贵州民族大学-电子测量与虚拟仪器

1、贵州民族大学电子测量与仪器题目：电子测量与虚拟仪器姓 名：学院：信息工程学院专业：光信息科学与技术班 级：2012 级光信班学 号：前言；在当下，由于信息技术的快速发展，以各大电商为首的新的营销方式带动了 中国的消费市场的快速发展，同时带动和提高了中国在全球制造链和设计产业链 之中的地位，而制造和设计的过程中往往离不开精密测量。所以中国这个广大的市场成为了全球各大测量仪器厂商逐鹿的大战场，同时也带动了中国本土测试测量仪器研发与测试技术应用的迅速发展。制造工艺在发展，人们对测量仪器的要求越来越高，仪器本身的制造成本也 不得不考虑进去。一，电子测量的重要性21世纪的人们几乎每天都在不停地接受新概念

2、；从电信 3G到4G目前4G 的普及还在进行中，以华为为首的一部分科技公司对于5G的各种技术研究已成为新的热点。NVIDA最新推出的的3D图形处理器是基于22nm的Maxwell架构， 下一代的Intel处理器skylake也将在2015年发布。那么，技术发展如此之快， 测试技术能否跟得上应用的发展？世界各地的测量工程师们都面临着相同的挑战。这些挑战一方面是待测产品的功能越来越多，测试的要求也越来越高，另一方面，留给测试的时间却越来越 少，因为产品要以最快的速度上市，从而使得测试效率方面的产生了前所未有的 压力。二，中国的测量仪器发展现状近年来中国测量仪器的可靠性和稳定性问题得到了很多方面的重

3、视，状况有了很大改观。测试仪器行业目前已经越过低谷阶段，重新回到了快速发展的轨道， 尤其最近几年，中国本土仪器取得了长足的进步，特别是通用电子测量设备和汽 车电子设备的研发方面，与国外先进产品的差距正在快速缩小， 对国外电子仪器 巨头的垄断造成了一定的冲击。随着模块化和虚拟技术的发展，为中国的测试测量仪器行业带来了新的契 机，加上各级政府日益重视，以及中国自主应用标准研究的快速进展， 都在为该 产业提供前所未有的动力和机遇。从中国电子信息产业统计年鉴中可以看出，中国的测试测量仪器每年都以超 过30%Z上的速度在快速增长。在此快速增长的过程中，无疑催生出了许多测试 行业新创企业，也催生出了一批批

4、可靠性和稳定性较高的产品。拥有中国该领域唯一重点实验室的中国电子集团公司第 41研究所，凭借着 本土测试领域的龙头地位，通过属下的青岛兴仪电子设备有限责任公司，成功地 实现了由技术到产品的转化，开发出了多款具有很高技术水平的产品。该所研制出的高纯微波合成信号发生器、微波噪声系数分析仪、便携式射频 频谱分析仪、2.5Gb/sSDH/PDH数字传输分析仪、高性能的光通讯设备，包括光 谱分析仪和高性能微型光时域反射计， 还有高速数字示波器等，目前都已经形成 比较完整的产品系列。其中AV1489型高纯微波合成信号发生器采用全正向设计 方法，突破了高纯度微波频率合成等多项关键技术；AV3984型微波噪声

5、分析仪突破了智能微波噪声源等多项关键技术，AV4022型便捷式射频频谱分析仪突破了小型化设计与制造等关键技术，还有高性能的 AV3600系列的宽带矢量网络分析仪,DT系列数字电视码流实时检测仪等。另外， 该所还与海信集团一道，研制出了数字电视全部四个层次上的测试仪器。无疑这对中国的数字电视产业的发展将起到很大的推动作用。这些仪器除了能解决所有通用协议分析外以及物理层的各种指标的测试外，还有一个很重要的特点，就是结合中国数字电视标准和特点，保留了很好的可升级性。北京普源精电科技有限公司的产品已经成功销往42个国家与地区。并规划在2008年前发展成为亚洲最大的测量仪器厂商。该公司走的是从低到高的发

6、展 路线图。从最常规的数字万用表，任意波形发生器，到高性能的数字示波器。该公司的DS3000系列任意波形发生器，是一款带有数字逻辑输出功能（16路数据通道和 2路时钟通道）的混合信号发生器（MSG该设备采样率达到 300MSa/s,垂直分辨率为14bits ,还有1M采样点存储深度。可以提供十种标准波形，还可以提供用户自定义的任意波形， 其中包括各种 丰富的调制波形，满足了很多领域的应用；还有DS1000系列混合数字示波器，目前示波器的带宽已经达到 500MHz并具有很丰富的高级触发方式，特别是码 形触发和持续时间触发，解决了各种异常波形的触发问题。 示波器中还集成了逻 辑分析功能，保证了使用

7、上的方便。其产品的另外一个特点就是具有业界较全的接口，从GP旧到RS232从LAN到USB丰富的接口保证了仪器的适应性， 方便了互联测试平台的建立。据了解，公司如今还正在加速虚拟仪器的研究并很 快推出这方面的产品，准备向平台建设逐步完善化的方向快速过渡。三，中国本土测量仪器设备发展的主要瓶颈尽管本土测试测量产业得到了快速发展，但客观地说中国开发测试测量仪器 还普遍比较落后。每当提起中国测试仪器落后的原因，就会有许多不同的说法， 诸如精度不高，外观不好，可靠性差等。实际上，这些都还是表面现象，真正影 响中国测量仪器发展的瓶颈为；1,测试在整个产品流程中的地位偏低由于人们的传统观念的影响，在产品的

8、制造流程中，研发始终处于核心位置， 而测试则处于从属和辅助位置。关于这一点，在几乎所有的研究机构部门配置上 即可窥其一斑。这种错误观念上的原因，造成整个社会对测试的重视度不够， 从 而造成测试仪器方面人才的严重匮乏， 造成相关的基础科学研究比较薄弱， 这是 中国测量仪器发展的一个主要瓶颈。 实际上，即便是研发队伍本身，对测试的重 视度以及对仪器本身的研究也明显不够。.面向应用和现代市场营销模式还没有真正建立起来本土仪器设备厂商只是重研发，重视生产，重视狭义的市场，还没有建立起一套 完整的现代营销体系和面向应用的研发模式。传统的营销模式在计划经济年代里发挥过很大作用，但无法满足目前整体解方案流行

9、年代的需求。所以，为了快速缩小与国外先进公司之间的差距，国内仪器研发企业应加速实现从面向仿制的研 发向面向应用的研发的过渡。特别是随着国内应用需求的快速增长， 为这一过渡 提供了根本动力，应该利用这些动力，跟踪应用技术的快速发展。.缺乏标准件的材料配套体系由于历史的原因，中国仪器配套行业的企业多为良莠不齐的小型企业，标准化的研究也没有跟上需求的快速发展，从而导致仪器的材料配套行业的技术水平较 低。虽然目前已有较大的改观，但距离整个产业的要求还有一定距离。所以，还 应把标准化和模块化的研究放到重要的位置。还有，在技术水平没有达到的条件 下，一味地追求精度或追求高指标，而没有处理好与稳定性之间的关

10、系。 上述这 些都是制约本土仪器发展的因素。四，测量仪器的使用成本工程师往往面对着着各种选择，他们既需要一个具有很好的灵活性和兼容性、扩展性强，同时又很可靠稳定的自动测试测量平台， 这个平台不但可以满足 现有的需求，而且能很方便地进行系统升级，以符合今后越来越具有挑战性的需 求。然而对于中国国情来说，综合性的移动测试平台还存在着一系列的问题， 包 括可靠性、可维性和可操作性差以及成本过高等问题。 因为在这种复杂的自动测 试平台中，可靠性模型全部是串联架构，还要加上配套软件的可靠性损失问题。“在中国，分离设备基于易操作和低成本的优势， 在相当时间内还将承担主 要角色，”另外，技术的发展和测试技术

11、的发展基本上是同步的， 存在测试问题的标准 是无法发布的。一旦标准发布，就不会存在测试方面的问题。”而中国的工程师真正面临的问题在于如何选择与应用相适应的仪器设备以及如何使用仪器以及 如何有效利用仪器的延伸性能，从而使设备的效能得到真正发挥，”而目前的情况是，许多单位购买了大量的高档仪器，而对仪器的应用开发却 处于非常低级的阶段。造成这种现象的原因，当然与国内的管理水平低有关，但 工程师的盲目追高，也是其中的一个主要因素。在测试领域里，中国面临的另一个挑战就是缺乏具有微波背景和相关经验的 工程人才，以及优秀的测试与计量人才。五，虚拟仪器的设计与应用为了解决测量仪器的成本问题，虚拟仪器的设计应用

12、成为了一个很好的解决 办法，虚拟仪器是以计算机为核心，各种探测器为辅助的一种软硬相结合的新概 念的测量仪器。虚拟仪器受益和依赖于计算机技术， 与传统仪器相比，具有很大的不同，虚 拟仪器系统中，硬件仅仅是用于解决信号数据的输入和输出，在其他如数据的存储处理和分析由计算机内的程序来代替。 从而大大提高了仪器的数据处理能力和 测量精度。而由于计算机软件的可复制性，使得测量仪器的制造成本大大的降低。相关；虚拟仪器及Labview虚拟仪器的概念是美国NI公司(National Instrument)在20世纪80年代中 期提出来的。所谓虚拟仪器就是以计算机作为仪器统一的硬件平台，充分利用计算机的运算、存

13、储、回放、调用、显示及文件管理等智能化功能，同时把传统仪 器的专业化功能和面板控件软件化，使之与计算机结合构成一台从外观到功能都 完全与传统硬件仪器相同，同时又充分享用了计算机智能资源的全新仪器系统。与传统仪器相比，虚拟仪器有许多优点：对测试量的处理和计算可更复杂且 处理速度更快，测试结果的表达方式更加丰富多样， 可以方便地存储和交换测试 数据，价格低，技术更新快。它的最大特点就是把由仪器生产厂家定义仪器功能 的方式转变为由用户自己定义仪器功能，满足多种多样的应用需求由于虚拟仪器的测试功能、面板控件都实现了软件化，任何使用者都可通过 修改虚拟仪器的软件来改变它的功能和规模，体现了软件就是仪器的

14、设计思想。这也正是NI近30年来始终引领测试测量行业发展趋势的原因所在。只有同时拥有高效的软件、模块化I/O硬件和用于集成的软硬件平台这三大组成部分， 才能充分发挥虚拟仪器技术性能高、 扩展性强、开发时间少，以及出色的集成这 四大优势。虚拟仪器的技术基础是计算机技术，核心是计算机软件技术。其中最有代表性的图形化编程软件是美国NI公司推出的Labview(laboratory virtualinstrument engineering workbench即实验室虚拟仪器工作平台 )。它是世界上第一个采用图形化编程技术的面向仪器的32位编译型程序开发系统，它的目标就是简化程序的开发工作，提高编程效

15、率，让科学家和工程技术人员充分利用计算机的资源和强大功能，快速简捷地完成自己的工作任务，它被称为科学家与工程师的语言。Labview使用了所见即所得的可视化技术建立人机 界面，提供了许多仪器面板中的控制对象，如表头、旋钮、开关及坐标平面图等。用户可以通过使用编辑器将控制对象改变为适合自己工作领域的控制对象。 Labview提供了多种 强有力的工具箱和函数库，并集成了很多仪器硬件库。 Labview支持多种操作系 统平台，在任何一个平台上开发的 Labview应用程序可直接移植到其它平台上1, LabVIEW原统的建立及应用软件设计由两部分组成：前面板和流程图。在前面板，输入用输入控件 (Con

16、trol)来实现，程序运行的结果由输出控件(Indicator) 来完成。流程图是完 成程序功能的图形化源代码，通过它对信号数据的输入和输出进行指定，完成对信号采集及分析处理功能的控制。2,虚拟仪器的硬件结构虚拟仪器的硬件平台主要包括用于数据采集、信号分析处理和信号输出显示等硬件。由于从传感器直接得到的信号很微弱，因此选用了美国Burr Brown公司专门用于数据采集、具有高精度及强抗干扰能力的精密隔离仪表放大器作为信号处 理单元的主放大器。数据采集系统采用美国 lotech WaveBook/512 Data Acquisition System , 其主要性能指标为：采样频率，1 MHz;通道数，8; A/D精度，土 0.025%;抗混 滤波器；FIFO缓冲器，64 k0虚拟仪器是电子技术和计算机技术相结合的产物，随着计算机技术的不断发 展，虚拟仪器技术必将会在各个领域发挥越来越重要的作用。虽然在短时间内虚拟仪器还无法完全替代传统的测量仪器，然而在某些方 面，虚拟仪器的使用却可以大大的降低仪器的设计和生产成本，而且虚拟仪器还有着互联网的强大支撑和数据共享的优势。随着大数据和云计