虛擬儀器思想述評

　　8）測量難題的解決和測量能力的擴展；例如，Agilent公司的N5530系列測量接收機，其調幅、調頻、調相信號測量誤差限分別為1%、1%和2%，是目前測量行業(yè)里指標最高的調制信號解調儀器，校準溯源極為困難，但使用虛擬儀器方式，以波形測量方法進(jìn)行數字化解調，完全可以獲得更高的測量準確度，并有望最終解決其校準溯源問(wèn)題，將調制參數溯源到具有更高準確度的幅度和時(shí)間參量上。例如，目前計量行業(yè)中，正弦信號總失真度的測量多數在200kHz以下進(jìn)行，超出這個(gè)范圍的儀器設備很難找到，只能使用頻譜分析儀進(jìn)行，過(guò)程煩瑣且誤差較大。而使用虛擬儀器，則可以很容易在相當寬的頻率范圍內進(jìn)行失真度的測量。

　　9）智能化儀器成為可能?？傮w說(shuō)來(lái)，儀器的智能化發(fā)展主要應體現出其測量的柔性、魯棒性、自適應性、全面性、多樣性諸方面，軟件模型在這些方面的表現要遠優(yōu)于硬件技術(shù)，并且為這些技術(shù)在機器人、無(wú)人飛行器等行業(yè)和領(lǐng)域的廣泛應用提供了技術(shù)可能。

　　10）不確定度評定。測量結果的不確定度給出問(wèn)題，一直是測量行業(yè)的一個(gè)基本問(wèn)題，在非虛擬儀器條件下，它的給出極為困難，而虛擬儀器有著(zhù)智能化和軟件模型化特點(diǎn)，在已知硬件極限參數和執行參量這些基本的邊界條件下，其軟件模型參數的不確定度可望已知，并有希望在測量結果給出的同時(shí)，給出其不確定度，這也應該是虛擬儀器的一個(gè)發(fā)展方向。至少在計量校準行業(yè)和社會(huì )公用計量標準中，它有著(zhù)廣泛的需求空間。

4 虛擬儀器的缺點(diǎn)與不足

　　與傳統儀器相比，虛擬儀器仍然有一些不足，總結如下：

　　1）實(shí)時(shí)性較差；由于需要使用算法模型，導致量化采樣成為虛擬儀器的必須環(huán)節，使得虛擬儀器給出測量結果需要更多的時(shí)間，軟件模型的適應性犧牲了其實(shí)時(shí)性，致使目前的虛擬儀器多集中在比較低的頻率范圍內使用，射頻、微波類(lèi)儀器設備較少。解決方法之一便是借助于DSP技術(shù)、FPGA技術(shù)、ARM技術(shù)等將軟件硬件化，提高其實(shí)時(shí)性。

　　2）量化誤差的影響不可避免；由于借助于數字化技術(shù)，基于A(yíng)/D或D/A平臺，量化誤差屬于客觀(guān)存在，將對測量結果造成影響。其穩定性和準確度也受到限制，無(wú)法達到很高水平，導致其在工程應用中通常達不到特別高的測量準確度，多數限于一般工程應用。解決的方法是借助于模型化測量方式，以模型參數給出測量結果，這將降低測量速度，從而犧牲實(shí)時(shí)性，而量化效應的影響仍然存在。
　
　　3）構成虛擬儀器的核心――軟件算法的專(zhuān)門(mén)研究缺乏；包括算法模型的收斂性、使用邊界條件、與實(shí)際工程問(wèn)題的符合程度等等。解決方式是開(kāi)展虛擬儀器各種算法模型研究，研制標準化軟件儀器模塊。

　　4）虛擬儀器屬于間接測量原理；其儀器指標與其硬件平臺指標有較大差異，用戶(hù)容易混淆其中的差別，導致指標提法和應用的混亂狀況；解決方式是同時(shí)給出硬件平臺指標和虛擬儀器指標參數。

　　5）由用戶(hù)自己定義和研制的虛擬儀器缺乏指標和全面系統的性能考核。絕大多數虛擬儀器用戶(hù)沒(méi)有儀器設計和制造的專(zhuān)業(yè)知識與經(jīng)驗，因而在虛擬儀器研制時(shí)，缺乏確定儀器指標的經(jīng)驗和技術(shù)，對于量值溯源校準缺乏意識。解決方式是可以加強該方面的研究和方法規范，使之成為行業(yè)標準。

　　6）單臺儀器系統操作復雜、不夠直觀(guān)。典型的虛擬儀器系統都離不開(kāi)電子計算機，它們通常沒(méi)有獨立自主的硬件面板和按鍵旋鈕等，需要借助于儀器硬件平臺和計算機軟件平臺，以軟件系統執行測量操作；因而當完成簡(jiǎn)單的任務(wù)時(shí)，比非虛擬儀器的臺式儀器復雜和不夠直觀(guān)。解決的方法是可以將一部分虛擬儀器模塊技術(shù)與計算機技術(shù)相融合，研制成即插即用（plug play）形式儀器模塊以降低其操作、安裝的復雜性。

5 結論

　　綜上所述，虛擬儀器的表述盡管有多種多樣的提法和特征，但其根本思想是以軟件模型算法代替儀器測量原理，將物理世界中的信號變換、處理功能轉換到數字世界，以軟件模型對數據信息特征的提取來(lái)實(shí)現。結合電子計算機技術(shù)的巨大優(yōu)勢和潛力，為人們帶來(lái)了前所未有的便利和發(fā)展空間。