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虚拟仪器在中国渐趋热门,各厂商看法不一

放大字体  缩小字体 发布日期:2015-01-19  来源:布莱迪商城  作者:刘旭  浏览次数:6323
核心提示:虚拟仪器,就是在以通用计算机为核心的硬件平台上,由用户设计定义、具有虚拟前面板、测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。其基本思想就是在测试系统或仪器设计中尽可能地用软件代替硬件,即“软件就是仪器”。

美国国家仪器公司(NI)在20世纪80年代最早提出虚拟仪器(VirtualInstrument,简称VI)的概念。其核心的思想是利用计算机的强大资源使本来需要硬件实现的技术软件化,以便最大限度地降低系统成本,增强系统功能与灵活性。

    在近20年里,虚拟仪器这种计算机操纵的模块化仪器系统在世界范围内已得到了广泛的认同和应用。近几年中国对虚拟仪器应用的需求开始急剧高涨。虚拟仪器的概念逐渐被中国的工程师所接受,其应用范围也在不断扩大,并已有很多不同行业的应用案例。但是不少传统仪器厂商仍然对虚拟仪器持有不同的看法,他们的观点可大体分为反对派,折衷派,沉默派。安捷伦对虚拟仪器技术表现得不以为然,称虚拟仪器只能用于教育用途,在工程界的实际应用前景很有限。而罗德与施瓦茨(R&S)的看法则相对折衷,R&S产品支持经理安毅博士认为虚拟仪器具有一些优点,近几年的发展也较快。同时又指出其存在一定的局限性,如传统仪器在中高端测试方面的优势仍然非常明显。他强调,R&S的产品也在不断地吸收虚拟仪器的精华,如采用软件定义无线电(SDR)的技术,用更多的数字处理器件和相应软件来实现测量功能等等,从而缩小体积,提高仪器性能。他认为虚拟仪器和传统仪器都会有很大发展和广泛的应用。安立公司则认为虚拟仪器尽管有很多的应用模块,但是其整体性能相对于目前的传统仪器要落后一年左右。而泰克公司则对虚拟仪器技术的发展未发表评论。 

    虚拟仪器概念简介 

    虚拟仪器,就是在以通用计算机为核心的硬件平台上,由用户设计定义、具有虚拟前面板、测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。其基本思想就是在测试系统或仪器设计中尽可能地用软件代替硬件,即“软件就是仪器”。虚拟仪器的基本构成包括计算机、虚拟仪器软件、硬件接口模块等。用户可以通过友好的图形界面(这里称作虚拟前面板)操作计算机,如同操作功能相同的单台传统仪器一样。 

    在以PC计算机为核心组成的硬件平台支持下,虚拟仪器通过软件编程设计来实现仪器的测试功能,而且可以通过不同测试功能的软件模块的组合来实现多种测试功能。虚拟仪器采用的开发平台LabVIEW现在已经成为行业标准的测试测量软件平台。LabVIEW软件为不同领域的工程师简化了各种技术融合的复杂性,帮助工程师通过同一个软件平台,在第一时间内运用最先进的主流商业技术,加快工作效率。例如一个没有学习过FPGA编程的工程师使用LabVIEWFPGA模块,可以借助LabVIEW这一已经掌握的工具开发FPGA应用,使用其自动生成的VHDL代码,而无需花时间了解FPGA的技术细节。LabVIEW的优势在于其图形化的编程方式,直观、便于用户自定义;LabVIEW可集成多种I/O和硬件平台;并且可以连接到多种第三方算法和不同的测试仪器。 

    虚拟仪器与传统仪器的比较 

    虚拟仪器技术通过计算机的软硬件平台来实现测试测量仪器的功能,具有体积小,成本低的特点。与传统仪器相比,虚拟仪器的优势在于用户自定义仪器功能、结构等,且构建容易,转换灵活以及其开放性。决定虚拟仪器具有传统仪器不可能具备的特点的根本原因在于:虚拟仪器的关键是软件。 

    虚拟仪器的特点可归纳为: 

    1.在通用硬件平台确定后,由软件取代传统仪器中的硬件来完成仪器的功能。 

    2.仪器的功能是用户根据需要由软件来定义的,而不是事先由厂家定义好的。 

    3.仪器性能的改进和功能扩展只需进行相关软件的设计更新,而不需购买新的仪器。 

    4.研制周期较传统仪器大为缩短。 

    5.虚拟仪器开放、灵活.可与计算机技术同步发展,可与网络及其它周边设备互联。 

    虚拟仪器在中国的应用 

    尽管虚拟仪器近几年在中国发展得较快,但也遇到了一些问题。首先虚拟仪器的维护成本较高。据哈尔滨工业大学深圳研究生院博士后和军平介绍,传统的仪器出现故障后,常常由公司内部的仪器部门通过更换相应的故障模块,得到较快的解决,维护成本较低。而虚拟仪器采用的插卡式硬件密度很高,维修难度较大,维护费用较为昂贵。 

    同时中国用户的使用习惯也会影响虚拟仪器的发展。据赛宝计量检测中心高级工程师王勇解释,中国的测试工程师习惯于直接使用测量设备。而使用虚拟仪器还要根据特定需要做二次开发,设计针对自身应用的自定义测试系统。因此需要富有经验的工程师,较长的学习和培训时间与一定的开发周期。同时他认为现在虚拟仪器的实现成本相比传统仪器并没有明显的优势,因此对中国厂商的吸引力还不够强。 

    而且虚拟仪器单个插卡模块的性能固然可能做得很高,但是其整体性能会受到PC/PXI系统的总线带宽的限制。而总线速度的提升相对于计算机性能的提升周期要慢得多。对于某些需要很高带宽的测量应用,虚拟仪器的使用常常受到限制。 

    虚拟仪器开发平台将从测试向设计领域拓展 

    伴随着计算机技术的飞速发展,计算机的性能相比以前有了极大的提高,因此以软件作为核心的虚拟仪器技术也得到了快速发展。NI的中国市场部经理朱君女士说,NI始终会把PC、总线、半导体等现成即用的主流商业技术快速集成到NI的软硬件平台,提供给用户可用的、开放的、模块化和自定义的平台,为测试测量和自动化方面的工程师提供最佳的集成解决方案,帮助他们提高效率,降低成本。 

    她同时介绍说,为了提高工程流程的效率,在原来的基础之上,NI正在将Labview平台扩展到设计领域,通过在同一个平台上集成从设计到测试的全过程,进一步提高整个工程流程的效率。她介绍道,NI将为整个工业流程中的工程师——包括从设计、原型、测试、生产的全过程——带来一个前所未有的、强大高效的平台,实现整体的效率提升。对于未来发展,LabVIEW平台将继续发挥重要的作用。

测试测量行业全面发展,虚拟仪器再争高点

近年来,虚拟仪器技术在国际上发展非常迅速。这要归功于虚拟现实技术的发展,该技术虚拟化仪器模式——虚拟仪器,特别适用于当今越来越复杂的测试需求。虚拟仪器技术突破了传统电子仪器以硬件为主体的模式,将日益普及的计算机技术与传统的仪器仪表技术结合起来,使用户利用计算机、一组软件和极少的必需硬件,就可在屏幕上虚拟出与传统仪器相似的显示面板,使用者通过鼠标和键盘操纵面板上的虚拟按钮、开关、旋钮来实现传统仪器的各种功能操作,通过面板上的虚拟显示屏、数码显示器和指示灯了解仪器的状态读取或打印测量结果,方便灵活地完成对被测试测量的采集、分析、判断、显示及数据存储等。 
    与台式仪器,虚拟仪器在功能、性能上并不逊色,并又有使用方便,操作简洁的特点。以RIGOL新近推出的VS5000系列虚拟数字示波器为例,它在性能上具有诸多优势,包括双通道的模拟输入和16通道的数字输入通道、400MSa/s的实时采样率、25GSa/s等效采样率、1M的存储深度、高速USB2.0接口、LAN接口以及20种自动测量功能,还具有双通道储存深度及双通道加外触发模式。另一方面,VS5000体积非常小巧,可任意放置,精密加工的铝合金外壳,也使得该产品非常美观耐用。 
    工程师们借助使用VS5000系列虚拟数字示波器,可以解决许多要求很高的应用,例如电子线路调试、电路功能测试、信号逻辑关系验证、混合信号电路测量以及教育和技术培训等。举例来看,在工厂验证产品的质量时,要靠测量到的信号来判断是否正常,收集很多的信号验证其逻辑关系。VS5000系列虚拟数字示波器收集到信号,在电脑上生成数据,利用软件可以使信号的逻辑关系得到快速的验证。 
    正是随着虚拟仪器技术的功能和性能不断提高,如今在许多应用中它为用户提供了另外一种选择。目前,虚拟仪器产品已经实现在航空、航天、通信、医疗、电力、石油勘探、铁路等行业普及应用。 
    中国地址大学刘洋教授介绍到,虚拟仪器彻底打破了传统仪器只能由生产厂家定义,用户无法改变的局面,从而使得任何一个用户都可以方便灵活地用鼠标或按键在计算机显示屏幕上操作虚拟仪器软面板的各种“旋钮”进行测试工作,并可以根据不同的测试要求通过窗口切换不同的虚拟仪器,或通过修改软件来改变、增减虚拟仪器系统的功能与规模。虚拟仪器具有的这种“可开发性”和“可扩展性”等优越特点使虚拟仪器具有强大的生命力和竞争力。 
    业界普遍认为,伴随着PC、半导体和软件功能的进一步更新,未来虚拟仪器技术的发展将为测试系统的设计提供一个极佳的模式,并且使工程师们在测量和控制方面得到无以伦比的强大功能和灵活性,国内虚拟仪器企业争高点。
虚拟仪器从概念诞生到现在,不过20年的历史。国际上从1988年开始陆续有虚拟产品面市,当时有五家制造商推出30种产品,此后,虚拟仪器产品成倍增加,到1994年底,虚拟仪器制造厂已达95家,共生产1000多种虚拟仪器产品,销售额达2.93亿美元,占整个仪器销售额76亿美元的4%。据预测,21世纪前10年,虚拟仪器的生产厂家将超过千家,品种将达数千种,市场潜力巨大。同时,我们能够看到欧美,特别是美国企业在虚拟仪器开发平台上处于垄断地位,在市场上的状况也同样如此。 
    目前,国外企业在中国虚拟仪器市场占据着绝大部分的市场份额。据统计,我国进入“211工程”的100所高等院校有70多所选用了国外公司的产品。限于美国在虚拟测试测量及自动化领域的垄断地位,国内引进一套相关开发软件需要5000美元,引进一套虚拟仪器硬件设备需要10多万元人民币,采用其软硬件系统建设虚拟仪器研究实验室更是价格不菲。 
实际上,我国虚拟仪器的发展并不晚,几乎和国外领先企业处于同一时期。但由于众所周知的原因,整个仪器行业,包括虚拟仪器发展在过去的20年中,大部分时间处于停滞阶段。好在以RIGOL为代表的国内测试测量厂商已经意识到了这个问题。在我国仪器仪表行业整体回暖的大环境下,虚拟仪器也得到发展,特别是以计算机加数模转换及软件应用来实现传统仪器中的示波器、频谱分析仪等,有力打破了国外企业垄断的市场局面,促进了国内仪器行业的全面繁荣。

 
 
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