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仪器的概念和特征

 

综观目前国内外虚拟仪器 ,其中广泛地应用了以下技术 : 1 系统集成和总线技术 一种情况是 ,将仪器仪表设计成为PC机的I/O插卡 ,直接插入计算机的I/O扩 展槽中 ,这样可将不同仪器仪表集成于一个系统 ,大大降低成本 .典型的系统是以 PC机为基本框架平台 ,将存储器、逻辑分析仪、任意函数发生器、数字万用表、 频率计以及各种类型的专用器件、仪器等针对要求进行功能取舍和优化而集成为一 块块的仪器插卡 ,直接插入PC机的I/O扩展槽中 ,由此而组成具有多种功能的 集成化仪器仪表 .所有的这些仪器插卡均在符合统一标准的软件支持下操作 ,共享 计算机资源 .另一种则是做成具有总线结构的测试仪器的主机板 ,在总线底板插槽 上插入模拟量输入 /输出、数字量输入 /输出、频率或脉冲量输入 /输出等功能插 件 ,可组成具有不同规模和功能的测试系统 ,测控机箱与计算机通过互连总线相连 ,各测试设备与计算机网络通过现场总线相连 ,从而构成一个自动测控系统 .总线 技术在虚拟仪器中得以广泛应用 ,如在控制系统机箱底板中 ,通常采用总线标准有 :STD总线、CAMAC总线和ISA总线 (现已处于逐渐淘汰状态 );PCI 、CompactPCI、PXI总线 ;VXI总线等 .测控机箱与计算机的互连 的总线有并行总线 (如IEEE488通用接口总线和ANSIX3 3 1 - 1 986S CSI总线、MXI总线 ),串行总线 (如RS - 2 3 2C、RS - 485、USB 和IEEE1 3 94总线 )等 .

2 滤波技术 从测试现场采集到的信号中包含有对数据处理有用的信号、无用信号和噪声 ,滤波 的目的是从信号中提取有用的信号 .在自动测控仪器系统中滤波器广泛地采用了模 拟和数字滤波两种形式 . 模拟滤波器是一种选频装置 ,可使信号中指定的频率成分通过 ,其他频率成分被衰 减 .模拟滤波器可分为有源和无源滤波两种 ,无源滤波器结构简单 ,但在多级使用 时 ,由于级间耦合的影响 ,效果差 ,信号幅值逐级减弱 ,因此 ,对于电压、电骶鵟n较小的测试信号 ,使用有源滤波器效果较好 .数字滤波指的是通过一定的计算机等 程序减少干扰的比重 ,提高信号 /干扰比 .一般可分为时域滤波和频域滤波 .常采 用的滤波方法有限幅滤波、中值滤波、算术平均滤波、去极值平均滤波、加权平均 滤波、递推平均滤波和低通滤波等 .中值滤波的应用非常广泛 ,它是对某一种被测 参数进行若干次采样 ,然后将这些采样进行排序 ,选取中间位置的采样值为有效值 ,其特点是在滤除随机脉冲噪声的同时 ,能较好地保护信号细节,为了满足系统快 速性的要求 ,人们又提出了快速中值滤波的算法.为解决信号的非平均性 ,人们提 出了自适应滤波法,它是根据信号的特征 ,自动调整滤波器的结构 ,直接从原始输 入信号出发进行滤波 . 3 无纸记录数据压缩技术 由于测量过程中有大量的信息 ,如何以最少的数据记录最大的信息量 ,是个人仪器 系统设计中一个重要的问题 ,甚至是致命性的问题 .在虚拟仪器中 ,由于计算机和 存储设备的使用 ,可实现无纸记录 ,具有存储再现功能 . 4 数据处理技术 对采集数据的处理不仅仅是作常规的分析计算 ,而且包括特征参数的提取 .这些技 术的实现大多依赖于具体问题的具体算法 .现代虚拟仪器大多带有简单的“专家系 统” ,可以实时作出诊断. 5 中断技术 由于测试中许多数据的采集需实时进行 ,故在虚拟仪器中广泛采用中断技术以满足 各种实时测量的要求 .在某些专用测量仪器中 ,需周期性定时采集某些信号量 ,因 此 ,定时中断技术得到了广泛运用 . 6 通道和虚拟通道技术 通道是一种专用处理部件 ,它能控制一台或多台外设工作 ,负责外部设备和主存之 间的信息传输 ,它一旦被启动就能独立于CPU和通道并行操作 ,而且CPU和各 种外部设备也能并行操作 .早期的PC测试系统中广泛采用通道技术 ,随着PC机 性能不断提高 ,可编程器件的发展 ,特别是CPU性能的提高 ,软件技术的发展 ,越来越多地采用虚拟通道技术 ,即由主CPU承担原来通道技术中专用处理部件 的部分功能 ,由CPU和外部可编程器共同构成虚拟通道 ,这样使自动测试系统的 硬件结构进一步得到简化 . 7 多道程序设计技术 所谓多道程序就是在内存中同时存放着几道用户程序 ,系统为每道程序提供独立的 工作环境 ,即独立的存储空间、独立的文件和其它的系统资源 ,以防止应用程序间 的相互影响 ,并控制各道同步或异步运行 ,从而有效地处理多个随机事件 . 8 交互式技术 PC机是一典型的交互式计算机 ,因此基于PC的虚拟仪器一般具有交互性 ,以便 于人工干预测试过程 ,使测试过程更具有灵活性 . 9 屏幕管理技术 多窗口图形界面 ,图形表格输出 ,可直观操作和读数 . 1 0 网络通信技术 虚拟仪器作为网络的一个结点接入网络 ,以便上一级管理计算机的统一控制 ,同时 利用网络通信技术可发展成为虚拟实验室或实验中心

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