虚拟仪器技术的新进展

韩春晓

（长春理工大学,吉林 长春 130022）

1 虚拟仪器的组成和分类

（1）虚拟仪器的组成。所谓虚拟仪器，就是通过软件使计算机和传统的仪器硬件设施结合起来，用户可以根据自己的需求，通过虚拟界面来操控的仪器。虚拟仪器主要由三个部分组成，即高效的软件，模块化的I/O硬件和用于集成的软硬件平台。其中，软件是整个虚拟仪器的核心部分，要想实现虚拟仪器运行过程的自动化，必须要有高效的软件作为支撑，使用高效的软件，能在很大程度上提高虚拟仪器的性能。模块化的I/O硬件，使各种硬件设施能够灵活地进行组合，实现测量系统的自定义，从而满足不同用户的需求。用于集成的软硬件平台是目前虚拟仪器实现自动化的测量、测试等应用的标准平台，其构架具有开放性、灵活性的特点，且该平台在成本上具有很大的优势。

（2）虚拟仪器的分类。根据微机的发展以及总线方式的不同，我们可以将虚拟仪器分为五种类型，即PC总线-插卡型虚拟仪器、并行口式虚拟仪器、GPIB总线式虚拟仪器、VXI总线式虚拟仪器和PXI总线式虚拟仪器。PC总线-插卡型虚拟仪器是将数据卡和一些专用的软件插入计算机，通过插入的数据卡和软件来实现各种仪器的组建；并行口式虚拟仪器是通过将所有的仪器硬件集成到一个采集盒内来实现仪器的各种功能；GPIB总线式虚拟仪器目前已经发展为大规模的自动化测试，主要用于高精度、低速度的测量；VXI总线式虚拟仪器是高速计算机总线VME总线在VI领域的扩展，主要用于高精度、高速度的测量，但是该类仪器成本过高限制了其发展；PXI总线式虚拟仪器是将PIC总线内核技术与多板同步触发总线技术的规范和要求结合发展而来，也是未来VI平台发展的方向。

2 虚拟仪器的优势和应用

（1）虚拟仪器的优点。虚拟仪器与传统仪器进行比较，具有很多方面的优点。首先，虚拟仪器的性能比传统仪器的性能高，用户可以根据自己的需求对虚拟仪器进行定义来满足特定的要求。其次，虚拟仪器具有很强的扩展空间，因为组成虚拟仪器的硬件和软件都具有一定的灵活性，且组成结构具有开放式的特点，因此虚拟仪器可以进行灵活的组装，实现功能或其他方面的扩展。再次，传统的仪器技术更新周期很短，所以对传统仪器进行维修和开发的费用很高，而虚拟仪器由于其灵活性，更新周期较长，一般为一到两年，从而降低了软硬件开发和维修的费用，同时，虚拟仪器可以进行系统升级，通过系统升级即可以实现软件的更新。除了以上优点以外，虚拟仪器的操作界面比传统仪器的更为简洁明了，有利于用户的操作，虚拟仪器的通用性以及远程监控等特点，也使虚拟仪器受到很多用户的欢迎。综上所述，虚拟仪器较传统仪器具有很多优势，开发推广虚拟仪器势在必行。

（2）虚拟仪器的应用。目前，虚拟仪器被广泛应用于各行各业，计算机网络技术为虚拟仪器的发展提供了良好的基础。在科研教学领域，将计算机技术与虚拟仪器技术结合起来，可以建成一个虚拟的仿真实验室，在该实验室可以对某些不方便实际操作的实验项目进行仿真测试，再将计算机网络技术与仿真实验室结合，进一步形成一个网络虚拟实验室，使学员不受地域和时间的限制，随时随地进行科学实验。目前，清华大学已经使用虚拟仪器技术构建汽车发动机检测系统对汽车发动机进行出厂检测。此外，虚拟仪器还被应用在航天、军事、生物医学、工厂生产等多个领域。

3 虚拟仪器技术新发展

（1）虚拟仪器的网络化。计算机网络技术的发展，为虚拟仪器技术开创了新天地，将网际网络技术与PC技术结合起来，形成网络化的虚拟仪器技术。网络化的虚拟仪器技术使处于不同位置、不同功能的测试设备联系起来，通过网络来实现这些设备的共享，减少了硬件设备的重复投资。此外，利用网络技术，不仅可以将测量设备中的资料直接上传至网络，还可以通过网络对测试设备进行远程的操作，为不同地区人员进行合作交流提供了很大的便利。

（2）硬件的虚拟化。随着虚拟仪器技术的发展，硬件设备也朝着虚拟化的方向发展。用户可以根据自己的特定要求，通过编程的方式来定义硬件的功能并改变相应的性能参数，使硬件的使用更加灵活方便。目前，市场上使用最为广泛的虚拟硬件设备，其采样率和精度都可以在满足用户的需求下进行重新定义，实现功能的改变。

（3）虚拟仪器的可互换性。在虚拟仪器中，软件占据着举足轻重的地位，因此对软件进行开发研究，一直都是发展虚拟仪器技术的重中之重。虚拟仪器的可互换性[2]，即用户可以根据自己的需要，将应用软件从现处的平台移植到另一个平台上进行使用，实现了应用软件的跨平台使用。目前，相关研究人员已经开发出一种驱动器，该驱动器可以支持不同厂家生产的仪器，为虚拟仪器互换提供了可能。此外，IVI技术力图开发一个驱动仪器的程序标准，从而为虚拟仪器互换提供一个框架，也使仪器编程简便化。

（4）组件技术的发展。随着用户对虚拟仪器要求的不断提高，在虚拟仪器技术中，软件规模逐渐增大，所使用的测量设备的数量和种类也不断增多，发展组件技术，实现软件设备的“即插即用”，对虚拟仪器技术发展具有重大意义。组建技术的发展，可以实现软件的最大化利用，缩短开发周期，降低维护的成本。目前，已经出现了COM/DCOM、javaBeans/EJB等组件标准，使组件技术进一步成熟。

虚拟仪器技术是仪器行业的一次重大变革，在很大程度上推动了仪器行业的发展。与传统的仪器相比，虚拟仪器具有性能高、扩展性强、开发时间少以及无缝集成的优势，为用户提供更加快捷方便的服务。目前，虚拟仪器已经被应用在多个领域，并且不断的创新发展，虚拟仪器的网络化、可交换化，硬件的虚拟化以及组件技术的发展，将会将虚拟仪器技术带入一片新的天地。