虚拟仪器思想述评

2011-09-23 14:41:15来源: 互联网

引言

  关于虚拟仪器,有许多种提法和分类[1~8],如卡式仪器、总线式仪器、计算机化仪器等等,多数均强调其软件面板,强调其虚拟界面及控制环境,强调其软件方法,一句典型且具有代表性的口号则称:“软件就是仪器”!

  实际上,虚拟仪器是一些借助于通用的模拟量及数字量输入输出平台,通过计算机软件,按已知的数学模型和时序实现的,具有信号测量、控制、变换、分析、显示、输出等全部或部分功能的智能化输入输出系统。

  典型的虚拟仪器模式可以理解为,除了信号的输入和输出以外,仪器的其它操作、测量、控制、变换、分析、显示等功能均由软件来实现的一种计算机管理的数字化仪器。

  虚拟仪器的出现,给仪器科学与技术带来了又一次震撼,它给人一种全新的理念和感受,为人们提供了前所未有的机遇及手段,也带来了巨大的困惑与挑战。那么,虚拟仪器的核心思想是什么?它的目标是什么?能解决什么问题和达到什么效果?它有什么弱点?本文将主要讨论这些问题。

2 虚拟仪器

  虚拟仪器的出现不是偶然的,它是客观世界发展的必然。其最直接的表现即是以软件功能代替硬件功能,从而迎接测试领域的三个挑战:1)测试成本不断增加;2)测试系统日趋复杂;3)测试投资的保护要求。

  对于测量分析仪器来说,典型的虚拟仪器结构如图1所示。其输入为物理世界中的信号,中间经过数字世界的变换、处理过程,以软件模型实现传统仪器中的仪器原理,输出为物理世界的信号或数字世界的数据;这里,以A/D变换为特征的数据采集平台是最基本的虚拟测量仪器平台。而对于信号源类的设备来说,其输入为数字世界的模型数据,以软件模型实现传统信号源中的信号波形生成原理,输出则为物理世界的信号,如图2所示,在这里,以D/A变换为特征的任意波发生器平台是最基本的虚拟仪器式信号源平台。


图1 典型的虚拟测量仪器结构框图

图2 典型的虚拟仪器式信号源结构框图

  由此可见,传统的仪器,其输入、变换、处理、以及输出,均以信号方式在物理世界中实现,依赖于物理原理、法则、定律,而虚拟仪器,其主导思想是将其复杂多样的仪器原理部分,主要放到数字世界中,依赖于数学模型和算法,以信息数据处理、变换、辨识等实现,最终以数字方式输出或回到物理世界以信号方式输出。具体做法有:
1) 以数学模型的多样性替代仪器原理的多样性和复杂性;以软件的变化获得仪器功能的变化,以应对复杂性测试要求;2) 以软件数学模型的稳定性获得高性能的仪器特征;3) 以硬件平台的通用性获得仪器的通用性、兼容性、互换性;4) 以软件平台的公共性获得不同仪器的交互性与互换性。

  因而可以说,虚拟仪器是跨跃物理世界与数字世界的桥梁和纽带,在统一的信息世界内涵里,连接着物理世界与数字世界。

[1] [2] [3]

关键字:虚拟仪器

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2011/0923/article_3540.html
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