第九章 自动检测的共性技术及新发展

1、近年来，随着计算机技术、信号处理技术和通信近年来，随着计算机技术、信号处理技术和通信技术的发展和应用，使得自动检测系统和仪表的功能技术的发展和应用，使得自动检测系统和仪表的功能得到很大的提升，性能指标得到很大的提高。得到很大的提升，性能指标得到很大的提高。多传感器数据融合及软测量技术多传感器数据融合及软测量技术介绍介绍误差修正技术误差修正技术MEMSMEMS技术及其微型传感器技术及其微型传感器虚拟仪器虚拟仪器无线传感器网络无线传感器网络教学目的：教学目的：理解：理解：虚拟仪器的结构及软件开发平台；虚拟仪器的结构及软件开发平台；了解：了解：误差修正技术；网络化智能传感器及误差修正技术；网络化智能

2、传感器及软测量技术。软测量技术。重点：重点：虚拟仪器平台的应用。虚拟仪器平台的应用。9.1 9.1 误差修正技术误差修正技术9.2 9.2 MEMSMEMS技术与微型传感器技术与微型传感器9.3 9.3 虚拟仪器虚拟仪器9.4 9.4 无线传感器网络无线传感器网络9.5 9.5 多传感器数据融合多传感器数据融合9.6 9.6 软测量技术软测量技术 9.1 误差修正技术9.1.1 9.1.1 系统误差的数字修正方法系统误差的数字修正方法9.1.2 9.1.2 随机误差的数字滤波方法随机误差的数字滤波方法9.1.3 9.1.3 动态补偿方法动态补偿方法 误差来源有以下几方面：检测系统本身的误差检测

3、系统本身的误差(a)(a)工作原理上，如传感器或电路的非线性的输入、输出关系；工作原理上，如传感器或电路的非线性的输入、输出关系；(b)(b)机械结构上，如阻尼比太小等；机械结构上，如阻尼比太小等；(c)(c)制造工艺上，如加工精度不高，贴片不准，装配偏差等；制造工艺上，如加工精度不高，贴片不准，装配偏差等；(d)(d)功能材料上，如热胀冷缩，迟滞，非线性等。功能材料上，如热胀冷缩，迟滞，非线性等。外界环境影响外界环境影响例如，温度，压力和湿度等的影响。例如，温度，压力和湿度等的影响。人为因素人为因素操作人员在使用仪表之前，没有调零、校正；读数误差等。操作人员在使用仪表之前，没有调零、校正；读

4、数误差等。误差分类：从时间角度，把误差分为静态误差和动态误差。从时间角度，把误差分为静态误差和动态误差。静态误差静态误差包括通常所说的系统误差和随机误差。其中，系统包括通常所说的系统误差和随机误差。其中，系统误差是指在相同条件下，多次测量同一量时，其大小和符号误差是指在相同条件下，多次测量同一量时，其大小和符号保持不变或按一定规律变化的误差。保持不变或按一定规律变化的误差。动态误差动态误差是指检测系统输入与输出信号之间的差异。由于产是指检测系统输入与输出信号之间的差异。由于产生动态误差的原因不同，动态误差又可分为第一类和第二类。生动态误差的原因不同，动态误差又可分为第一类和第二类。第一类动态误

5、差：第一类动态误差：因检测系统中各环节存在惯性、阻尼及非线因检测系统中各环节存在惯性、阻尼及非线性等原因，动态测试时造成的误差。性等原因，动态测试时造成的误差。第二类误差：第二类误差：因各种随时间改变的干扰信号所引起的动态误差因各种随时间改变的干扰信号所引起的动态误差。针对不同的误差，有不同的修正方法；就是对同一误差，针对不同的误差，有不同的修正方法；就是对同一误差，也有多种修正方法。也有多种修正方法。 9.1.1 系统误差的数字修正方法1. 1. 利用校正曲线修正系统误差利用校正曲线修正系统误差 2 2用神经网络修正系统误差用神经网络修正系统误差3 3非线性特性的校正方法非线性特性的校正方法

6、 1.利用校正曲线修正系统误差通过实验校准通过实验校准( (或称标定或称标定) )来获得系统的校准曲线来获得系统的校准曲线( (输入、输入、输出关系曲线输出关系曲线) )。校准校准：在标准状况下，利用一定等级的标准设备，为系统：在标准状况下，利用一定等级的标准设备，为系统提供标准的输入量，测试系统的输出。提供标准的输入量，测试系统的输出。在整个量程范围内，选多点测试；在每个点上，测试多次，在整个量程范围内，选多点测试；在每个点上，测试多次，由此得出系统的输入、输出数据，列成表格或绘出曲线。由此得出系统的输入、输出数据，列成表格或绘出曲线。将曲线上各校准点的数据存入存储器的校准表格中，在实将曲线

7、上各校准点的数据存入存储器的校准表格中，在实际测量时，测一个值，就到微处理器去访问这个地址，读际测量时，测一个值，就到微处理器去访问这个地址，读出其内容，即为被测量经修正过的值。出其内容，即为被测量经修正过的值。内插方法对于值介于两个校准点与之间时，可以按最邻近的一个值对于值介于两个校准点与之间时，可以按最邻近的一个值去查找对应的值，作为最后的结果。这个结果带有误差。去查找对应的值，作为最后的结果。这个结果带有误差。此时，可以利用此时，可以利用 ( (分段直线拟合分段直线拟合) )来提高准确度。校准点来提高准确度。校准点之间的内插，最简单的是线性内插。之间的内插，最简单的是线性内插。当取当取)

8、()()(11iiiiyyyyxxxx1iiyyy2用神经网络修正系统误差 传感器模型传感器模型 )(txfz；Tktttt),.,(21环环 境境 参参 数数 )(1tzfx；)(tzz；误差修正模型的输出误差修正模型的输出 )()(1tzftz；xtzftzz)()(1；即误差修正模型的输出即误差修正模型的输出z z与被测非电量与被测非电量x x成线性关系成线性关系, ,且与各环境参数无关。且与各环境参数无关。只要使误差修正模型只要使误差修正模型即可实现传感器静态误差的综合修正。即可实现传感器静态误差的综合修正。)()(1tzftz；(9(91 12)2) ，通常传感器模型及其反函数是复杂

9、的，难以用数学式子描述。通常传感器模型及其反函数是复杂的，难以用数学式子描述。但是，可以通过实验测得传感器的实验数据集但是，可以通过实验测得传感器的实验数据集 ：TkiiiikiittttniRztx),.,(,.,2 , 1)(212：；根据前向神经网络具有很强的输入、输出非线性映射能力的特点，根据前向神经网络具有很强的输入、输出非线性映射能力的特点，以实验数据集的以实验数据集的 和和 为输入样本，及对应的为输入样本，及对应的 为输出样本，为输出样本，对神经网络进行训练，使神经网络逐步调节各个权值自动实现。对神经网络进行训练，使神经网络逐步调节各个权值自动实现。 ixizit归一化处理因神经

10、网络学习时，加在输入端的数据太大，会使神经元因神经网络学习时，加在输入端的数据太大，会使神经元节点迅速进入饱和，导致网络出现麻痹现象。此外，由于节点迅速进入饱和，导致网络出现麻痹现象。此外，由于在神经网络中采用在神经网络中采用S S型函数，输出范围为型函数，输出范围为(0(0，1)1)，且很难，且很难达到达到0 0或或1 1。故在学习之前，应对数据进行归一化处理。故在学习之前，应对数据进行归一化处理。)/()(minmaxminiiiiiDDDDD05. 0)/()(9 . 0minmaxminoooooDDDDD(913) (914) 式中，式中，D Di i、D Do o分别是欲作为神经网

11、络输入、输出样本的原始数据分别是欲作为神经网络输入、输出样本的原始数据 建立神经网络误差修正模型的步骤：取传感器原始实验数据。取传感器原始实验数据。由式由式(9.1.3)(9.1.3)变换原始数据和式变换原始数据和式(9.1.4)(9.1.4)变换原始数变换原始数据，得训练神经网络的输入、输出样本对。据，得训练神经网络的输入、输出样本对。确定神经网络输入、输出端数量、各层节点数、学确定神经网络输入、输出端数量、各层节点数、学习率和动量因子的值。网络输入端数量与输入层节习率和动量因子的值。网络输入端数量与输入层节点数量相同，等于环境参数个数加点数量相同，等于环境参数个数加1 1。输出端数量。输出

12、端数量与输出层节点数均为与输出层节点数均为1 1。隐层节点数根据被测非电。隐层节点数根据被测非电量、环境参数及传感器输出之间的关系的复杂程度量、环境参数及传感器输出之间的关系的复杂程度而定，关系复杂取多些，反之取少些。学习率和动而定，关系复杂取多些，反之取少些。学习率和动量因子的值一般取量因子的值一般取0 01 1。训练神经网络得到误差修正模型。训练神经网络得到误差修正模型。3非线性特性的校正方法传感器和自动检测系统的非线性误差传感器和自动检测系统的非线性误差( (或称线性度或称线性度) )是一种是一种系统误差，是用其输入、输出特性曲线与拟合直线之间最系统误差，是用其输入、输出特性曲线与拟合直

13、线之间最大偏差与其满量程输出之比来定义的。大偏差与其满量程输出之比来定义的。拟合直线：拟合直线：依据若干实验数据，利用一定的数学方法得到依据若干实验数据，利用一定的数学方法得到的直线。当采用的数学方法不同时，拟合直线不同，以此的直线。当采用的数学方法不同时，拟合直线不同，以此为基准得出的线性度也不同。为基准得出的线性度也不同。输入输入 、输出关系呈线性的优点、输出关系呈线性的优点：可用线性叠加原理，分析、计算方便；可用线性叠加原理，分析、计算方便；输出信号的处理方便，只要知道输出量的起始值和满量程值，就可输出信号的处理方便，只要知道输出量的起始值和满量程值，就可确定其余的输出值，刻度盘可按线性

14、刻度；确定其余的输出值，刻度盘可按线性刻度；在工业过程控制中常用的电动单元组合仪表，由于单元之间用标准在工业过程控制中常用的电动单元组合仪表，由于单元之间用标准信号联系，要求仪表具有线性特性。信号联系，要求仪表具有线性特性。非线性校正方法非线性校正方法很多，例如：非线性校正方法很多，例如：利用校准曲线用查表法作修正；利用校准曲线用查表法作修正；利用分段折线法进行校正；利用分段折线法进行校正；用整段高次多项式近似。用整段高次多项式近似。神经网络的方法。神经网络的方法。(1) 整段校正法整段校正法也称整段多项式近似法，其核心问题整段校正法也称整段多项式近似法，其核心问题是多项式的生成，即直接利用非

15、线性方程进行校是多项式的生成，即直接利用非线性方程进行校正。正。由标定传感器所得到的实测数据来推出反映输入、由标定传感器所得到的实测数据来推出反映输入、输出关系的多项式，并要求这个多项式的次数尽输出关系的多项式，并要求这个多项式的次数尽量低、与实际特性的误差尽量小。这实质上是个量低、与实际特性的误差尽量小。这实质上是个曲线拟合问题。曲线拟合问题。最小二乘意义下的多项式拟合对于对实验数据对于对实验数据 ),(),.,(),(2211nnyxyxyx12321.)(mmxaxaxaaxP)(nm min)(12niiiyxP使得使得 构造多项式构造多项式 根据最小二乘原理，要使根据最小二乘原理，要

16、使为最小，按通常求极值的方法，为最小，按通常求极值的方法，取对取对ai的偏导数，并令其为零，得到正则方程组，解出的偏导数，并令其为零，得到正则方程组，解出a ai i在实际修正中，预先把方程的系数存在存储器中。在实际修正中，预先把方程的系数存在存储器中。单片机进行校正时，将测量值与存储器中的系数进行运算，单片机进行校正时，将测量值与存储器中的系数进行运算，就可获得实际被测量。就可获得实际被测量。 (2) 神经网络校正法传感器的静态输入、输出特性可用一个多项式表示传感器的静态输入、输出特性可用一个多项式表示 .54332210oipiiiixxkxxkxkxkxkky可简化为可简化为 33221

17、0iiixkxkxkky实际应用中往往需要根据所得的输出量实际应用中往往需要根据所得的输出量y y，求出输入非电量，求出输入非电量x xi i。而由而由y y表示的表示的x xi i表达式为表达式为332210ykykykkxi通过静态标定，事先得到一组传感器的输入、输出数据，通过静态标定，事先得到一组传感器的输入、输出数据，然后用函数联接型神经网络，通过迭代得到然后用函数联接型神经网络，通过迭代得到 这些系数。这些系数。ik利用输入数据集利用输入数据集( ) ( ) 和输出和输出y yi i，经神经网络的学习算法，经神经网络的学习算法不断调整权值不断调整权值W Wn n(n(n=0,1,2,

18、3)=0,1,2,3)。32, 1iiixxx估计输出为估计输出为30)()(nnniikWxky误差为误差为 )()()(kykykeiii权值调整为权值调整为 niiiiixkekWkW)()() 1(第第i i个输入数据的期望输出、估计输出个输入数据的期望输出、估计输出 W Wn n(k(k) )网络在第网络在第k k步的第步的第n n个联接权，个联接权，a ai i学习因子学习因子 经过学习，当权值趋于稳定时，所得的经过学习，当权值趋于稳定时，所得的W Wn n(n(n=0,1,2,3)=0,1,2,3)就是系数就是系数k k0 0、 k k1 1 、 k k2 2 、 k k3 3

19、。9.1.2 随机误差的数字滤波方法数字滤波：数字滤波：通过特定的计算程序处理，降低干扰信号通过特定的计算程序处理，降低干扰信号在有用信号中的比例，故实质上是一种程序滤波。在有用信号中的比例，故实质上是一种程序滤波。数字滤波可以对各种干扰信号，甚至极低频率的信号数字滤波可以对各种干扰信号，甚至极低频率的信号滤波。滤波。数字滤波由于稳定性高，滤波器参数修改方便，因此数字滤波由于稳定性高，滤波器参数修改方便，因此得到广泛应用。得到广泛应用。数字滤波器优点：(1)(1)不需要增加任何硬设备，只要程序在进入数据处理和控不需要增加任何硬设备，只要程序在进入数据处理和控制算法之前，附加一段数字滤波程序即可

20、。制算法之前，附加一段数字滤波程序即可。(2)(2)不存在阻抗匹配问题。不存在阻抗匹配问题。 (3)(3)可以对频率很低，例如可以对频率很低，例如0.01Hz0.01Hz的信号滤波，而模拟的信号滤波，而模拟RCRC滤滤波器由于受电容容量的影响，频率不能太低。波器由于受电容容量的影响，频率不能太低。(4)(4)对于多路信号输入通道，可以共用一个滤波器，从而降对于多路信号输入通道，可以共用一个滤波器，从而降低仪表的硬件成本。低仪表的硬件成本。(5)(5)只要适当改变滤波器程序或参数，就可方便地改变滤波只要适当改变滤波器程序或参数，就可方便地改变滤波特性，这对于低频脉冲干扰和随机噪声的克服特别有效。

21、特性，这对于低频脉冲干扰和随机噪声的克服特别有效。数字滤波方法 1 限幅滤波限幅滤波 2中位值滤波中位值滤波3平滑滤波：算术平均滤波法；递推平均滤波法；加权平滑滤波：算术平均滤波法；递推平均滤波法；加权 移动平均滤波法移动平均滤波法 4一阶惯性滤波一阶惯性滤波 5复合滤波复合滤波 9.1.3 动态补偿方法随着科技生产的发展，对自动检测和仪器仪表提出了更高随着科技生产的发展，对自动检测和仪器仪表提出了更高要求，要求测量一些瞬变的非电量。要求，要求测量一些瞬变的非电量。同时，传感器广泛应用于生产过程的检测，作为控制系统同时，传感器广泛应用于生产过程的检测，作为控制系统中提供信息的单元，要能迅速反映

22、被控参量的变化，否则，中提供信息的单元，要能迅速反映被控参量的变化，否则，整个控制系统就无法正常工作。整个控制系统就无法正常工作。在许多生产工艺中，反应速度加快了，设备结构尺寸减小在许多生产工艺中，反应速度加快了，设备结构尺寸减小了，即控制对象的时间常数日益减小，这就需要选择快速了，即控制对象的时间常数日益减小，这就需要选择快速的检测元件。的检测元件。传感器的阻尼比太小，阶跃响应振荡剧烈，达到稳态的时传感器的阻尼比太小，阶跃响应振荡剧烈，达到稳态的时间长。间长。传感器的工作频带窄，对被测信号中的高频分量没有反应，传感器的工作频带窄，对被测信号中的高频分量没有反应，以致动态响应速度慢。以致动态响

23、应速度慢。提高传感器动态响应的快速性1 1、在传感器本身想办法，改变传感器的结构、参数和、在传感器本身想办法，改变传感器的结构、参数和设计。设计。2 2、在传感器输出信号的后续处理方面想办法，设计用、在传感器输出信号的后续处理方面想办法，设计用于动态补偿的模拟或数字滤波器于动态补偿的模拟或数字滤波器( (通常称为动态补偿通常称为动态补偿器器) )，对传感器的信号进行校正，改善其动态性能。，对传感器的信号进行校正，改善其动态性能。 进行传感器动态补偿器设计的方法：进行传感器动态补偿器设计的方法：零极点配置法零极点配置法系统辨识法系统辨识法基于基于DSPDSP的实时实现的实时实现End 9.19.

24、2 MEMS技术与微型传感器9.2.1 9.2.1 MEMSMEMS技术技术9.2.2 9.2.2 微型传感器微型传感器 MEMSMEMS技术是多学科交叉的新兴领域，涉及精密机械、技术是多学科交叉的新兴领域，涉及精密机械、微电子材料科学、微细加工、系统与控制等技术学科微电子材料科学、微细加工、系统与控制等技术学科和物理、化学、力学、生物学等基础学科。包含微传和物理、化学、力学、生物学等基础学科。包含微传感器、微执行器及信号处理、控制电路等，利用三维感器、微执行器及信号处理、控制电路等，利用三维加工技术制造微米或纳米尺度的零件、部件或集光机加工技术制造微米或纳米尺度的零件、部件或集光机于一体，完

25、成一定功能的复杂微细系统，是实现于一体，完成一定功能的复杂微细系统，是实现“片片上系统上系统”的发展方向。的发展方向。9.2.1 MEMS技术MEMSMEMS（MicroMicro Electro-Mechanical System Electro-Mechanical System）通常称通常称微机电系统。微机电系统。MEMSMEMS系统主要包括微型传感器、微执行器和相应的处系统主要包括微型传感器、微执行器和相应的处理电路三部分。理电路三部分。1. 微电子机械系统MEMSMEMS系统与外界相互作用示意图系统与外界相互作用示意图 微型化微型化集成化集成化硅基材料硅基材料制作工艺与制作工艺与IC

26、IC产品的主流工艺相似。产品的主流工艺相似。MEMSMEMS中的机械不限于力学中的机械，它代表一切具有能量中的机械不限于力学中的机械，它代表一切具有能量转化、传输等功能的效应，包括力、热、光、磁、化学、转化、传输等功能的效应，包括力、热、光、磁、化学、生物等效应。生物等效应。MEMSMEMS的目标是的目标是“微机械微机械”与与ICIC结合的微系统，并向智能化结合的微系统，并向智能化方向发展。方向发展。2. MEMS技术的特点尺寸效应是尺寸效应是MEMSMEMS中许多物理现象不同于宏观现象的一个重中许多物理现象不同于宏观现象的一个重要的原因，其主要特征表现在：要的原因，其主要特征表现在：微构件材

27、料的物理特性的变化。微构件材料的物理特性的变化。力的尺寸效应和微结构的表面效应。在微小尺寸领域，与特征尺寸力的尺寸效应和微结构的表面效应。在微小尺寸领域，与特征尺寸的高次方成比例的惯性力、电磁力等的作用相对减弱，而在传统理论的高次方成比例的惯性力、电磁力等的作用相对减弱，而在传统理论中常常被忽略了的、与尺寸的低次方成比例的粘性力、弹性力、表面中常常被忽略了的、与尺寸的低次方成比例的粘性力、弹性力、表面张力、静电力等的作用相对增强。张力、静电力等的作用相对增强。微摩擦与微润滑机制对微机械尺度的依赖性以及传热与燃烧对微机微摩擦与微润滑机制对微机械尺度的依赖性以及传热与燃烧对微机械尺度的制约。此外，

28、随着尺寸的减小，表面积械尺度的制约。此外，随着尺寸的减小，表面积(L(L2 2) )与体积与体积(L(L3 3) )之比之比相对增大，因而热传导、化学反应等的速度将加快。相对增大，因而热传导、化学反应等的速度将加快。3. MEMS的理论基础硅压力传感器硅压力传感器硅微加速度传感器硅微加速度传感器微型流量传感器微型流量传感器微型氧传感器微型氧传感器气相色谱仪气相色谱仪9.2.2 微型传感器几种常见的微型传感器几种常见的微型传感器End 9.29.3 虚拟仪器9.3.1 9.3.1 定义和特点定义和特点9.3.2 9.3.2 产生和分类产生和分类9.3.3 9.3.3 体系结构体系结构 9.3.1

29、 定义和特点 传统仪器传统仪器虚拟仪器的出现虚拟仪器的出现传统仪器一个独立的装置，有一机箱，有操作面板，信号输一个独立的装置，有一机箱，有操作面板，信号输入输出端，还有开关、旋钮等。检测结果输出的入输出端，还有开关、旋钮等。检测结果输出的方式有指针式表头、数字式和图形等，可能还有方式有指针式表头、数字式和图形等，可能还有打印输出。打印输出。一般由以下三大功能块组成：一般由以下三大功能块组成：信号的采集和控制、信号的采集和控制、信号的分析与处理信号的分析与处理结果的表达与输出。结果的表达与输出。功能块功能块全部都是以硬件全部都是以硬件( (或固化的软件或固化的软件) )的形式存在。的形式存在。这

30、种框架式的结构，决定了传统的仪表只能由仪这种框架式的结构，决定了传统的仪表只能由仪器厂家来定义、制造，用户无法改变的现实。器厂家来定义、制造，用户无法改变的现实。虚拟仪器的出现计算机技术和仪器技术结合：计算机技术和仪器技术结合： 充分利用计算机丰富的软硬件资源，可以较大突破传统仪器充分利用计算机丰富的软硬件资源，可以较大突破传统仪器在数据处理、表达、传递、存储等方面的限制，达到传统在数据处理、表达、传递、存储等方面的限制，达到传统仪器无法比拟的效果。还可以把仪器的三大功能全部放在仪器无法比拟的效果。还可以把仪器的三大功能全部放在计算机上实现。计算机上实现。在计算机中插入数据采集卡，然后，用软件

31、在屏幕上生成仪在计算机中插入数据采集卡，然后，用软件在屏幕上生成仪器面板，用软件来进行信号处理分析，实现传统仪器的功器面板，用软件来进行信号处理分析，实现传统仪器的功能，这就是能，这就是虚拟仪器虚拟仪器。虚拟仪器 “软件就是仪器”具有虚拟仪器面板的个人计算机仪器。具有虚拟仪器面板的个人计算机仪器。组成：组成：计算机、模块化功能硬件和控制软件。计算机、模块化功能硬件和控制软件。操作人员通过友好的图形界面及图形化编程语言控操作人员通过友好的图形界面及图形化编程语言控制仪器的运行，完成对被测量的采集、分析、判断、制仪器的运行，完成对被测量的采集、分析、判断、显示、存储及数据生成。显示、存储及数据生成

32、。 在虚拟仪器系统中，硬件仅仅是为了解决信号的在虚拟仪器系统中，硬件仅仅是为了解决信号的输入输出，软件才是整个仪表的关键。操作者可以输入输出，软件才是整个仪表的关键。操作者可以通过修改软件的方法，方便地改变、增减仪器系统通过修改软件的方法，方便地改变、增减仪器系统的功能与规模。的功能与规模。9.3.2 产生和分类电子测量仪器发展至今大体分为电子测量仪器发展至今大体分为4 4代：模拟仪器、数代：模拟仪器、数字化仪器、智能仪器和虚拟仪器。字化仪器、智能仪器和虚拟仪器。随着微机的发展和采用总线方式的不同，虚拟仪器分随着微机的发展和采用总线方式的不同，虚拟仪器分为为5 5种类型：种类型：PCPC总线总

33、线- -插卡式虚拟仪器插卡式虚拟仪器并行口式虚拟仪器并行口式虚拟仪器GPIBGPIB总线式虚拟仪器总线式虚拟仪器VXIVXI总线式虚拟仪器总线式虚拟仪器PXIPXI总线式虚拟仪器总线式虚拟仪器9.3.3 体系结构 1.虚拟仪器的硬件系统 一个典型的数据采集系统由四部分组成。一个典型的数据采集系统由四部分组成。2. 虚拟仪器的软件系统 虚拟仪器技术最核心的思想就是利用计算机的硬、虚拟仪器技术最核心的思想就是利用计算机的硬、软件资源，使本来需要硬件实现的技术软件化（虚拟软件资源，使本来需要硬件实现的技术软件化（虚拟化），从而最大限度地降低系统的成本，增强系统的化），从而最大限度地降低系统的成本，增

34、强系统的功能和灵活性。所以，软件是虚拟仪器的关键。功能和灵活性。所以，软件是虚拟仪器的关键。（1） 软件开发平台 软件是虚拟仪器系统的关键。软件是虚拟仪器系统的关键。 采用面向对象的编程技术可以提高软件编程效率采用面向对象的编程技术可以提高软件编程效率 可视编程语言环境可视编程语言环境Visual C, Visual BASIC Visual C, Visual BASIC NI NI公司推出公司推出LabVIEWLabVIEW 和和LabWindowsLabWindows/CVI ,/CVI , HP HP公司推出了公司推出了VEEVEE， TektronixTektronix公司推出了公司

35、推出了TekTMSTekTMS LabVIEW软件开发平台 LabVIEWLabVIEW是一种基于是一种基于G G语言的图形化开发语言，是一语言的图形化开发语言，是一种面向仪器的图形化编程环境，用来进行数据采集种面向仪器的图形化编程环境，用来进行数据采集和控制、数据分析和数据表达、测试和测量、实验和控制、数据分析和数据表达、测试和测量、实验室自动化以及过程监控。室自动化以及过程监控。目的：目的：简化程序的开发工作，以使用户能快速、简简化程序的开发工作，以使用户能快速、简便地完成自己的工作。便地完成自己的工作。使用使用LabVIEWLabVIEW开发平台编制的程序称为虚拟仪器程序，开发平台编制的程序称为虚拟仪器程序，简称为简称为VIVI。VIVI：程序前面板、框图程序和图标程序前面板、框图程序和图标/ /连接器。连接器。程序前面板用于设置输入数值和观察输出量，用于模拟真实仪用于设置输入数值和观察输出量，用于模拟真实仪表的前面板。表的前面板。在程序前面板上，输入量被称为在程序前面板上，输入量被称为控制控制，输出量被称，输出量被称为为显示显示。控制和显示是以各种控制和显示是以各种图标图标形式出现在前面板上，如形式出现在前面板上，如旋钮、开关、按钮、图表、图形等，这使得前面板旋钮、开关、按钮、图表、图形等，这使得前面板直观易