虛擬儀器是基于計算機的測試、測量儀器。所以，它的構(gòu)成中必然包括硬件模塊和軟件模塊兩個部分。圖1－5給出了早期虛擬儀器的基本構(gòu)成（主要體現(xiàn)在儀器控制應(yīng)用），在現(xiàn)代自動化測試系統(tǒng)中我們依然可以看到這種構(gòu)成模式。其實，虛擬儀器的構(gòu)成本身是多 樣化和十分靈活的，并不局限與某種特定的模式上面。然而，隨著現(xiàn)代虛擬儀器技術(shù)的不斷發(fā)展，更多的虛擬儀器應(yīng)用實例往往是采用下面的基本形式，參見下圖。圖 1－8 虛擬儀器基本構(gòu)成從上圖中可以看出，現(xiàn)代虛擬儀器的基本構(gòu)成可簡單的劃分為三個部分：傳感器、多功能數(shù)據(jù)采集模塊（構(gòu)成虛擬儀器的硬件）、商業(yè)化計算機平臺（運行虛擬儀器應(yīng)用軟件）。

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1.2.1 傳感器

大家知道，自然界中許多物理量，比如聲壓、光強、溫度、壓力、流量、應(yīng)力等等是電子測量儀器無法直接感知的。因為電子測量儀器通常只能夠識別電壓、電流信 號或者是頻率信號，這些被稱為電信號。為了將這些物理量轉(zhuǎn)換成為電子測量儀器能夠感知的電信號，則需要一種物理量變換元件——傳感器。傳感器可以將一種物理量變換成為另一種物理量，其變換系數(shù)可視為常數(shù)。例如：我們通過麥克風(fēng)可以將聲音變?yōu)殡娦盘枺ㄟ^熱電偶可以將溫度變?yōu)殡娦盘?。這樣通過測量傳感器的輸出電信號就可以間接實現(xiàn)對原物理量的測量。在工程測量過程中，傳感器已經(jīng)成為虛擬儀器中的一個重要組成部分，所以它的性能好壞將決定整個虛擬儀器的測量特性的好壞。構(gòu)建虛擬儀器時，選擇變換性能穩(wěn)定的傳感器這點尤為重要。例如：傳感器最重要的技術(shù)指標之一，靈敏度。因靈敏度這個指標反映了輸入變化引起輸出變化之間的 某種特定的函數(shù)關(guān)系。所以對傳感器靈敏度這個指標，我們期待它長期穩(wěn)定不變，并不受溫度等外界環(huán)境變化的影響。這不僅可以保證虛擬儀器的測量準確度，同時 也可以解決傳感器需要經(jīng)常標定或校準的問題。因為傳感器的標定或校準，并不是所有實驗室都可以做得到的，通常只有專業(yè)實驗室才可以做到這點。目前傳感器已經(jīng)發(fā)展到智能化傳感器階段。所謂智能化傳感器就是指：采用IEEE－1451標準的傳感器。這種傳感器在內(nèi)部提供了一個傳感器電子數(shù)據(jù)表（TEDS），在使用時隨時可以提供給用戶。該表中紀錄了傳感器制造商的有關(guān)信息和傳感器的校準數(shù)據(jù)等信息。NI許多數(shù)據(jù)采集卡已經(jīng)開始支持對TEDS數(shù)據(jù)的訪問功能。

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1.2.2 數(shù)據(jù)采集模塊

傳感器實現(xiàn)了將物理信號變換成為電信號?？墒蔷陀嬎銠C而言，它同樣是無法直接識別來自傳感器輸出的電信號。而要想實現(xiàn)基于計算機的測試測量，就必須將電信號轉(zhuǎn)換為計算機能夠識別的數(shù)字信號。這個任務(wù)通常由模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）來完成。數(shù)據(jù)采集模塊中包含了功能各異的模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及其它部件。NI公司也是一個數(shù)據(jù)采集模塊的專業(yè)制造商，它提供了品種眾多、性能各異的數(shù)據(jù)采集模塊。數(shù)據(jù)采集模塊有多種分類的方式，比如按平臺、按總線、按輸入通道數(shù)、按模數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)、按采樣速率、按同步或非同步測量、按動態(tài)非動態(tài)、按被測物理量等等。這些數(shù)據(jù)采集模塊基本上可以滿足工程項目中幾乎所有物理量的采集。同時NI公司也提供了數(shù)據(jù)采集模塊的驅(qū)動軟件。這種數(shù)據(jù)采集模塊與驅(qū)動軟件來自同一個公 司的模式可以確保實現(xiàn)軟、硬件的無縫連接。這也為虛擬儀器的設(shè)計和開發(fā)提供了多樣化的選擇和最有效技術(shù)上的支持與保證。總之，選擇適合的數(shù)據(jù)采集模塊是工程應(yīng)用中非常重要的一個環(huán)節(jié)，這里給出選擇時需要注意的幾個基本原則：最好選用NI的數(shù)據(jù)采集模塊，因為它與NI的整個軟件系統(tǒng)是無縫連接的根據(jù)測量項目的需求確定總線（或平臺）模式根據(jù)信號分析的實時性確定是同步還是非同步卡根據(jù)信號分析所需的最高頻率確定采集卡的采樣速率根據(jù)測量準確度要求確定數(shù)據(jù)采集卡的位數(shù)虛擬儀器的構(gòu)成是多樣化和十分靈活的，所以對數(shù)據(jù)采集模塊本身做更全面、細致的了解是十分必要的。這些需要在實踐中不斷進行總結(jié)和體會，只有這樣才能夠選擇確定虛擬儀器最佳的硬件系統(tǒng)。

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1.2.3 商業(yè)化計算機平臺

顯然，在虛擬儀器的構(gòu)成中，商業(yè)計算機是一個極其重要的組成部分。因為它是虛擬儀器應(yīng)用程序的運行環(huán)境（目前還不涉及到虛擬儀器的設(shè)計開發(fā)）。之所以強調(diào) 計算機為商業(yè)計算機，是因為無論LabVIEW開發(fā)環(huán)境還是它所開發(fā)的應(yīng)用程序都需要在現(xiàn)代操作系統(tǒng)支持下才能夠運行。就目前計算機的發(fā)展水平，幾乎所有的商業(yè)計算機都能夠滿足虛擬儀器的運行條件。但是由于NI對Windows操作系統(tǒng)支持力度最大（Windows平臺下的工具包最多）。所以最好還是選用Windows操作系統(tǒng)的計算機。隨著計算機價格的不斷下降、性能的不斷提高，使我們有了更多的可選擇余地，但也要相應(yīng)的注意一些可能存在的問題：盡管一體機已經(jīng)成為主流的計算機，但因為它們已經(jīng)取消了PCI插槽，所以只適合選擇使用基于Ethernet、USB、WiFI接口的數(shù)據(jù)采集模塊。此類計算機如果作為儀器控制來用應(yīng)該沒有太多的限制。筆記本電腦與Ethernet、USB及WiFi數(shù)據(jù)采集卡相配合應(yīng)該更適于現(xiàn)場便攜式測量，并且C系列模塊的功能相當豐富可選擇的余地也非常大。上網(wǎng)本或者是平板計算機如果是使用Windows操作系統(tǒng)應(yīng)該沒有問題，與Ethernet、USB及WiFi數(shù)據(jù)采集卡相配合做現(xiàn)場便攜式測量。圖 1－9 全球最小的超便攜式電腦（OQO 03）在我的記憶中，1987年我們所使用的IBM電腦，主頻：4.77MHz、內(nèi)存640KB、5.25"軟盤驅(qū)動器x2、硬盤10MB；PC-DOS 3.1操作系統(tǒng)。對于計算機的發(fā)展速度有人曾用這樣的方式類比過：“如果汽車能趕上計算機的發(fā)展周期的話，一輛今天的勞斯萊斯僅值100美元，每加侖要跑100萬英里，每年還得爆炸一次，把里面的人殺個精光”。這話雖然偏激并難以理解，但它足以反映計算機發(fā)展速度的影響。

關(guān)鍵詞： 虛擬儀器測量儀