和专用软件形成既有普通仪器的基本功能又有一般仪器所没有的特殊功能的高档低价的新型仪器。它是利用计算机强大的图形环境和在线帮助功能,建立虚拟仪器面板,以代替传统仪器完成对仪器的控制、数据分析和显示功能。虚拟仪器的输入输出由数据采集卡、GPIB卡等硬件模块完成,仪器的功能主要由软件构成。

 

 

3.虚拟仪器作用

作用:

(1)测试测量:

LABVIEW最初就是为测试测量而设计的,因而测试测量也就是现在LABVIEW最广泛的应用领域。经过多年的发展,LABVIEW在测试测量领域获得了广泛的承认。至今,大多数主流的测试仪器、数据采集设备都拥有专门的LabVIEW驱动程序,使用LabVIEW可以非常便捷的控制这些硬件设备。同时,用户也可以十分方便地找到各种适用于测试测量领域的LabVIEW工具包。这些工具包几乎覆盖了用户所需的所有功能,用户在这些工具包的基础上再开发程序就容易多了。有时甚至于只需简单地调用几个工具包中的函数,就可以组成一个完整的测试测量应用程序。


(2)控制:

控制与测试是两个相关度非常高的领域,从测试领域起家的LabVIEW自然而然地首先拓展至控制领域。LabVIEW拥有专门用于控制领域的模块----LabVIEWDSC。除此之外,工业控制领域常用的设备、数据线等通常也都带有相应的LabVIEW驱动程序。使用LabVIEW可以非常方便的编制各种控制程序。


(3)仿真:

LabVIEW包含了多种多样的数学运算函数,特别适合进行模拟、仿真、原型设计等工作。在设计机电设备之前,可以先在计算机上用LabVIEW搭建仿真原型,验证设计的合理性,找到潜在的问题。在高等教育领域,有时如果使用LabVIEW进行软件模拟,就可以达到同样的效果,使学生不致失去实践的机会。