虚拟仪器思想讨论

杂的预定任务。

4）公共软件平台的出现；这导致了开放性、多功能、复合仪器、集成仪器的发展成为可能[11~14]；传统的非虚拟仪器大都不具有虚拟仪器平台的广泛开放性，这使得人们一方面可以更加广泛利用全部虚拟仪器资源，带来了工作的灵活性和极大的便利，另一方面，可以利用这些开放性进行组合，合成各种具有独特目标功能和价值的专用仪器系统，达到以通用技术获得专用效果的目的。

例如，可以在通用数据采集系统的公共软件平台上使用软件模块，构造出“数字电压表”、“数字存储示波器”、“相位计”、“失真度仪”、“频谱分析仪”、“频率计数器”等多种虚拟仪器，形成具有强大测量分析功能的“集成仪器系统”。而同样可以在D/A转换卡的公共软件上使用软件模块，构造出“正弦信号发生器”、“方波”、“三角波”、“调幅”、“调频”、“调相”、“直流”等多种信号源类虚拟仪器，它们也将形成以硬件同一性为特征的“集成信号源”系统供使用者选择。

5）与计算机平台技术紧密结合、共同发展；导致了仪器性能伴随计算机技术的飞速发展而水涨船高，同时使得网络化仪器和超越时空仪器的发展成为现实。网络化的虚拟仪器有可能与目前的仪器模式截然不同，它可能只是跨越时间和空间的一个技术存在而已，使人们无法确切表述其尺寸、重量、放置场所等经典的仪器信息。目前已经有的需求和应用，诸如远程教育，已经在提出并筹划的如远程网络化计量校准和溯源，都属于这个方向上的进展[15,16]。

6）软件仪器模块作为独立仪器模块成为可能；可望造成软件仪器模块与硬件仪器模块技术分离，并分别独立发展，不同部分的模块有望可以任意组合，相同功能的模块有望达到无条件互换。IVI (Interchangeable Virtual Instrument)基金会制定的VPP(VXI Plug Play)规范，应该属于这方面的工作和技术进展。

7）标准化仪器序列的出现；具有相同功能、共用公共硬件平台、仅由软件不同而形成的虚拟仪器系列将出现，它们可以强调实时性、精度、速度、复杂性等不同特征，分别应用于测试、控制、校准、实验等不同工作中；例如相位计虚拟仪器模块，可使用过零检测求取时间差法，可使用相关分析法，可使用正交分解法，也可使用曲线拟合法等多种方法来实现；它们之中，可以有实时性最好的模块，有准确度最高的模块，有适应性最广的模块等不同特征；可以有适合闭环控制用、计量校准用、一般工程测量用等多种不同应用场合和要求。可以按照不同的要求特点排序分类形成系列供应用者选择。从根本上说，同系列中功能相同而方法不同的软件模块，理所当然地应视为不同的仪器模块。

具有不同功能、共用公共硬件平台、仅由软件不同而形成的虚拟仪器系列将出现，它们可以强调参数多样性、系统性、复杂性等不同特征，组成集成仪器系统，达到以少量硬件资源，完成多种任务的目的。

8）测量难题的解决和测量能力的扩展；例如，Agilent公司的N5530系列测量接收机，其调幅、调频、调相信号测量误差限分别为1%、1%和2%，是目前测量行业里指标最高的调制信号解调仪器，校准溯源极为困难，但使用虚拟仪器方式，以波形测量方法进行数字化解调，完全可以获得更高的测量准确度，并有望最终解决其校准溯源问题，将调制参数溯源到具有更高准确度的幅度和时间参量上。例如，目前计量行业中，正弦信号总失真度的测量多数在200kHz以下进行，超出这个范围的仪器设备很难找到，只能使用频谱分析仪进行，过程烦琐且误差较大。而使用虚拟仪器，则可以很容易在相当宽的频率范围内进行失真度的测量。

9）智能化仪器成为可能。总体说来，仪器的智能化发展主要应体现出其测量的柔性、鲁棒性、自适应性、全面性、多样性诸方面，软件模型在这些方面的表现要远优于硬件技术，并且为这些技术在机器人、无人飞行器等行业和领域的广泛应用提供了技术可能。

10）不确定度评定。测量结果的不确定度给出问题，一直是测量行业的一个基本问题，在非虚拟仪器条件下，它的给出极为困难，而虚拟仪器有着智能化和软件模型化特点，在已知硬件极限参数和执行参量这些基本的边界条件下，其软件模型参数的不确定度可望已知，并有希望在测量结果给出的同时，给出其不确定度，这也应该是虚拟仪器的一个发展方向。至少在计量校准行业和社会公用计量标准中，它有着广泛的需求空间。

4 虚拟仪器的缺点与不足

与传统仪器相比，虚拟仪器仍然有一些不足，总结如下：

1）实时性较差；由于需要使用算法模型，导致量化采样成为虚拟仪器的必须环节，使得虚拟仪器给出测量结果需要更多的