虛擬儀器由硬件平臺(tái)和軟件兩部分組成。其中硬件平臺(tái)又由計(jì)算機(jī)和硬件接口設(shè)備兩部分組成。
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特點(diǎn)：
與傳統(tǒng)儀器相比虛擬儀器具有以下3個(gè)特點(diǎn)。
1．不強(qiáng)調(diào)物理上的實(shí)現(xiàn)形式
虛擬儀器通過(guò)軟件功能來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與控制、數(shù)據(jù)處理與分析及數(shù)據(jù)的顯示這3部分的物理功能。其充分利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，在基本硬件的支持下，利用軟件完成數(shù)據(jù)的采集、控制、數(shù)據(jù)分析和處理以及測(cè)試結(jié)果的顯示等，通過(guò)軟、硬件的配合來(lái)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)儀器的各種功能。
2．在系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)軟硬件資源共享
虛擬儀器的最大特點(diǎn)是將計(jì)算機(jī)資源與儀器硬件、DSP技術(shù)相結(jié)合，在系統(tǒng)內(nèi)共享軟硬件資源。它打破了以往由廠家定義儀器功能的模式，而變成了由用戶自己定義儀器功能。使用相同的硬件系統(tǒng)，通過(guò)不同的軟件編程，就可實(shí)現(xiàn)功能完全不同的測(cè)量?jī)x器。
3．圖形化的軟件面板
虛擬儀器沒有常規(guī)儀器的控制面板，而是利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形環(huán)境，采用可視化的圖形編程語(yǔ)言和平臺(tái)，以在計(jì)算機(jī)屏幕上建立圖形化的軟面板來(lái)替代常規(guī)的傳統(tǒng)儀器面板。軟面板上具有與實(shí)際儀器相似的旋鈕、開關(guān)、指示燈及其他控制部件。在操作時(shí)，用戶通過(guò)鼠標(biāo)或鍵盤操作軟面板，來(lái)檢驗(yàn)儀器的通信和操作。
除上述特點(diǎn)之外，與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器還有如下幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)。
（1）虛擬儀器用戶可以才艮據(jù)自己的需要靈活地定義儀器的功能，通過(guò)不同功能模塊的組合可構(gòu)成多種儀器，而不必受限于儀器廠商提供的特定功能。
（2）虛擬儀器將所有的儀器控制信息均集中在軟件模塊中，可以采用多種方式顯示采集的數(shù)據(jù)、分析的結(jié)果和控制過(guò)程。這種對(duì)關(guān)鍵部分的轉(zhuǎn)移進(jìn)一步增加了虛擬儀器的靈活性。
（3）由于虛擬儀器關(guān)鍵在于軟件，硬件的局限性較小，因此與其他儀器設(shè)各連接比較容埸實(shí)現(xiàn)。而且虛擬儀器可以方便地與網(wǎng)絡(luò)、外設(shè)及其他應(yīng)用連接，還可利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行多用戶數(shù)據(jù)共享。
（4）虛擬儀器可實(shí)時(shí)、直接地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯，也可通過(guò)計(jì)算機(jī)總線將數(shù)據(jù)傳輸?shù)酱鎯?chǔ)器或打印機(jī)。這樣做一方面解決了數(shù)據(jù)的傳輸問(wèn)題，一方面充分利用了計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)能力，從而使虛擬儀器具有幾乎無(wú)限的數(shù)據(jù)記錄容量。
（5）虛擬儀器利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形用戶界面（GUI），用計(jì)算機(jī)直接讀數(shù)。根據(jù)工程的實(shí)際需要，使用人員可以通過(guò)軟件編程或采用現(xiàn)有分析軟件，實(shí)時(shí)、直接地對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行各種分析與處理。
（6）虛擬儀器價(jià)格低，而且其基于軟件的體系結(jié)構(gòu)還大大節(jié)省了開發(fā)和維護(hù)費(fèi)用。
虛擬儀器--軟件就是儀器
虛擬儀器, 虛擬示波器, 虛擬儀器技術(shù), 虛擬儀器軟件, 虛擬儀器開發(fā), 虛擬儀器組成
一、引言
當(dāng)前多媒體計(jì)算機(jī)、信息高速公路和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是計(jì)算機(jī)信息科學(xué)的三個(gè)重要發(fā)展方向。它們相互聯(lián)系、相互促進(jìn)、共同發(fā)展，已經(jīng)滲透到人們?nèi)粘９ぷ鳌⑸?、學(xué)習(xí)、娛樂的各個(gè)方面，逐步地由辦公室、實(shí)驗(yàn)室走向家庭。
虛擬現(xiàn)實(shí)是多媒體計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域，多媒體技術(shù)是虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality）是利用多媒體計(jì)算機(jī)技術(shù)生成的一個(gè)具有逼真的視覺、聽覺、觸覺及嗅覺的模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境。用戶可以用人的自然技能對(duì)這一虛擬的現(xiàn)實(shí)進(jìn)行交互體驗(yàn)，而用戶體驗(yàn)到的結(jié)果－－該虛擬現(xiàn)實(shí)的反應(yīng)與用戶在相應(yīng)的真實(shí)現(xiàn)實(shí)中的體驗(yàn)結(jié)果相似或完全相同。虛擬現(xiàn)實(shí)的概念包括如下三個(gè)層次的含義：
1、虛擬現(xiàn)實(shí)是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)而生成的逼真的實(shí)體，人們對(duì)該實(shí)體具有真實(shí)的三維視覺、立體聽覺、質(zhì)感的觸覺和嗅覺。
2、人們可以通過(guò)自然技能與虛擬現(xiàn)實(shí)進(jìn)行對(duì)話，即人的頭、眼、四肢等的各種動(dòng)作在虛擬現(xiàn)實(shí)中的反應(yīng)具有真實(shí)感。
3、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)往往要借助一些三維傳感設(shè)備來(lái)完成交互動(dòng)作，如頭盔式立體顯示器、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣服、三維操縱器等。
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)雖然現(xiàn)在還處于初級(jí)階段，但已在科學(xué)可視化、CAD、飛行器／汽車／外科手術(shù)、虛擬儀器等的操作模擬等方面得到了應(yīng)用。已經(jīng)在航空航天、國(guó)防軍事、生物醫(yī)學(xué)、教育培訓(xùn)、娛樂游戲、旅游等領(lǐng)域顯示出廣闊的應(yīng)用前景。
虛擬儀器(Virtual Instrument--VI)是虛擬現(xiàn)實(shí)在儀器儀表領(lǐng)域中的一個(gè)重要應(yīng)用，目前已在國(guó)際上悄然興起。虛擬儀器是以多媒體計(jì)算機(jī)作為基礎(chǔ)，使用圖形界面編程技術(shù)，模擬實(shí)際儀器的面板、功能和操作，從而生成完成各種任務(wù)的專用儀器。
由于科學(xué)技術(shù)的高度發(fā)展，導(dǎo)致了各種功能強(qiáng)大、越來(lái)越復(fù)雜的儀器不斷涌現(xiàn)，其中很多儀器都以計(jì)算機(jī)作為基礎(chǔ)，出現(xiàn)了儀器計(jì)算機(jī)化的趨勢(shì)，其主要表現(xiàn)為：
1、硬件與計(jì)算機(jī)的接口標(biāo)準(zhǔn)化
2、硬件軟件化
3、軟件模塊化
4、模塊控件化
5、系統(tǒng)集成化
6、程序設(shè)計(jì)圖形化
7、科學(xué)計(jì)算可視化
8、硬件接口軟件驅(qū)動(dòng)化
由于計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，加之實(shí)際應(yīng)用的需要，使人們對(duì)虛擬儀器的興趣越來(lái)越濃厚，研制虛擬儀器也成為了現(xiàn)實(shí)的可能。研制虛擬儀器主要源于以下目的：
1、節(jié)省儀器開發(fā)的時(shí)間和經(jīng)費(fèi)
2、充分利用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理和分析的功能
3、統(tǒng)一儀器的用戶界面
4、增強(qiáng)儀器的功能和適用范圍
5、集成儀器的需要
6、使儀器容易擴(kuò)展
虛擬儀器主要由以下幾部分組成：
1、界面控件庫(kù)
2、數(shù)據(jù)輸入、輸出
3、數(shù)據(jù)處理方法庫(kù)
4、數(shù)據(jù)表示庫(kù)
5、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理
6、任意信號(hào)發(fā)生
7、圖形界面編程環(huán)境
界面控件庫(kù)中包括一些常用儀器的面板部件，如指示器、計(jì)量表、發(fā)光二極管、按鈕、轉(zhuǎn)盤、刻度盤、滑動(dòng)條等，每個(gè)控件都帶有可編程的函數(shù)與屬性。
數(shù)據(jù)輸入與輸出是指從外部設(shè)備獲取數(shù)據(jù)進(jìn)入計(jì)算機(jī)或從計(jì)算機(jī)輸出數(shù)據(jù)去控制外部設(shè)備，需要建立與數(shù)據(jù)采集板、串并口、以及其他標(biāo)準(zhǔn)化接口（IEEE-488、GPIB、RS-232、RS-422、SCSI、VXI等）通信的驅(qū)動(dòng)軟件，從而擴(kuò)展儀器的適用
范圍與應(yīng)用領(lǐng)域。
數(shù)據(jù)處理方法庫(kù)中集中了許多數(shù)據(jù)處理方法，如FFT計(jì)算、濾波、建模、參數(shù)估計(jì)等，并提供這些處理方法的編程接口，只需把這些方法簡(jiǎn)單的組合即可完成各種復(fù)雜的任務(wù)。
數(shù)據(jù)表示是指用一定的方式來(lái)顯示數(shù)據(jù)和處理結(jié)果，其中包括數(shù)字顯示、曲線顯示、直方圖、散點(diǎn)圖、二維圖形、三維網(wǎng)格圖形、三維填充圖形、四維圖形、圖象乃至動(dòng)態(tài)圖形或圖象等，使得數(shù)據(jù)表示十分直觀，易于理解。
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理主要是指提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的格式、數(shù)據(jù)查詢方法、數(shù)據(jù)瀏覽方法等。
信號(hào)產(chǎn)生是指根據(jù)需要產(chǎn)生任意信號(hào)，其中一些標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)可以用于儀器測(cè)試和自檢之用。
圖形編程環(huán)境是指用戶可以任意組合控件與方法，將其聯(lián)接成一個(gè)整體，形成專用儀器的工具。利用虛擬儀器用戶可以象搭積木一樣很快生成所需要的各種儀器。
二、現(xiàn)有虛擬儀器與集成環(huán)境舉例
1、MATLAB：高性能數(shù)值計(jì)算和數(shù)據(jù)分析軟件
MATLAB是由美國(guó)Mathworks公司研制的高性能數(shù)值計(jì)算和數(shù)據(jù)分析軟件。它已經(jīng)成為工程和科學(xué)研究的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，它具有獨(dú)特的用戶交互界面、復(fù)雜的數(shù)值計(jì)算、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析、靈活的科學(xué)圖形、快速的計(jì)算、方便的擴(kuò)展等特點(diǎn)，是高產(chǎn)和創(chuàng)造性科學(xué)研究的首選軟件。
MATLAB的基本功能有：
※ 矩陣運(yùn)算
※ 矩陣分解
※ 矩陣特征值與特征向量計(jì)算
※ 信號(hào)卷積
※ 譜估計(jì)
※ 復(fù)數(shù)運(yùn)算
※ 一維和二維FFT
※ 濾波器設(shè)計(jì)與濾波
※ 曲線擬合
※ 三次樣條擬合
※ 貝賽爾函數(shù)
※ 非線性優(yōu)化
※ 線性方程組求解
※ 微分方程
MATLAB包括的工具箱有：
※ 數(shù)字信號(hào)處理工具箱
※ 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具箱
※ 系統(tǒng)辨識(shí)工具箱
※ 自擴(kuò)展工具箱
MATLAB包括的繪圖函數(shù)：
※ 直方圖
※ 散點(diǎn)圖
※ 曲線圖
※ 三維網(wǎng)格圖
※ 三維填充圖
※ 等值線圖
※ 極坐標(biāo)圖形
※ X－Y繪圖
※ 圖象顯示
2、DADiSP：科學(xué)家和工程師的數(shù)據(jù)分析與圖形軟件
DADiSP軟件由美國(guó)DSP Development Corporation公司研制，主要作為科學(xué)家和工程師用于數(shù)據(jù)分析和圖形顯示工具。它包括以下功能：
※ 矩陣運(yùn)算
※ 特征向量與特征值計(jì)算
※ 一維、二維FFT與卷積
※ 二維、三維、四維圖形顯示
※ 醫(yī)學(xué)圖象處理
※ 衛(wèi)星遙感圖象處理
※ 地震信號(hào)處理
※ 統(tǒng)計(jì)分析與處理
※ 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
※ 假設(shè)檢驗(yàn)
※ 濾波器設(shè)計(jì)
※ 聲納雷達(dá)信號(hào)處理
※ 語(yǔ)音與通信信號(hào)處理
※ 振動(dòng)分析
3、MP100：醫(yī)學(xué)信號(hào)采集與處理系統(tǒng)
MP100是由美國(guó)BIOPAC System公司研制的醫(yī)學(xué)信號(hào)采集與處理系統(tǒng)，它與AcqKnowledge軟件一起運(yùn)行，提供靈活的、易于使用的模塊化系統(tǒng)，使您能隨心所欲的完成數(shù)據(jù)采集和分析任務(wù)。AcqKnowledge是一個(gè)功能強(qiáng)大、十分靈活的軟件包，它使用下拉式菜單和對(duì)話框，無(wú)需學(xué)習(xí)另外的編程語(yǔ)言，就可以設(shè)計(jì)出復(fù)雜的數(shù)據(jù)采集、模擬、觸發(fā)和分析系統(tǒng)。主要包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)記錄、分析和濾波，離線數(shù)據(jù)分析與處理，數(shù)據(jù)的各種圖形表示等功能。該系統(tǒng)可以與虛擬儀器LabVIEW聯(lián)接，提供可視化圖形編程環(huán)境。它的主要應(yīng)用領(lǐng)域有：
※ 運(yùn)動(dòng)生理學(xué)
※ 肌電信號(hào)記錄
※ 心信電記錄與分析
※ 腦電記錄與分析
※ 誘發(fā)電位記錄與分析
※ 眼震電圖和眼球運(yùn)動(dòng)分析
※ 神經(jīng)傳導(dǎo)分析
※ 精神生理學(xué)
※ 藥理學(xué)
※ 遙測(cè)監(jiān)護(hù)
4、LabVIEW：圖形編程虛擬儀器
LabVIEW是美國(guó)National Instrument Corporation公司研制的圖形編程虛擬儀器系統(tǒng)。主要包括數(shù)據(jù)采集、控制、數(shù)據(jù)分、數(shù)據(jù)表示等功能，它提供一種新穎的編程方法，即以圖形方式組裝軟件模塊，生成專用儀器。LabVIEW由面板、流程方框圖、圖標(biāo)/連接器組成，其中面板是用戶界面，流程方框圖是虛擬儀器源代碼，圖標(biāo)/連接器是調(diào)用接口(Calling Interface)。流程方框圖包括輸入/輸出（I/O）部件、計(jì)算部件和子VI部件，它們用圖標(biāo)和數(shù)據(jù)流的連線表示；I/O部件直接與數(shù)據(jù)采集板、GPIB板、或其他外部物理儀器通信；計(jì)算部件完成數(shù)學(xué)或其他運(yùn)算與操作；子VI部件調(diào)用其他虛擬儀器。
5、LabWINDOWS/CVI：C語(yǔ)言編程的虛擬儀器
LabWINDOWS的功能與LabVIEW相似，且由同一家公司研制，不同之處是它可用C語(yǔ)言對(duì)虛擬儀器進(jìn)行編程。
6、LabLinc V：模塊化的虛擬儀器系統(tǒng)
LabLinc V由美國(guó)COULBOURN INSTRUMENTS公司研制的模塊化虛擬儀器系統(tǒng)，它由基本單元、信號(hào)采集與處理、控制等模塊組成，主要應(yīng)用于生理學(xué)、生物醫(yī)學(xué)和生物力學(xué)等領(lǐng)域中的數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)顯示和過(guò)程控制等。
7、HyperSignal：可視化信號(hào)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)
HyperSignal由美國(guó)Hyperception公司研制的可視化信號(hào)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件，它使信號(hào)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程可視化，同時(shí)使信號(hào)處理結(jié)果可視化。
8、Model900：靈活的數(shù)據(jù)采集與波形產(chǎn)生系統(tǒng)
Model900由美國(guó)Applied Signal Technology公司研制，提供高速大容量數(shù)據(jù)采集、波形產(chǎn)生等功能，使用虛擬儀器環(huán)境以節(jié)省開發(fā)時(shí)間和資金。
9、DASP：大容量數(shù)據(jù)自動(dòng)采集與處理分析軟件
DASP由東方振動(dòng)和噪聲技術(shù)研究所研制，主要用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與分析，多功能信號(hào)采集與分析，自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集、顯示、讀數(shù)、計(jì)算、分析、存儲(chǔ)、打印、繪圖等。
10、LabDoc：集成儀器軟件包
LabDoc由日本康泰克電子技術(shù)有限公司研制，它具有多種測(cè)量?jī)x器功能，通過(guò)圖形用戶界面和在線幫助，能提供容易操作的儀器畫面?？梢詰?yīng)用于實(shí)驗(yàn)室、生產(chǎn)線檢查、教育與培訓(xùn)等領(lǐng)域，主要測(cè)試功能有：
※ 數(shù)字濾波
※ 脈沖發(fā)生
※ 函數(shù)發(fā)生
※ 波形發(fā)生
※ 調(diào)諧信號(hào)發(fā)生
※ FFT分析
※ 頻率計(jì)
以上我們列舉了十種目前比較流行的虛擬儀器和集成環(huán)境系統(tǒng)，其中以美國(guó)在這方面的工作最為出色，而我國(guó)在這方面才剛剛起步，尚未見到完整的虛擬儀器系統(tǒng)。由以上列舉的例子可以看出，虛擬儀器具備如下特點(diǎn)：
※ 涉及較深?yuàn)W的數(shù)值計(jì)算方法
※ 集成了信號(hào)處理與過(guò)程控制算法
※ 軟、硬件模塊互相獨(dú)立
※ 具備二次開發(fā)的集成編程環(huán)境
※ 是多學(xué)科交叉、滲透的產(chǎn)物
三、虛擬醫(yī)學(xué)信號(hào)處理儀器
醫(yī)學(xué)信號(hào)范圍十分廣泛，其中常見的醫(yī)學(xué)信號(hào)有心電、腦電、誘發(fā)電位、肌電、眼電、胃電、神經(jīng)脈沖電位、血壓、脈搏波、呼吸波、溫度等信號(hào)，它們特點(diǎn)各
不相同，有各自的頻帶、幅度范圍、干擾來(lái)源等，因而使得醫(yī)學(xué)信號(hào)處理變得十分復(fù)雜。
無(wú)論哪種醫(yī)學(xué)信號(hào)儀器，幾乎都涉及到信號(hào)放大、采集、分析、處理、濾波等共同的任務(wù)，同時(shí)不同的信號(hào)又具有各自特殊的處理方法，這些共同性和特異性的有機(jī)結(jié)合，形成集成環(huán)境是虛擬儀器的基礎(chǔ)。
由于多參數(shù)臨床監(jiān)護(hù)和綜合診斷的需要，醫(yī)學(xué)信號(hào)的采集處理儀器呈現(xiàn)出集成化的趨勢(shì)，人們從研制單一功能的醫(yī)學(xué)信號(hào)儀器轉(zhuǎn)向研制多功能集成化儀器，然而這種集成化并非單功能儀的堆積組合，而是從不同單功能儀器中找出共同點(diǎn)和不同點(diǎn)，形成軟、硬件模塊，將醫(yī)學(xué)信號(hào)處理儀器計(jì)算機(jī)化，構(gòu)成醫(yī)學(xué)信號(hào)處理儀器開發(fā)環(huán)境，即虛擬儀器。
虛擬醫(yī)學(xué)信號(hào)處理儀器是一個(gè)頗具具前景的領(lǐng)域，許多醫(yī)療儀器公司都看好這一市場(chǎng)前景，投入大量的人力、物力和財(cái)力來(lái)從事這方面的研究與開發(fā)，前面提到的MP100醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和LabLinc V模塊化虛擬儀器就是其中的杰出代表。
虛擬醫(yī)學(xué)信號(hào)處理儀是開發(fā)生產(chǎn)各種醫(yī)學(xué)信號(hào)儀的工具。對(duì)于開發(fā)者而言，就可以象搭積木似的很快生成專用儀器，節(jié)省大量的開發(fā)時(shí)間和資金；對(duì)于用戶而言，可以少花錢，多買儀器。虛擬醫(yī)學(xué)信號(hào)處理儀器為集成化多功能儀器的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)，而且可以把最新研究成果盡快的應(yīng)用到儀器中來(lái)。另外，虛擬醫(yī)學(xué)信號(hào)處理儀器可以用于對(duì)未知信號(hào)和信號(hào)未知特性的研究，達(dá)到快出成果、多出成果的目的。實(shí)際上，虛擬醫(yī)學(xué)信號(hào)處理儀器也對(duì)當(dāng)前遠(yuǎn)程醫(yī)療、醫(yī)學(xué)電子圖書等熱門研究領(lǐng)域?qū)⑵鸬酵撇ㄖ鸀懙淖饔谩?/p>
四、虛擬儀器相關(guān)技術(shù)
1、數(shù)值計(jì)算
在虛擬儀器中，需要提供靈活的數(shù)據(jù)處理方法，這些方法可根據(jù)實(shí)際需要由用戶通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，為了簡(jiǎn)化編程的復(fù)雜程度和節(jié)省大量的開發(fā)時(shí)間，在虛擬儀器中應(yīng)當(dāng)盡可能多的提供各種數(shù)值計(jì)算程序，這些數(shù)值計(jì)算主要有以下幾大方面：
※ 矩陣運(yùn)算（加、減、乘、逆、轉(zhuǎn)置)
※ 特征值與特征向量計(jì)算
※ 矩陣分解
※ 一元、二元插值
※ 數(shù)值積分和微分
※ 線性代數(shù)方程求解
※ 非線性方程求解
※ 擬合與逼近
※ 特殊函數(shù)
※ 回歸與統(tǒng)計(jì)
2、數(shù)字信號(hào)處理
在復(fù)雜的儀器中，數(shù)字信號(hào)處理占有重要的地位，因而在虛擬儀器中集成各種數(shù)字信號(hào)處理方法十分必要，數(shù)字信號(hào)處理方法可分為幾大類：
※ 信號(hào)預(yù)處理
※ 濾波器設(shè)計(jì)與濾波
※ 經(jīng)典譜估計(jì)
※ 現(xiàn)代譜估計(jì)
※ 相關(guān)與卷積
※ 離散變換
※ 數(shù)字特征計(jì)算
※ 常用信號(hào)發(fā)生
※ 信號(hào)建模
※ 數(shù)據(jù)壓縮
3、計(jì)算機(jī)圖形、圖象學(xué)
圖形和圖象是復(fù)雜儀器中大量數(shù)據(jù)的直觀表示，例如靜態(tài)和動(dòng)態(tài)腦電地形圖，物體表面溫度分布圖，電磁場(chǎng)分布圖等，它可把原本十分抽象的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成人們易于理解的直觀表示；另外，數(shù)據(jù)及其分析結(jié)果人們也習(xí)慣于用曲線、直方圖、三維圖形、等高線圖等來(lái)表示。所以在虛擬儀器中，建立這些數(shù)據(jù)的圖形、圖象表示模塊是十分必要的。
4、科學(xué)計(jì)算可視化
前面提到，復(fù)雜大量數(shù)據(jù)的圖形、圖象表示在虛擬儀器中十分重要，然而由數(shù)據(jù)到圖形的映射并不是簡(jiǎn)單的事情，這就是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的科學(xué)計(jì)算可視化的研究課題。
科學(xué)計(jì)算可視化的根本目的是把由實(shí)驗(yàn)或數(shù)值計(jì)算獲得的大量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成人的視覺可以感受到的計(jì)算機(jī)圖象。利用圖象把大量抽象的數(shù)據(jù)有機(jī)的組織到一起，從而形象、生動(dòng)地展示數(shù)據(jù)所表示的內(nèi)容以及它們之間的相互關(guān)系，幫助人們直接把握復(fù)雜的全局，更好地發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識(shí)規(guī)律，擺脫復(fù)雜大量抽象數(shù)據(jù)的困惑。虛擬儀器中科學(xué)計(jì)算可視化的引入，將給人們展示出儀器的無(wú)限魅力，使儀器具備處理和分析大量復(fù)雜數(shù)據(jù)的能力。
5、面向?qū)ο蟮目梢暬幊?/p>
虛擬儀器是一個(gè)集成編程環(huán)境，用它人們可以很快地生成自己所需要的復(fù)雜儀器。所以虛擬儀器既要可編程又要操作簡(jiǎn)單，因而人們把面向?qū)ο蟮目梢暬瘓D形編程技術(shù)引入到虛擬儀器中來(lái)。在虛擬儀器中集成了許多功能強(qiáng)大的部件，這些部件用直觀的計(jì)算機(jī)圖形表示，每個(gè)部件都有相應(yīng)的可控屬性、操作和函數(shù)，人們只需把這些部件在計(jì)算機(jī)屏幕上布置好，設(shè)置好相應(yīng)的屬性，以及它與其他部件的連接關(guān)系，即可生成構(gòu)成相應(yīng)功能的儀器。
五、小結(jié)
虛擬儀器是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外剛剛起步的研究領(lǐng)域，許多高技術(shù)公司和研究所都看好這一市場(chǎng)應(yīng)用前景，紛紛投入大量的人力、物力和財(cái)力，加緊開發(fā)與研究。虛擬儀器是多媒體計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域，是多學(xué)科交叉、滲透的產(chǎn)物，其中濃縮了許多高、精、尖的科學(xué)技術(shù)。虛擬儀器不是儀器卻高于儀器，它大大縮短了新型儀器的開發(fā)周期，節(jié)省了儀器開發(fā)的費(fèi)用，它不僅是開發(fā)儀器的工具，而且也是進(jìn)行科學(xué)研究的有力手段。虛擬儀器是儀器計(jì)算機(jī)化的產(chǎn)物，是集成化儀器的基礎(chǔ)，是儀器行業(yè)的一場(chǎng)革命，它的研制與開發(fā)具有深遠(yuǎn)的意義。
智能控制試題:虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器相比有哪些有優(yōu)勢(shì)?
虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器相比有以下五種優(yōu)勢(shì)：
(1)融合計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的硬件資源，突破了傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示、存儲(chǔ)等方面的限制，大大增強(qiáng)了傳統(tǒng)儀器的功能。高性能處理器、高分辨率顯示器、大容量硬盤等已成為虛擬儀器的標(biāo)準(zhǔn)配置。
(2)利用了計(jì)算機(jī)豐富的軟件資源，實(shí)現(xiàn)了部分儀器硬件的軟件化，節(jié)省了物質(zhì)資源，增加了系統(tǒng)靈活性;通過(guò)軟件技術(shù)和相應(yīng)數(shù)值算法，實(shí)時(shí)、直接地對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行各種分析與處理;通過(guò)圖形用戶界
面(GUI)技術(shù)，真正做到界面友好、人機(jī)交互。
(3)基于計(jì)算機(jī)總線和模塊化儀器總線，儀器硬件實(shí)現(xiàn)了模塊化、系列化，大大縮小系統(tǒng)尺寸，可方便地構(gòu)建模塊化儀器(InstrumentonaCard)。
(4)基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和接口技術(shù)，VI系統(tǒng)具有方便、靈活的互聯(lián)(connectivity)，廣泛支持諸如CAN、FieldBus、PROFIBUS等各種工業(yè)總線標(biāo)準(zhǔn)。因此，利用VI技術(shù)可方便地構(gòu)建自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)(ATS，AutomaticTestSystem)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量、控制過(guò)程的網(wǎng)絡(luò)化。
(5)基于計(jì)算機(jī)的開放式標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)。虛擬儀器的硬、軟件都具有開放性、模塊化、可重復(fù)使用及互換性等特點(diǎn)。因此，用戶可根據(jù)自己的需要，選用不同廠家的產(chǎn)品，使儀器系統(tǒng)的開發(fā)更為靈活、效率更高，縮短了系統(tǒng)組建時(shí)間。
虛擬儀器在物理實(shí)驗(yàn)中與傳統(tǒng)儀器相比有哪些優(yōu)勢(shì)？
儀器還能有虛擬的嗎？以前我們見過(guò)的那些儀器都是實(shí)物，并且我們運(yùn)用它，那虛擬的東西我們?cè)趺礃尤ビ盟?？什么才叫做虛擬儀器？
虛擬儀器是依靠VXI、PXI等標(biāo)準(zhǔn)總線采用驅(qū)動(dòng)器使計(jì)算機(jī)有控制物理儀器設(shè)備的能力。虛擬儀器代表著從傳統(tǒng)硬件為主的測(cè)試系統(tǒng)到以軟件為中心的測(cè)試系統(tǒng)的根本性轉(zhuǎn)變。
也許大家對(duì)驅(qū)動(dòng)器這個(gè)概念不怎么陌生吧，在這里我稍作解釋。計(jì)算機(jī)在測(cè)試和自動(dòng)化領(lǐng)域中的應(yīng)用，導(dǎo)致了儀器“驅(qū)動(dòng)器”概念的誕生，驅(qū)動(dòng)器又稱驅(qū)動(dòng)程序。儀器驅(qū)動(dòng)器是介于計(jì)算機(jī)與儀器硬件設(shè)備之間的軟件中間層，由函數(shù)庫(kù)、實(shí)用程序、工具套件等組成，是一系列軟件代碼模塊的統(tǒng)稱。它駐留在計(jì)算機(jī)中，是連接計(jì)算機(jī)和儀器的橋梁和紐帶。
虛擬儀器和傳統(tǒng)的儀器比較有什么優(yōu)勢(shì)呢？
一、性能高
虛擬儀器技術(shù)是在PC技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，所以完全“繼承”了以現(xiàn)成即用的PC技術(shù)為主導(dǎo)的最新商業(yè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，包括功能超卓的處理器和文件I/O，使您在數(shù)據(jù)高速導(dǎo)入磁盤的同時(shí)就能實(shí)時(shí)地進(jìn)行復(fù)雜的分析。此外，不斷發(fā)展的因特網(wǎng)和越來(lái)越快的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使得虛擬儀器技術(shù)展現(xiàn)其更強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。
二、擴(kuò)展性強(qiáng)
NI的軟硬件工具使得工程師和科學(xué)家們不再圈囿于當(dāng)前的技術(shù)中。得益于NI軟件的靈活性，只需更新您的計(jì)算機(jī)或測(cè)量硬件，就能以最少的硬件投資和極少的、甚至無(wú)需軟件上的升級(jí)即可改進(jìn)您的整個(gè)系統(tǒng)。在利用最新科技的時(shí)候，您可以把它們集成到現(xiàn)有的測(cè)量設(shè)備，最終以較少的成本加速產(chǎn)品上市的時(shí)間。
三、開發(fā)時(shí)間少
在驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用兩個(gè)層面上，NI高效的軟件構(gòu)架能與計(jì)算機(jī)、儀器儀表和通訊方面的最新技術(shù)結(jié)合在一起。NI設(shè)計(jì)這一軟件構(gòu)架的初衷就是為了方便用戶的操作，同時(shí)還提供了靈活性和強(qiáng)大的功能，使您輕松地配置、創(chuàng)建、發(fā)布、維護(hù)和修改高性能、低成本的測(cè)量和控制解決方案。
四、無(wú)縫集成
虛擬儀器技術(shù)從本質(zhì)上說(shuō)是一個(gè)集成的軟硬件概念。隨著產(chǎn)品在功能上不斷地趨于復(fù)雜，工程師們通常需要集成多個(gè)測(cè)量設(shè)備來(lái)滿足完整的測(cè)試需求，而連接和集成這些不同設(shè)備總是要耗費(fèi)大量的時(shí)間。NI的虛擬儀器軟件平臺(tái)為所有的I/O設(shè)備提供了標(biāo)準(zhǔn)的接口，幫助用戶輕松地將多個(gè)測(cè)量設(shè)備集成到單個(gè)系統(tǒng)，減少了任務(wù)的復(fù)雜性。
虛擬儀器技術(shù)已成為測(cè)試、工業(yè)I/O和控制和產(chǎn)品設(shè)計(jì)的主流技術(shù)，隨著虛擬儀器技術(shù)的功能和性能已被不斷地提高，如今在許多應(yīng)用中它已成為傳統(tǒng)儀器的主要替代方式。隨著PC、半導(dǎo)體和軟件功能的進(jìn)一步更新，未來(lái)虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展將為測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供一個(gè)極佳的模式，并且使工程師們?cè)跍y(cè)量和控制方面得到強(qiáng)大功能和靈活性。
虛擬儀器就是利用電腦的強(qiáng)大功能，將儀器所要用到的數(shù)據(jù)處理功能及顯示功能放到電腦，由相關(guān)軟件進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。
1、節(jié)能
2、不怕?lián)p壞，成本低
3、可以大膽實(shí)驗(yàn)，不怕出事故
4、事故無(wú)害化
傳統(tǒng)儀器和虛擬儀器在構(gòu)成上有何不同
虛擬儀器是作為儀器核心；
傳統(tǒng)儀器是硬件作為儀器核心；
虛擬儀器用編程+電腦+采集信號(hào)的裝置。
虛擬儀器技術(shù)(Virtual instrument)就是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的來(lái)完成各種測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)化的應(yīng)用。自1986年問(wèn)世以來(lái)，世界各國(guó)的工程師和科學(xué)家們都已將NI LabVIEW圖形化開發(fā)工具用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期的各個(gè)環(huán)節(jié)，從而改善了產(chǎn)品質(zhì)量、縮短了產(chǎn)品投放市場(chǎng)的時(shí)間，并提高了產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)效率。使用集成化的虛擬儀器環(huán)境與現(xiàn)實(shí)世界的信號(hào)相連，分析數(shù)據(jù)以獲取實(shí)用信息，共享信息成果，有助于在較大范圍內(nèi)提高生產(chǎn)效率。虛擬儀器提供的各種工具能滿足我們?nèi)魏雾?xiàng)目需要。
什么是虛擬儀器 與傳統(tǒng)儀器區(qū)別
虛擬儀器的意思是指顯示界面全部由軟件代替，前端和傳統(tǒng)儀器是一樣的。
虛擬儀器和EDA一樣嗎？
肯定不一樣撒，虛擬儀器主要的編程語(yǔ)言是LabVIEW，而EDA的主要編程語(yǔ)言是Verilog HDL；
并且兩個(gè)針對(duì)的對(duì)象和實(shí)現(xiàn)的功能都相差甚遠(yuǎn)，豈能一樣
現(xiàn)在做虛擬儀器的有哪些廠家？
國(guó)外的NI公司，國(guó)內(nèi)的銀河電氣
根據(jù)概念創(chuàng)建者美國(guó)國(guó)家儀器公司（National Instruments）的定義，虛擬儀器（英語(yǔ)：Virtual instrumentation）技術(shù)就是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來(lái)完成各種測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)化的應(yīng)用。靈活高效的軟件能幫助您創(chuàng)建完全自定義的用戶界面，模塊化的硬件能方便地提供全方位的系統(tǒng)集成，標(biāo)準(zhǔn)的軟硬件平臺(tái)能滿足對(duì)同步和定時(shí)應(yīng)用的需求。只有同時(shí)擁有高效的軟件、模塊化I/O硬件和用于集成的軟硬件平臺(tái)這三大組成部分，才能充分發(fā)揮虛擬儀器技術(shù)性能高、擴(kuò)展性強(qiáng)、開發(fā)時(shí)間少，以及出色 的集成這四大優(yōu)勢(shì)。
虛擬儀器更多是注重在軟件方面，通過(guò)測(cè)控軟件，可以采集儀器的數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析處理和顯示等，充分利用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大計(jì)算功能。當(dāng)前虛擬儀器軟件發(fā)展方向是配置化、低代碼化，典型的代表國(guó)外有LabView、PathWave，國(guó)內(nèi)有格西測(cè)控大師等。
重慶分公司
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