原创【博客大赛】虚拟仪器与传统仪器整理对比学习

 2013-6-15 22:59  1623 21 21 分类: 测试测量

虚拟仪器与传统仪器整理对比学习

1. 什么是虚拟仪器，它与传统仪器有何不同？

虚拟仪器的功能是由用户定义的，而传统仪器的功能是固定的，由供应商定义。

图1. 传统仪器（左）和基于软件的虚拟仪器（右）拥有很多相同的架构组件，但理念完全不同。

每台虚拟仪器都由软件和硬件两部分组成。相对于功能类似的传统仪器，虚拟仪器有一定的标价，对于当前的测量任务来说，很多时候更为经济。更重要的是，长久来看，当改变测量任务时，由于虚拟仪器更加灵活，其成本优势更加明显。

因为不使用供应商定义、预先打包集成的软件和硬件，工程师们和科学家们拥有最大限度的用户定义灵活性。传统仪器为将所有的软件和测量电路打包成一个产品，使用仪器前面板上列出的有限的固定功能。虚拟仪器提供了完成测量或控制任务所需的所有硬件和软件。此外，使用虚拟仪器，工程师们和科学家们可以通过高效的、强大的软件自定义采集、分析、储存、共享，以及演示。

下面是这种灵活性在实践中的一些范例:

1. 一项应用，多个设备

举一个具体的例子，一位工程师正在他的实验室中使用LabVIEW和台式计算机中PCI总线上的M 系列DAQ设备创建一个直流电压和温度测量应用。系统完成后，他需要将应用程序部署到制造车间的PXI系统中，对新产品进行测试。另外，他还可能需要将此应用拓展为便携式，所以他为该任务选择了NI USB DAQ。在该范例中，无论如何选择，在三种应用方式中,他都可以使用一个项目的虚拟仪器，无需改变代码。

图2.当对许多设备使用相同应用程序时，更新硬件非常容易。

2. 多项应用，一个设备

再看另一位工程师的例子，她刚刚完成了一个项目，使用新的M 系列 DAQ设备和正交编码器测量电机位置。她的下一个项目是监控和记录同一个电机消耗的功率。尽管任务不同,她仍然可以重复使用相同的M系列 DAQ设备。她所需要做的就是使用虚拟仪器软件开发新的应用程序。此外，如果有需要，这个两项目可以组合成为一个应用程序，并在同一个M系列DAQ设备上运行。

图3. 对多个应用重用硬件，可以降低成本。

2. 与传统仪器相比，虚拟仪器的硬件性能如何？

虚拟仪器一个重要的理念就是加快提升实际虚拟仪器软件和硬件设备的性能。NI注重兼容或者使用一些公司通过大量投资研制出的尖端技术，例如Microsoft、Intel、Analog Devices、Xilinx等公司。软件方面，NI使用了Microsoft公司投资巨大的操作系统和开发工具；硬件方面，NI在Analog Devices公司投资的巨大的A/D转换器上进行构建。

从根本上说，因为虚拟仪器是基于软件的，只要你能够对信号进行数字化，那么你就可以测量它。因此，测量硬件可以看作是两个轴，分辨率（位）和频率。查看下图，比较传统仪器与虚拟仪器硬件的测量性能。NI的目标是在频率和分辨率两方面进一步推动曲线，对曲线内的部分进一步创新。

图4.比较虚拟仪器硬件与传统仪器的发展。

3. 虚拟仪器和传统仪器兼容吗？

许多工程师和科学家们在实验中同时拥有虚拟和传统仪器。此外，一些传统仪器提供了专门的测量，对此工程师和科学家会更喜欢供应商定义而不是由他们自己定义。这就引出了一个问题，“虚拟仪器和传统仪器兼容吗？”

虚拟仪器与传统仪器是兼容的，且几乎无一例外。虚拟仪器软件通常提供常规的仪器总线接口函数，例如GPIB、串口或者以太网，等等。

除了提供这种函数库以外，200多家仪器供应商为NI仪器驱动库提供了4000多种仪器驱动。仪器驱动提供了一组高层的、可读的函数，用于与仪器交互。每个仪器驱动都专门针对特定模式的仪器定制，为其独特的功能提供一个接口。

4. 虚拟仪器和合成仪器有什么不同？

自动化测试行业的一个基本趋势是向基于软件的测试系统转变。例如，美国国防部（Department of Defense, DoD）是世界上自动化测试设备（Automated test equipment, ATE）的最大用户之一。为了降低测试系统用户的成本并且加强系统的重复使用，美国国防部通过海军的NxTest项目，已经指明未来的ATE需要使用一个构建于模块化硬件和可重配置软件之上的体系架构，称为合成仪器。使用合成仪器代表着未来军事ATE系统规范的重大进展，而且意味着在未来的系统中，可重配置软件将成为主角。若要成功实现一个基于软件的测试系统（例如合成仪器），需要了解市场上的硬件平台和软件工具，还需要理解系统级架构和仪器级架构间的区别。

合成仪器工作组定义合成仪器为：“一个可重配置的系统，可通过标准的接口连接一系列基本的硬件和软件组件，并使用大量的处理技术进行测量或者生成信号。”这与虚拟仪器的许多属性一致，后者的定义为：“一个软件定义的系统，其中，基于用户需求而设置的软件，决定了通用测量硬件的功能”。这两种仪器的概念中，相同的部分即为：“软件定义的仪器，运行于商用硬件之中。”通过这种将测量的功能移至用户可重配置的硬件的方法架构，用户可以获得更大的灵活性和可充配置性能，这样可以在增加系统性能的同时减少成本。

//2013-06-15

//22:59

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