虛擬儀器

虛擬儀器是充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，并可由用戶自己設(shè)計(jì)、自己定義的儀器。它通常由計(jì)算機(jī)、儀器模塊和軟件三部分組成。儀器模塊的功能主要靠軟件實(shí)現(xiàn)，通過編程在顯示屏上構(gòu)成波形發(fā)生器、示波器或數(shù)字萬用表等傳統(tǒng)儀器的軟面板，而波形發(fā)生器發(fā)生的波形、頻率、占空比、幅值、偏置等，或者示波器的測(cè)量通道、標(biāo)尺比例、時(shí)基、極性、觸發(fā)信號(hào)(沿口、電平、類型……)等都可用鼠標(biāo)或按鍵進(jìn)行設(shè)置，如同常規(guī)儀器一樣使用，不過，虛擬儀器具有更強(qiáng)的分析處理能力。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展，用戶只能使用制造商提供的儀器功能的傳統(tǒng)觀念正在改變，而用戶自己設(shè)計(jì)、定義的范圍進(jìn)一步擴(kuò)大;同一臺(tái)虛擬儀器可在更多場(chǎng)合應(yīng)用，比如既可在電量測(cè)量中應(yīng)用，又可在振動(dòng)、運(yùn)動(dòng)和圖像等非電量測(cè)量中應(yīng)用，甚至在網(wǎng)絡(luò)測(cè)控中應(yīng)用。

軟件技術(shù)是虛擬儀器的核心技術(shù)。常用的儀器用開發(fā)軟件有LabVIEW、LabWindows/CVI、VEE等等。這些軟件已相當(dāng)完善，而且還在升級(jí)、提高。以LabVIEW為例，這是基于圖形化編程語言G的開發(fā)環(huán)境，用于如GPIB、VXI、PXI、PCI儀器及數(shù)據(jù)采集卡等硬件的系統(tǒng)構(gòu)成，而且，具有很強(qiáng)的分析處理能力。去年，LabVIEW 6i 問世，將智能化測(cè)量與控制技術(shù)進(jìn)一步擴(kuò)展到了Internet網(wǎng)。

智能、虛擬和網(wǎng)絡(luò)化的新型儀器儀表

近20年來，儀器儀表發(fā)展尤為迅速，特別是這些年來計(jì)算機(jī)技術(shù)迅猛發(fā)展，廣泛滲透到儀器儀表領(lǐng)域，出現(xiàn)嶄新的一代儀器儀表——智能儀器、虛擬儀器和網(wǎng)絡(luò)化儀器。

智能儀器

智能儀器是將人工智能的理論、方法和技術(shù)應(yīng)用于儀器，使其具有類似人智能特性或功能的儀器。為了實(shí)現(xiàn)這種特性或功能，智能儀器中一般都使用嵌入微處理器的系統(tǒng)芯片(SOC)、或數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)及專用電路(ASIC)，儀器內(nèi)部帶有處理能力很強(qiáng)的智能軟件。儀器儀表已不再是簡(jiǎn)單的硬件實(shí)體，而是硬件、軟件相結(jié)合，軟件在儀器智能高低方面起重要作用的新型儀器。

儀器與微處理器相結(jié)合，取代了許多笨重的硬件，內(nèi)部結(jié)構(gòu)和前面板大為改觀，節(jié)省許多開關(guān)和調(diào)節(jié)旋鈕。微處理器通過鍵盤或遙控接口接受命令和信號(hào)，并用來控制儀器的運(yùn)行，執(zhí)行常規(guī)測(cè)量，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析和處理，數(shù)字顯示或傳送，而傳統(tǒng)的模擬方法是很難做到的。智能儀器具有如下特點(diǎn)：

(1)采集信息 借助于傳感器和變送器，按處理器的要求采集電量和非電量。

(2)與外界對(duì)話 使用智能接口進(jìn)行人機(jī)對(duì)話及與外部?jī)x器設(shè)備對(duì)話，接入自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，甚至接入Internet。另一方面，使用者借助面板上的鍵盤和顯示屏，可用對(duì)話方式選擇測(cè)量功能、設(shè)置參數(shù)。當(dāng)然，通過顯示器等也可獲得測(cè)量結(jié)果。

(3)記憶信息 智能儀器的存儲(chǔ)器既用來存儲(chǔ)測(cè)量程序、相關(guān)的數(shù)學(xué)模型以及操作人員輸入的信息，又用來存儲(chǔ)以前測(cè)得的和現(xiàn)在測(cè)得的各種數(shù)據(jù)。

(4)處理信息 按設(shè)置的程序?qū)y(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算，求均值、對(duì)數(shù)、方差、標(biāo)準(zhǔn)偏差等數(shù)學(xué)運(yùn)算FFT變換，求解代數(shù)方程，比較、判斷、推理等。

(5)控制 以分析、比較和推理的結(jié)果輸出相應(yīng)的控制信息。

(6)自檢自診斷 自測(cè)試(自檢)程序?qū)x器自身各部分進(jìn)行檢測(cè)，驗(yàn)證能否正常工作。自檢及格時(shí)顯示通過信息或發(fā)出相應(yīng)聲音。否則，運(yùn)行自診斷程序，進(jìn)一步檢查儀器的哪一部分出了故障，并顯示相應(yīng)的信息。若儀器中考慮了替換方案，則經(jīng)內(nèi)部協(xié)調(diào)和重組還可自動(dòng)修復(fù)。

(7)自補(bǔ)償自適應(yīng) 智能儀器能適應(yīng)外界的變化。比如，能自動(dòng)補(bǔ)償環(huán)境溫度、壓力等對(duì)被測(cè)量的影響，能補(bǔ)償輸入的非線性，并根據(jù)外部負(fù)載的變化自動(dòng)輸出與其匹配的信號(hào)等等。

(8)自校準(zhǔn)自學(xué)習(xí) 智能儀器常常通過自校準(zhǔn)(校準(zhǔn)零點(diǎn)、增益等)來保證自身的準(zhǔn)確度。不僅如此，它們還能通過自學(xué)習(xí)學(xué)會(huì)處理更多更復(fù)雜的測(cè)控程序。

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（責(zé)任編輯：hbz）

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