虛擬儀器思想述評

　　8）測量難題的解決和測量能力的擴展；例如，Agilent公司的N5530系列測量接收機，其調幅、調頻、調相信號測量誤差限分別為1%、1%和2%，是目前測量行業里指標最高的調制信號解調儀器，校準溯源極為困難，但使用虛擬儀器方式，以波形測量方法進行數字化解調，完全可以獲得更高的測量準確度，并有望最終解決其校準溯源問題，將調制參數溯源到具有更高準確度的幅度和時間參量上。例如，目前計量行業中，正弦信號總失真度的測量多數在200kHz以下進行，超出這個范圍的儀器設備很難找到，只能使用頻譜分析儀進行，過程煩瑣且誤差較大。而使用虛擬儀器，則可以很容易在相當寬的頻率范圍內進行失真度的測量。

　　9）智能化儀器成為可能。總體說來，儀器的智能化發展主要應體現出其測量的柔性、魯棒性、自適應性、全面性、多樣性諸方面，軟件模型在這些方面的表現要遠優于硬件技術，并且為這些技術在機器人、無人飛行器等行業和領域的廣泛應用提供了技術可能。

　　10）不確定度評定。測量結果的不確定度給出問題，一直是測量行業的一個基本問題，在非虛擬儀器條件下，它的給出極為困難，而虛擬儀器有著智能化和軟件模型化特點，在已知硬件極限參數和執行參量這些基本的邊界條件下，其軟件模型參數的不確定度可望已知，并有希望在測量結果給出的同時，給出其不確定度，這也應該是虛擬儀器的一個發展方向。至少在計量校準行業和社會公用計量標準中，它有著廣泛的需求空間。

4 虛擬儀器的缺點與不足

　　與傳統儀器相比，虛擬儀器仍然有一些不足，總結如下：

　　1）實時性較差；由于需要使用算法模型，導致量化采樣成為虛擬儀器的必須環節，使得虛擬儀器給出測量結果需要更多的時間，軟件模型的適應性犧牲了其實時性，致使目前的虛擬儀器多集中在比較低的頻率范圍內使用，射頻、微波類儀器設備較少。解決方法之一便是借助于DSP技術、FPGA技術、ARM技術等將軟件硬件化，提高其實時性。

　　2）量化誤差的影響不可避免；由于借助于數字化技術，基于A/D或D/A平臺，量化誤差屬于客觀存在，將對測量結果造成影響。其穩定性和準確度也受到限制，無法達到很高水平，導致其在工程應用中通常達不到特別高的測量準確度，多數限于一般工程應用。解決的方法是借助于模型化測量方式，以模型參數給出測量結果，這將降低測量速度，從而犧牲實時性，而量化效應的影響仍然存在。
　
　　3）構成虛擬儀器的核心――軟件算法的專門研究缺乏；包括算法模型的收斂性、使用邊界條件、與實際工程問題的符合程度等等。解決方式是開展虛擬儀器各種算法模型研究，研制標準化軟件儀器模塊。

　　4）虛擬儀器屬于間接測量原理；其儀器指標與其硬件平臺指標有較大差異，用戶容易混淆其中的差別，導致指標提法和應用的混亂狀況；解決方式是同時給出硬件平臺指標和虛擬儀器指標參數。

　　5）由用戶自己定義和研制的虛擬儀器缺乏指標和全面系統的性能考核。絕大多數虛擬儀器用戶沒有儀器設計和制造的專業知識與經驗，因而在虛擬儀器研制時，缺乏確定儀器指標的經驗和技術，對于量值溯源校準缺乏意識。解決方式是可以加強該方面的研究和方法規范，使之成為行業標準。

　　6）單臺儀器系統操作復雜、不夠直觀。典型的虛擬儀器系統都離不開電子計算機，它們通常沒有獨立自主的硬件面板和按鍵旋鈕等，需要借助于儀器硬件平臺和計算機軟件平臺，以軟件系統執行測量操作；因而當完成簡單的任務時，比非虛擬儀器的臺式儀器復雜和不夠直觀。解決的方法是可以將一部分虛擬儀器模塊技術與計算機技術相融合，研制成即插即用（plug play）形式儀器模塊以降低其操作、安裝的復雜性。

5 結論

　　綜上所述，虛擬儀器的表述盡管有多種多樣的提法和特征，但其根本思想是以軟件模型算法代替儀器測量原理，將物理世界中的信號變換、處理功能轉換到數字世界，以軟件模型對數據信息特征的提取來實現。結合電子計算機技術的巨大優勢和潛力，為人們帶來了前所未有的便利和發展空間。