试论虚拟仪器技术在电子测量中的应用

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热度0票  浏览198次 时间：2018年8月04日 13:56

　　摘要：文章分析虚拟仪器技术在电子测量中应用的优势，并分别从硬件与软件两个角度研究其在电子测量中的应用，最后对其未来发展进行展望，使更多领域能够了解和认识虚拟仪器技术，旨在为提高电子测量水平提供借鉴。

　　关键词：虚拟仪器技术；电子测量；应用

　　中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1673-1131（2015）10-0273-020 引言近年来，受到科技浪潮的巨大冲击，系统论、信息论及计算机技术不断进步和发展，对测量领域的思想、手段及技术等方面产生了巨大影响，传统测量主要是通过模拟仪器与硬件电路配合实施，然而，由于硬件与元器件性能难以满足测量需求，存在滞后性等问题，使得测量工作难以发挥积极作用，而虚拟仪器技术的出现及应用，能够有效解决上述问题，作为一种新型的测量技术，未来将会被广泛应用于测量、工程等领域中。因此，加强对虚拟仪器技术在电子测量中应用的研究具有积极意义。

　　1 虚拟仪器技术概述及其对电子测量产生的影响1.1 概述虚拟仪器技术基本思想是利用计算机技术组织、管理仪器及其系统，将传统仪器中的硬件电路转交给软件实现，逐渐取代仪器的采集、分析等功能，最终彻底取代传统电子仪器的目标，推广现代化仪器技术。单纯从虚拟层面来看，该项技术主要具有虚拟仪器工具功能与由软件实现仪器的测量功能两方面含义[1]。

　　相比较传统仪器，虚拟仪器技术具有以下特点：第一，功能强、性价比高，虚拟仪器能够在原有仪器功能基础上进一步丰富和增强传统仪器功能，方便用户使用，且有利于构建测试系统，推动虚拟仪器网络化发展；第二，操作方便，由于对传统仪器技术进行了革新，用户仅需要通过图形用户界面（GUI）便能够完成工作，极大地提高了工作效率和质量；第三，硬件模块化、系列化，在使用中有效提高管理工作水平，规范测量工作。

　　1.2 虚拟仪器技术对电子测量产生的影响

　　虚拟仪器自身属性决定了其在电子测量领域中将会得到广泛应用，对电子测量产生深刻影响，从功能配置方面来看，该项技术改变了传统仪器只能够单一测量的弊端，使之朝着集成化方向发展，如在一台仪器上同时完成信号产生、显示及测量功能；随着新技术的发展，诸多领域对电子测量提出了更高要求，如通讯领域对信道的测量，要求应在频域内进行指标分析，应用虚拟仪器可以在数据采集后，利用软件进行多项数据的分析处理 [2]。不但如此，虚拟仪器在电子测量中的应用，能够大大降低测量成本，提高仪器利用率，且便于对仪器的维护及使用，正因如此，该向技术是现阶段最受欢迎的测量技术之一。

　　2 虚拟仪器技术在电子测量中的应用

　　相比较传统硬件技术来看，虚拟仪器技术在现代电子测量工作中的应用具有功能全、灵活性等优势，在实践中，该项技术在实践中可以从以下几个方面入手。

　　2.1 硬件模块方面

　　硬件模块主要通过下图 1 中程序开展测量工作，其原理主要是针对被测对象，输入一组频率可控、频率单一的正弦信号，同时做出相应的反应。将响应信号输送至信号调理模块中，调整信号幅度，使之在合理范围之内，以此确保测量精度。

　　经过高速、高精度的模块化处理，能够有效获取被测对象网络输出信号的幅度及相位。

　　PC 机软件作为编程控制中可控高精度信号源，能够获取信号源的输出频率、幅度等数据信息，并在非同一频带情况下，进行不同频率间隔性测试，通过全面获取信息，能够提高测量准确度。如在电子测量工作中，针对低通系统而言，第一次采用等间隔测试获取的信息可以作为参数，并设置合理范围进行多次测量，最终获取最精确的数值。

　　现阶段，按照测量功能硬件类型，可以将虚拟仪器划分为PC 总线、串口总线、GPIB 等五种结构，在具体应用中，主要承担输入信号采集、方法及转换功能。如 PC 总线技术主要是利用插入计算机内的数据采集卡与专用虚拟仪器软件相结合，控制各种仪器；GPIB 总线技术是建立在传统虚拟仪器基础之上，其出现及推广促使电子测量工作由独立单台手工操作转向大规模、自动化方向发展，且该项技术在电子测量工作中的应用，不仅能够实现对仪器的有效控制，提高测量精确度，还能够取代手工操作，提高测量有效性，推动测量工作现代化、信息化系统建设；此外，PXI 总线技术内核技术在一定程度上提升了测量技术规范性，特别适合高速通讯总线测量工作中，且该技术自身具有的可拓展性特点，使电子测量朝着更为广泛的方向发展，为构建虚拟仪器平台奠定了坚实的基础。

　　2.2 软件方面

　　软件作为虚拟仪器最核心的技术，其能够发挥功能化特点，最大限度上降低系统成本，提高系统功能性及灵活性。虚拟软件技术主要包括 visa 库、驱动及应用程序三个层次。在具体测量工作中，用户可以结合测量任务及目标，编制针对性测量软件，完成复杂的测量目标。由于虚拟软件技术自身具有灵活性特点，使之在应用中能够替代传统仪器中的部分硬件，并在此基础上最大限度发挥自身功能，尤其是应用计算机直接参与测试信号的产生及分析过程，充分发挥软件与硬件相结合产生的积极作用。

　　电子测量工作是一项综合性工作，对数据精度要求较高，因此，协调软件与用户需求之间的关系显得尤为重要。实践中，使用面板控制软件将用户与仪器连接起来，实现信息交流与沟通，为用户提供数据信息，为下一环节工作提供依据和参考； 同时，软件中的数据分析功能，能够借助计算机系统中的计算能力与函数库功能，实现对数据的有效分析和研究，提高虚拟系统自身数据处理能力。由于虚拟技术中的驱动软件具有处理特定仪器的功能，能够发挥承上启下的作用，协调电子测量工作，使测量工作有序进行[5]。

　　2.3 虚拟仪器技术未来发展趋势

　　随着科学技术迅速发展，虚拟仪器技术将会在电子测量工作中得到广泛推广和普及，而电子测量工作对技术的要求也会日渐提升。因此，未来，虚拟仪器技术将会逐渐朝着软件开发平台方向发展，实现规模化、自动化测量目标。近年来，研发该平台的公司主要是 NI 和 HP 两家公司，将 labview 软件作为基础开发的平台，成为重要测量载体。不仅如此，未来虚拟仪器技术将会与其他技术相互交叉，朝着深层次方向发展。

　　3 结语

　　根究上文所述，虚拟仪器技术在科学技术发展及社会要求日渐提高影响下，朝着综合性、功能化方向发展，在提高电子测量精确度、可靠性等方面占据举足轻重的位置，从某个层面上来看，虚拟仪器技术是一次具有深远意义的技术革命，将会影响社会多个领域。在电子测量工作中，技术人员应加强对技术的研究力度，并结合测量任务及目标，调整和优化软件技术，提高软件技术针对性，从而促使虚拟仪器技术在电子测量工作中的积极作用得到最大程度发挥。

　　参考文献：

　　[1] 王槐生,李娟娟. 虚拟仪器在“电子测量技术”教学中的改革与应用[J]. 中国电力教育,2011(11):107-108.

　　[2] 卫永琴，赵洪亮. 自制虚拟仪器卡在电子技术实验中的应用[J]. 数字技术与应用,2012(3):81-83.