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1、《虚拟仪器》大作业专业：测控技术与仪器任课教师：柏俊杰学生学号：2011441811学生姓名：吕兵日期：2013年3月18日摘要虚拟仪器作为新型仪器有着强大的功能和灵活的应用方式，它是计算机技术介入仪器领域所形成的一种新型的、富有生命力的仪器种类，有着广泛的应用前景。本文就虚拟仪器的定义、虚拟仪器的应用领域进行简单讲述，并列举一个简单的工程案例，介绍它的工程应用背景、测控对象、测控方案与系统的构成。关键词：虚拟仪器新型工程应用1虚拟仪器简介1.1虚拟仪器的发展背景传统台式测量仪器是由仪器厂家设计并定义好功能的一
2、个封闭结构,它有固定的输入/输出接口和仪器操作面板,每种仪器实现一类特定的测量功能,并以确定的方式提供给用户。传统仪器主要由三个功能块组成:信号的采集与控制单元、信号的分析与处理单元、结果的表达与输出单元。由于这些功能块基本上是由硬件或固化的软件形式存在,因此设计复杂、灵活性差,没有摆脱独立使用、手动操作的模式,使用起来很不方便。计算机科学和微电子技术的迅速发展和普及,有力地促进了多年来发展相对缓慢的仪器技术,于是一种新型的仪器———虚拟仪器(VirtualInstrument,VI)出现了。1.2虚拟仪器的基
3、本概念、构成及其特点虚拟仪器是计算机技术介入仪器领域所形成的一种新型的、富有生命力的仪器种类。从一般仪器的设计模型看,仪器是由数据采集、分析处理、人机交互和显示等几部分功能模块组成的整体。因此,我们可以假设在必要的数据采集硬件和计算机支持下,通过软件设计实现仪器的全部功能,这就是虚拟仪器设计的核心。实际上,虚拟仪器就是在通用计算机平台上,配上相应的硬件和专用软件,定义和设计仪器的测试功能,形成既有普通仪器的基本测试功能,又有一般仪器所没有的特殊功能的高档低价的新型仪器。虚拟仪器最重要、最核心的技术是虚拟仪器软件
4、开发环境。与传统程序语言不同,这类软件一般采用强大的图形化语言(如LabVIEW)编程,面向测试工程师而专业程序员,编程非常方便;人机交互界面友好;具有强大的数据可视化分析和仪器控制能力等特点。但虚拟仪器软件亦存在其不足,如不适于或不擅长于完成大量数据处理的任务;不能调用系统程序实现底层操作等。在虚拟仪器系统开发中若遇到这类问题,就可利用虚拟仪器软件所提供的分析控制功能与传统编程语言(如C语言)的接口,将其自身不擅长或不易实现的任务通过能够或更适于完成此类任务的其他编程语言来实现。虚拟仪器的基本构成包括计算机、
5、虚拟仪器软件、硬件接口模块等。其中,硬件接口模块可包括插入式数据采集卡(DAQ)、串/并口、IEEE488接口(GPIB)卡、VXI控制器以及其它接口卡。目前较为常用的虚拟仪器系统是数据采集卡系统、GPIB仪器控制系统、VXI仪器系统以及这三者之间的任意组合。这里,硬件仅是为了解决信号的输入输出,软件才是整个系统的关键,所以当基本硬件确定以后,就可以通过不同的软件(如用于数据分析、过程通讯及图形用户界面的软件)实现不同的功能。虚拟仪器应用软件集成了仪器的所有采集、控制、数据分析、结果输出和用户界面等功能,使传统
6、仪器的某些硬件乃至整个仪器都被计算机软件所代替。用户根据自己的需要,利用计算机丰富的软、硬件资源,可以设计自己的仪器系统,从而大大突破传统仪器在数据的处理、表达、传递、储存等方面的限制,满足多种多样的应用要求,它不仅用于测量、测试、分析、计量等领域,而且还用于进行设备的监控、工业过程自动化等。与传统仪器相比,虚拟仪器除了在智能化程度、处理能力、易用性等方面有更多优点外,它还具有这样的特点:1)打破了传统仪器的“万能”功能概念,将信号的分析、显示、存储、打印和其它管理集中交由计算机来处理。由于充分利用计算机技术,
7、完善了数据的传输、交换等性能,使得组建系统变得更加灵活和简单;2)强调“软件就是仪器”的新概念，软件在仪器中充当了以往由硬件甚至整机实现的角色,从而使系统的测量精度、测量速度和可重复性都大大提高;3)改变了传统仪器由厂家定义、用户无法改变的模式,虚拟仪器由用户自己定义,系统的功能、规模等均可通过软件修改、增减,可方便地同外设、网络及其它应用连接,故虚拟仪器可当作许多仪器设备来使用;4)虚拟仪器的开放性和功能软件的模块化,使资源的可重复利用率提高,系统组建时间缩短,功能易于扩展,管理规范,生产、维护和开发的费用降
8、低,在工程应用和社会经济效益方面具有突出优势,1.3虚拟仪器应用领域虚拟仪器具有强大的分析和控制能力，由于它的核心是软件，只要修改软件再配上相应的硬件就可以改变仪器功能，故虚拟仪器应用领域非常广泛。在理论上，只要用到的仪器都可用虚拟仪器来替代。但是，虚拟仪器在我国的发展才刚刚开始，主要应用在教学、无损检测、电力等领域。下面就基于虚拟仪器的木材振动无损检测系统作简单介绍2工程案例2.1工
