虚拟仪器
几年前，一位教授正在研究药物对人体组织的影响。有一天，他做了一个演示，其中有一张幻灯片，是计算机生成的条形记录仪，展示了生物监测系统的数据。“我甚至不会用BASIC(编程语言)来写我的名字，”他告诉听众，然后向他们展示了他创建的虚拟仪器和他获得的数据……
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几年前，一位教授正在研究药物对人体组织的影响。有一天，他做了一个演示，其中有一张幻灯片，是计算机生成的条形记录仪，展示了生物监测系统的数据。“我甚至不会用BASIC(编程语言)来写我的名字，”他告诉听众，然后向他们展示了他创建的虚拟仪器，以及他用软件、一台PC和一个模数转换板获得的数据。“这比你想象的要容易得多，”他笑着说。
事实上，使用基于计算机的仪器进行监控、测量和分析变得越来越容易。虚拟设备的应用持续增长，计算机技术的进步和改进使这个概念越来越简单，更有效，更受欢迎。
用别的名字…
什么是虚拟乐器吗?就此而言，a是什么虚拟什么吗?一旦被简单地定义为“存在于本质上，而不是存在于实际的事实、形式或名称中”，[美国传统字典),虚拟现在更常用来描述那些模仿“真实”的东西。虚拟已经在计算意义上应用于计算机模拟的事物:虚拟内存，虚拟机，虚拟现实。“随着时间的推移，”数据翻译公司(Data Translation)的产品营销经理蒂姆•卢迪(Tim Ludy)表示，“这个形容词开始被用于指由计算机创造或运行的东西。使用个人电脑和软件来代替乐器，让你能够重新创造乐器。”
他解释说，使用PC模拟乐器不同于简单地使用PC与乐器对话。“从我们(Data Translation)的角度来看，最终用户使用DAQ板进行测试和测量，或进行诊断或研发功能。人们拿一块板和一些软件，在个人电脑上创建一个类似仪器的设备。他们这样做的一个原因可能是仪器本身太昂贵了。他们不需要购买1.5万美元的示波器，而是使用DAQ板和PC来制作所需的示波器，成本不到1000美元。根据所需的精度、准确度和速度，这种选择可能比直接购买仪器更划算。(Data Translation为PC插件提供数据采集板，主要用于测试和测量应用程序。DAQ板将执行类似于许多类型的工具的操作。
BizWare Direct的产品经理Bill Glover建议，除了资金成本之外，还可以节省时间:“使用虚拟仪器，客户可以使用现有的计算机设备来提供仪器读数，而不是添加以传统方式维护、记录和记录数据所需的所有专业设备。例如，人们过去常常手动读取仪表，并将数据记录到笔记本上，这种方法容易出错，而且并不总是及时。虚拟格式的数据要可靠得多。”
| 虚拟仪器(右)更倾向于用户自定义，而传统仪器(左)通常具有固定的功能。虽然这两种类型有许多共同的架构组件，但传统仪器提供的软件和测量电路包具有有限的固定功能列表。虚拟仪器使用软件来定制采集、分析、存储、共享和表示功能。(插图由国家仪器公司提供) |
美国国家仪器公司(National Instruments)产品营销和学术关系副总裁Ray Almgren解释说，虚拟仪器(VI)是通过将执行测量和控制的基于pc的硬件与允许用户通过该软件定义系统功能的软件工具相结合来定义系统的能力。NI被许多人认为是LabView产品的构想和发展的负责人。
阿尔姆格伦回忆道:“在1986年，说软件中有一种乐器的想法是很奇怪的。术语‘虚拟仪器’帮助用户理解设备是虚拟的，而不是物理的。”
让它成为你自己的
VI允许用户配置检测以满足特定的需求。Almgren说，它的主要好处是“定制化。虚拟仪器不需要与硬件连接。它可以是纯模拟(软件)或连接到实际仪器。可以创建一个单一接口，通过一个操作点来控制一个或整个仪器系统。[参见本文。controleng.com举个例子。这个术语并不意味着你实际上没有进行测量，”他强调说。“你是在用一种工具来定义仪器的能力你希望如此。”
创建一个虚拟仪器可以在很多层面上完成，从使用软件包中提供的仪器的图形表示，到更复杂的基于文本的编程。基于图形的程序通常更容易使用。虽然基于文本的系统提供了更高的精度和控制，但它们需要更多的编程知识，使用起来也更复杂。今天，大多数涉及虚拟仪器的公司都努力在后续的软件版本中构建易于使用、定制和控制的特性。
| 基于以太网/局域网的虚拟仪器系统提供了一种低成本、中等吞吐量的方法，用于远距离交换数据和控制命令，实现远程测试系统控制、分布式I/O和企业数据共享。(插图由国家仪器公司提供) |
“我们的衡量铸造Data Translation公司的Ludy说:“软件可以让用户从工具包中拖动类似仪器的物体到PC上的工作区屏幕上，并配置一个板，以接受来自不同通道、不同范围的数据，以任何你喜欢的显示类型。”您实际上创建了一个工具来满足您的特定需求。这是一种定制操作。”
定制在BizWare Direct的DataNetOPC Professional(一个运行在Web浏览器中的OPC客户端)中也很明显。该产品通过提供一种经济的方式来记录和监测多个值(特别是浊度)，将虚拟概念引入水和废水行业，使用现代技术，但以旧的、熟悉的方式呈现。
Bill Glover指出:“这个行业仍然习惯使用圆形针图格式的数据。“旧的传统纸质图表很难使用，也很难阅读。所以我们把这些都做成了电子格式。我们的软件里有圆形引脚图。由于该软件是基于Web的，用户所需要做的就是访问适当的URL，以熟悉的格式获取任何信息。他们可以选择、定制，并与系统中的所有仪器对话。”
一个“虚拟的”恩惠
虽然很少有人相信虚拟乐器可以取代传统乐器，但所有人都认为虚拟概念将变得更加普遍。在测量高度自动化的系统中，虚拟仪器占主导地位。如今，很少有人为自动化测试和控制系统购买传统仪器，他们更喜欢使用高度可编程和高度模块化的设备。
VI增强而不是取代现有的过程控制系统。NI的Almgren观察到，可编程自动化控制器通常与虚拟仪器难以区分，并指出两者都是可编程设备，VI专注于测量端，而pac专注于控制端。
此外，嵌入式领域将从VI中获得巨大的好处，其中更多的功能是即插即用的，软件工具更加标准化，成本更低，构建系统所需的专业知识相对来说要低得多。
Averna Technologies公司工业和实时解决方案总监Shahzad Sarwar认为，VI在帮助工程师提高性能、生产力和质量方面发挥着关键作用。“霍尼韦尔的APU测试单元自动化(见附带的边栏)就是一个例子，客户通过虚拟仪器获得了即时的投资回报，以及许多无形的效率效益。凭借其技术和业务优势，VI将在未来几年继续呈指数级增长。”
VI系统可以包含所有类型的设备，这是一个关键的优势。可互换虚拟仪器基金会和LXI联盟等组织最近采取的行动促进了标准化，加强了这一概念。
IVI基金会是一个开放的联盟，成立于1998年，旨在解决新驱动技术的互换性问题。它促进了编程测试仪器的规范，简化了互换性，提供了更好的性能，并降低了程序开发和维护的成本。它建立在现有行业标准的基础上，以创建简化互换仪器的规范，并提供更好的性能和简化的维护。
LXI联盟促进LXI标准的开发和采用，LXI标准是一个开放的、可访问的标准，为功能测试、测量和数据采集行业确定规范和技术。LXI，或用于仪器仪表的局域网扩展，是一种基于工业标准以太网技术的仪器仪表平台，旨在为中小型系统提供模块化、灵活性和性能。定义这样一个标准——主要是通过将GPIB(通用接口总线)扩展到局域网——有望使PC/仪器通信更容易，成本更低。
对于第一次接触虚拟仪器的人，NI的Almgren建议:“软件定义了虚拟仪器系统中的仪器。它是仪器。了解软件工具的可能性，将真正使虚拟仪器系统设计人员能够最大限度地利用VI的好处。一旦您了解了这些知识和能力，您就可以选择符合您需求的任何设备。专注于软件。了解如何使用它，以及如何熟练使用它。不要害怕。这些工具中有许多真的很容易使用。”
虚拟仪器有助于自动化测试设备，提高生产效率
霍尼韦尔APU测试设施中的辅助动力单元(APU)数据采集和控制设备自动化涉及使用NI的SCXI和LabView平台来集成APU测试所需的信号和测量。(apu用于喷气发动机、军用车辆、火箭和宇宙飞船。)自动化系统提供采集、控制、配置、校准、测试序列自动化、报告生成和测试流程映射，与非自动化流程相比，实现了无纸化测试执行，并将设备吞吐量提高了600%。
生产技术提供商Averna Technologies指导了该项目。该公司实施自动化系统，并在测试、测量、自动化和控制、视觉、机器人和制造生产力软件等领域提供解决方案。
一个典型的测试设备管理数百个过程信号和传感器。这些信号与发动机燃料、功率和速度的控制和测量有关。其他测量包括环境和发动机温度、压力、通信和振动监测。非自动化的过程需要12小时的轮班工作为一个单元。
Averna使用NI的SCXI平台，该平台与当前的测试基础设施接口，无需传感器或电缆更改。一个12槽的SCXI机箱包含一组信号调理模块，提供超过100个I/O通道。采用桌面LabView软件和多功能DAQ卡对APU测试设备信号进行读取和控制。仪表板(见插图)获取并显示过程数据，并允许操作员以交互方式控制测试。测试操作和测试管理显著简化。
虚拟仪器仪表板通过在几秒钟内自动配置硬件来节省数小时的手动配置时间。它还提供了对所有过程测量的单窗口访问，并允许对测试设置进行交互式控制和操作。内置的网络功能允许从多个和远程位置进行监控。
此外，使用其他Microsoft Windows应用程序对测试硬件进行完全编程控制
Proligent，一个流程映射协作框架，管理所有产品文档、测试程序定义、设备硬件校准、通信标准等。一个完整的测试序列可以在没有操作员干预的情况下运行。
本应用程序的信息由Averna Technologies Inc.工业和实时解决方案总监Shahzad Sarwar提供;国家仪器公司。
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