传统技术与虚拟技术的对比
何森 信息科学与技术学院 09自动化系 23220092204372 内容摘要：虚拟仪器技术发展非常迅速，所有测量测试仪器的主要功能可由①数据采集②
数据测试和分析③结果输出显示等三大部分组成，其中数据分析和结果输出完全可由基于计算机的软件系统来完成，因此只要另外提供一定的数据采集硬件，就可构成基于计算机组成的测量测试仪器。当虚拟仪器出现后，人们称以前的仪器为传统仪器。对比虚拟仪器和传统仪器间的特点，我们会发现它们之间的差别的确是很大的。本文将从仪器的灵敏性、硬件性能、兼容性、测量输入信号特性、测量方法等方面将传统技术与虚拟技术对比，得出传统技术与虚拟技术的不同。
关键词 ：虚拟仪器；传统仪器；对比；灵敏性；兼容性；测量方法；测量输入信号特性
所谓虚拟仪器是基于计算机的软硬件测试平台，它可代替传统的测量仪器.虚拟仪器通过软件将计算机硬件资源与仪器硬件有机的融合为一体，从而把计算机强大的计算处理能力和仪器硬件的测量，控制能力结合在一起，大大缩小了仪器硬件的成本和体积，并通过软件实现对数据的显示、存储以及分析处理。从发展史看，电子测量仪器经历了由模拟仪器、智能仪器到虚拟仪器，由于计算机性能以摩尔定律（每半年提高一倍）飞速发展，已把传统仪器远远抛到后面，并给虚拟仪器生产厂家不断带来较高的技术更新速率。
比起传统仪器,虚拟仪器有着不可比拟的优势。
（一）灵敏性
虚拟仪器概念的提出是针对于传统仪器而言的，它们之间的最大区别是由虚拟仪器提供的是完成测量或控制任务所需的所有软件和硬件设备，而功能是由用户定义。而传统仪器则功能固定且由厂商定义，把所有软件和测量电路封装在一起利用仪器前面板为用户提供一组有限的功能。而虚拟仪器则非常灵活，使用高效且功能强大的软件来自定义采集、分析、存储、共享和显示功能。
每一个虚拟仪器系统都由两部分组成——软件和硬件。对于当前的测量任务，虚拟仪器系统的价格可能与具有相似功能的传统仪器相差无几，也可能比它少很多倍。但由于虚拟仪器在测量任务需要改变时具有更大的灵活性，因而随着时间的流逝，节省的成本也不断累计。虚拟仪器的灵活性体现在： ⑴不同的设备实现同一应用
一个测试项目（一个直流（DC）电压和温度测量应用）根据不同的应用场合可以采用不同的设备，却可以采用相同的程序代码。若是实验室验证，就可以应用台式计算机上PCI总线，使用LabVIEW和DAQ设备开发一个应用程序。若要应用于生产线，则可以采用PXI系统上配置应用程序。若是需要具有便携性，就可以选择USB总线的DAQ产品来完成任务。⑵一个设备实现不同应用
假设有两个不同的应用，一个是利用DAQ设备和积分编码器来测量电机位置的项目；另外一个是监视和记录这个电机的功率。即使这两个任务完全不同，也可以重复利用同一块DAQ 设备。所需要做的就是使用虚拟仪器软件开发出新的应用程序。此外，如果需要的话，项目既可以与一个单一的应用程序结合也可以运行在一个单一的DAQ设备。
（二）兼容性
许多工程师和科学家都在实验室里将虚拟仪器和传统仪器结合使用。除此之外，一些传统仪器提供了特定的测量，工程师和科学家宁愿厂商定义也不愿自己定义。这就引出了一个
问题，“虚拟仪器和传统仪器能够兼容吗？”
虚拟仪器和传统仪器要并存一段时间，一些测试系统必然要将两者结合使用。虚拟仪器和传统仪器之间的兼容性问题成为关注的焦点。
虚拟仪器可与传统仪器完全兼容，无一例外。虚拟仪器软件通常提供了与常用普通仪器总线（如GPIB、串行总线和以太网）相连接的函数库。
除了提供库之外，200多家仪器厂商也为NI仪器驱动库提供了4000余种仪器驱动。仪器驱动提供了一套高层且可读的函数以及仪器接口。每一个仪器驱动都专为仪器某一特定的模型而设计，从而为它独特的性能提供接口。
（三）测量方法
对于传统测量仪器而言，根据测量需求选择满足测量功能的仪器型号或通过产品手册来查询确定合适的测量仪器，购买即可。 对于虚拟仪器而言，根据测量需求选择满足测量功能的数据采集卡型号（确定总线类型后），自定义测量、分析功能，然后自行设计满足测量需求的虚拟仪器。当然设计工作也可以委托系统集成商来完成。
基于计算机的数字化测量导致改变了一些传统的测量模式，这是一个很本质的变化。
（四）硬件性能
虚拟仪器的重要概念就是驱使实际虚拟仪器软件和硬件设备加速的策略。虚拟仪器技术致力于适应或使用诸如Microsoft、Intel、Analog Devices、Xilinx以及其他公司的高投入技术。例如，使用Microsoft在操作系统（OS）和开发工具方面的巨大投资。在硬件方面，应用基于Analog Devices在A/D转换器方面的投资。
虚拟仪器系统是基于软件的，所以只要是可以数字化的东西，就可以对它进行测量。因此，测量硬件可在通过两根坐标轴进行评估，即分辨率（位）和频率。参考下图1.9所示，可以看出虚拟仪器硬件测量性能与传统仪器的比较。虚拟仪器的目标就是将曲线在频率和分辨率上延伸并且在曲线内进行不断推陈出新。
虚拟仪器的硬、软件具有开发性、模块化、可重复使用及互换性等特点。为提高测试系统的性能，可以方便的加入一个通用仪器模块或更换一个仪器模块，而不用购买一个完全新的系统，有利于测试系统的扩展。
（五）简便性
虚拟仪器技术的优势在于可由用户定义自己的专用仪器系统，且功能灵活，很容易构建，所以应用面极为广泛。尤其在科研、开发、测量、检测、计量、测控等领域更是不可多得的好工具。虚拟仪器技术先进，十分符合国际上流行的“硬件软件化”的发展趋势，因而常被称作“软件仪器”。 它功能强大， 可实现示波器、逻辑分析仪、频谱仪、 信号发生器等多种普通仪器全部功能，配以专用探头和软件还可检测特定系统的参数， 如汽车发动机参数、汽油标号、炉窑温度、血液脉搏波、心电参数等多种数据；它操作灵活， 完全图形化界面，风格简约，符合传统设备的使用习惯， 用户不经培训既可迅速掌握操作规程； 它集成方便，不但可以和高速数据采集设备构成自动测量系统， 而且可以和控制设备构成自
动控制系统。
不使用厂商定义的、预封装好的软件和硬件，工程师和科学家获得了最大的用户定义的灵活性。传统仪器把所有软件和测量电路封装在一起利用仪器前面板为用户提供一组有限的功能。而虚拟仪器系统提供的则是完成测量或控制任务所需的所有软件和硬件设备，功能完全由用户自定义。此外，利用虚拟仪器计数，工程师和科学家们还可以使用高效且功能强大的软件来自定义采集、分析、存储、共享和显示功能。
（六）测量输入信号特性
测量输入信号特性(如电压、频率、上升时间等)只需要一个量化的数据模块，要测量的信号特性能被数据处理器计算出来，这种将多种测试集于一体的方法缩短了测试的时间，从而提高了测试速度。
在仪器计量系统方面，示波器、频谱仪、信号发生器、逻辑分析仪、电压电流表是科研机关、企业研发实验室、大专院所的必备测量设备。随着计算机技术在测绘系统的广泛应用，传统的仪器设备缺乏相应的计算机接口，因而配合数据采集及数据处理十分困难。而且，传统仪器体积相对庞大，多种数据测量时常感到捉襟见肘，手足无措。我们常见到硬件工程师的工作台上堆砌着纷乱的仪器，交错的线缆和繁多待测器件。然而在集成的虚拟测量系统中，我们见到的是整洁的桌面，条理的操作，不但使测量人员从繁复的仪器堆中解放出来，而且还可实现自动测量、自动记录、自动数据处理。其方便之极固不必多言，而设备成本的大幅降低却不可不提。一套完整的实验测量设备少则几万元，多则几十万元。在同等的性能条件下，相应的虚拟仪器价格要低二分之一甚至更多。虚拟仪器强大的功能和价格优势，使得它在仪器计量领域具有很强的生命力和十分广阔的前景。
通过以上的对比，我们能轻易地看出传统仪器与虚拟仪器之间的不同。 参考文献
[1]王行仁;;虚拟技术与应用[A];科技进步与学科发展——“科学技术面向新世纪”学术年会论文集[C];1998年
[2]蒋德清,李雄;虚拟仪器技术在测控系统中的发展趋向[J];成都纺织高等专科学校学报;2000年01期
[3]金鑫,Analogic Corp Paul Benneff;用于VXI测试的虚拟仪器和传统仪器的比较[J];国外电子测量技术;1994年02期
[4]吕太国;张山彪;阮树仁;巨秋菊;;虚拟仪器在物理实验室建设中的应用[A];第七届青年学术会议论文集[C];2005年
[5]苏月琼;虚拟仪器技术不断发展N];中国电子报;2001年
[6]何利,王厚军;基于虚拟技术的实验教学[J];实用测试技术;2001年04期 [7]陆坤;;采用单片机的测速仪器[J];电子技术应用;1988年06期
[8]冯玉田;章玉鉴;陈泉林;潘志浩;;PC仪器系统软件的设计与实现[J];电子技术;1992年06期 [9]蒋德清,李雄;虚拟仪器技术在测控系统中的发展趋向[J];成都纺织高等专科学校学报;2000年01期
[10]归绍升;;电子仪器和测量技术的新发展[J];电子技术;1988年11期
[11]郭君树;虚拟仪器系统[J];仪表技术;1994年06期