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虚拟仪器技术或将开创新纪元

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摘要:虚拟仪器技术或将开创新纪元
虚拟仪器技术在不断发展和创新,纵观其20多年来的发展历程,我们可以看到,由于虚拟仪器技术是建立在商业可用技术的基础之上,因此它能够将新兴发展的科学技术都融合进来,使工程师能以最迅速和便捷的方式来享用,从而创建更高性能的测试系统。

仪器与测量技术和计算机技术的结合,不但大大提高了测量精确度与智能自动化水平,特别是计算机的硬件软化和软件模块化的虚拟仪器的迅猛发展,以及其与网络化系统资源程序的统一和优化性能配置,为仪器仪表的智能化水平的迅速提高,创造了越来越优越的条件。

在仪器仪表结构设计中,仪器厂家过去都是以源形式向用户提供智能虚拟仪器即插即用的仪器驱动器,为了简化最终用户的使用操作与开发过程,不断提高运行效率,以及编程质量和编程灵活性,相关仪器厂家在VXI即插即用的总线仪器驱动器标准的基础上作出了一套新的智能化仪器驱动软件规范,在虚拟仪器结构与性能上进行了下述多方面改进。

首先,考虑要兼顾用户的直观、易用与尽可能提高运行效率,并保持原来VXI总线即插即用标准的高层编程接口,以提供相同的功能函数调用格式。

其次,在最新Labwindows/CVI5.0内建的开发工具基础上,运用智能化手段,使智能虚拟仪器(IVI)的仪器驱动器,可以在人机交互作用下自动生成,这样既简化了大量编程工作量,又统一了驱动器的编程结构和风格,还大大方便了不同水平用户的使用和维护。

再次,应用一系列智能手法,识别、跟踪和管理所有各种仪器状态和设置,使用户能直接进入所有低层设置,并通过智能状态管理,使用户可根据需要,在“测试开发”和“正常运行”两种模式之间随意切换。在“测试开发”模式下,驱动器可智能自动化地完成一系列状态检查,以帮助发现各种编程错误。当程序调试正常投入使用后,用户即可切换到“正常运行”模式,以使驱动软件高速运行。这样既保证了仪器的安全性和可靠性,又可使软件随时投入高速运行,尽可能提高其运行效率。

另外,也由于采用了各种智能化方法,使驱动器可实现多线程同时安全运行,进行多线程并行测试;同时,驱动器还具有强大的仿真功能,可以在不连接实际仪器的情况下,开发测试程序。最后一个特点是驱动器运行只与测试功能相关,而与仪器采用的接口总线方式无关,只通过一个初始化函数InitwithOptions来区分仪器接口总线和地域的异用。

总之,由于虚拟仪器采用了一系列智能自动化手段,彻底改变了以往VXI总线即插即用标准仪器驱动器的运行效率低,编程的结构、风格不一致,编程困难,质量低,工作量大,使用、维护麻烦等等一系列缺陷,从而在高效、高质量、安全可靠、使用方便、灵活的条件下实现全面地统一运行,显示出智能自动化技术对虚拟仪器以至整个仪器仪表工业高速发展的深远影响。

虚拟仪器在生命科学领域的应用

虚拟仪器的特点虚拟仪器的基本特点是计算机参与测试,也就是集控制、计算、测量为一体,充分利用计算机资源,使硬件软件化,大大促进分析仪器多功能开发利用。测试速度快,在测试过程中,由于计算机参与使调整、纪录和数据处理以及显示和输出自动化,可以捕获高速瞬变信号水平;数据处理测量精度高,分析结果更为准确,性能好;仪器技术更新快,从某种意义上似乎可看作个人实验室(仪器),而且使用方便,灵活度有面向总线的接口,功能由用户自己定义,可方便地与网络、外设、应用等连接。以上特点更是生命科学和医药等研究中的分析仪器所面临的新技术的需要。

虚拟仪器在教学实验室的应用

对一些教学设备还不够现代化的实验室更是如此,同时可以远程教学。利用虚拟仪器建立开发平台,能大大促进教学实验改革的进程。目前分析仪器在生命、医药科学研究中应用越显重要,已成为分析仪器应用极为重要的领域。分子生物学的研究,血液的全分析,各类蛋白质结构测定,人类基因的测试,多种氨基酸的分析,药效药理分析,癌症前期诊断,各类诊断中的快速分析等,若是一台仪器只能有少数功能,甚至只给出一个结果,或者是测量误差甚大,这在应用中都是费时费力,其费用均不合算。

可利用虚拟仪器概念,将仪器硬件通用并使其开发技术趋于简单,而大幅度增加仪器软件的工作量,使仪器的价值,能力,开发难度,开发周期取决于或主要取决于软件,即所谓软件就是仪器,使生命科学、医学研究中的分析仪器分类化和组合化,网络化,并达到多功能,多结果,一机多用。硬件上小型化大众化,就象个人计算机一样。这在生命科学研究,临床诊断,药理药效研究上甚至农业大田化现场研究上都是可展望且又不会太远的前景。
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