1、近年來，隨著計算機技術、信號處理技術和通信近年來，隨著計算機技術、信號處理技術和通信技術的發展和應用，使得自動檢測系統和儀表的功能技術的發展和應用，使得自動檢測系統和儀表的功能得到很大的提升，性能指標得到很大的提高。得到很大的提升，性能指標得到很大的提高。多傳感器數據融合及軟測量技術多傳感器數據融合及軟測量技術介紹介紹誤差修正技術誤差修正技術MEMSMEMS技術及其微型傳感器技術及其微型傳感器虛擬儀器虛擬儀器無線傳感器網絡無線傳感器網絡教學目的：教學目的：理解：理解：虛擬儀器的結構及軟件開發平臺；虛擬儀器的結構及軟件開發平臺；了解：了解：誤差修正技術；網絡化智能傳感器及誤差修正技術；網絡化智能

2、傳感器及軟測量技術。軟測量技術。重點：重點：虛擬儀器平臺的應用。虛擬儀器平臺的應用。9.1 9.1 誤差修正技術誤差修正技術9.2 9.2 MEMSMEMS技術與微型傳感器技術與微型傳感器9.3 9.3 虛擬儀器虛擬儀器9.4 9.4 無線傳感器網絡無線傳感器網絡9.5 9.5 多傳感器數據融合多傳感器數據融合9.6 9.6 軟測量技術軟測量技術 9.1 誤差修正技術9.1.1 9.1.1 系統誤差的數字修正方法系統誤差的數字修正方法9.1.2 9.1.2 隨機誤差的數字濾波方法隨機誤差的數字濾波方法9.1.3 9.1.3 動態補償方法動態補償方法 誤差來源有以下幾方面：檢測系統本身的誤差檢測

3、系統本身的誤差(a)(a)工作原理上，如傳感器或電路的非線性的輸入、輸出關系；工作原理上，如傳感器或電路的非線性的輸入、輸出關系；(b)(b)機械結構上，如阻尼比太小等；機械結構上，如阻尼比太小等；(c)(c)制造工藝上，如加工精度不高，貼片不準，裝配偏差等；制造工藝上，如加工精度不高，貼片不準，裝配偏差等；(d)(d)功能材料上，如熱脹冷縮，遲滯，非線性等。功能材料上，如熱脹冷縮，遲滯，非線性等。外界環境影響外界環境影響例如，溫度，壓力和濕度等的影響。例如，溫度，壓力和濕度等的影響。人為因素人為因素操作人員在使用儀表之前，沒有調零、校正；讀數誤差等。操作人員在使用儀表之前，沒有調零、校正；讀

4、數誤差等。誤差分類：從時間角度，把誤差分為靜態誤差和動態誤差。從時間角度，把誤差分為靜態誤差和動態誤差。靜態誤差靜態誤差包括通常所說的系統誤差和隨機誤差。其中，系統包括通常所說的系統誤差和隨機誤差。其中，系統誤差是指在相同條件下，多次測量同一量時，其大小和符號誤差是指在相同條件下，多次測量同一量時，其大小和符號保持不變或按一定規律變化的誤差。保持不變或按一定規律變化的誤差。動態誤差動態誤差是指檢測系統輸入與輸出信號之間的差異。由于產是指檢測系統輸入與輸出信號之間的差異。由于產生動態誤差的原因不同，動態誤差又可分為第一類和第二類。生動態誤差的原因不同，動態誤差又可分為第一類和第二類。第一類動態誤

5、差：第一類動態誤差：因檢測系統中各環節存在慣性、阻尼及非線因檢測系統中各環節存在慣性、阻尼及非線性等原因，動態測試時造成的誤差。性等原因，動態測試時造成的誤差。第二類誤差：第二類誤差：因各種隨時間改變的干擾信號所引起的動態誤差因各種隨時間改變的干擾信號所引起的動態誤差。針對不同的誤差，有不同的修正方法；就是對同一誤差，針對不同的誤差，有不同的修正方法；就是對同一誤差，也有多種修正方法。也有多種修正方法。 9.1.1 系統誤差的數字修正方法1. 1. 利用校正曲線修正系統誤差利用校正曲線修正系統誤差 2 2用神經網絡修正系統誤差用神經網絡修正系統誤差3 3非線性特性的校正方法非線性特性的校正方法

6、 1.利用校正曲線修正系統誤差通過實驗校準通過實驗校準( (或稱標定或稱標定) )來獲得系統的校準曲線來獲得系統的校準曲線( (輸入、輸入、輸出關系曲線輸出關系曲線) )。校準校準：在標準狀況下，利用一定等級的標準設備，為系統：在標準狀況下，利用一定等級的標準設備，為系統提供標準的輸入量，測試系統的輸出。提供標準的輸入量，測試系統的輸出。在整個量程范圍內，選多點測試；在每個點上，測試多次，在整個量程范圍內，選多點測試；在每個點上，測試多次，由此得出系統的輸入、輸出數據，列成表格或繪出曲線。由此得出系統的輸入、輸出數據，列成表格或繪出曲線。將曲線上各校準點的數據存入存儲器的校準表格中，在實將曲線

7、上各校準點的數據存入存儲器的校準表格中，在實際測量時，測一個值，就到微處理器去訪問這個地址，讀際測量時，測一個值，就到微處理器去訪問這個地址，讀出其內容，即為被測量經修正過的值。出其內容，即為被測量經修正過的值。內插方法對于值介于兩個校準點與之間時，可以按最鄰近的一個值對于值介于兩個校準點與之間時，可以按最鄰近的一個值去查找對應的值，作為最后的結果。這個結果帶有誤差。去查找對應的值，作為最后的結果。這個結果帶有誤差。此時，可以利用此時，可以利用 ( (分段直線擬合分段直線擬合) )來提高準確度。校準點來提高準確度。校準點之間的內插，最簡單的是線性內插。之間的內插，最簡單的是線性內插。當取當取)

8、()()(11iiiiyyyyxxxx1iiyyy2用神經網絡修正系統誤差 傳感器模型傳感器模型 )(txfz；Tktttt),.,(21環環 境境 參參 數數 )(1tzfx；)(tzz；誤差修正模型的輸出誤差修正模型的輸出 )()(1tzftz；xtzftzz)()(1；即誤差修正模型的輸出即誤差修正模型的輸出z z與被測非電量與被測非電量x x成線性關系成線性關系, ,且與各環境參數無關。且與各環境參數無關。只要使誤差修正模型只要使誤差修正模型即可實現傳感器靜態誤差的綜合修正。即可實現傳感器靜態誤差的綜合修正。)()(1tzftz；(9(91 12)2) ，通常傳感器模型及其反函數是復雜

9、的，難以用數學式子描述。通常傳感器模型及其反函數是復雜的，難以用數學式子描述。但是，可以通過實驗測得傳感器的實驗數據集但是，可以通過實驗測得傳感器的實驗數據集 ：TkiiiikiittttniRztx),.,(,.,2 , 1)(212：；根據前向神經網絡具有很強的輸入、輸出非線性映射能力的特點，根據前向神經網絡具有很強的輸入、輸出非線性映射能力的特點，以實驗數據集的以實驗數據集的 和和 為輸入樣本，及對應的為輸入樣本，及對應的 為輸出樣本，為輸出樣本，對神經網絡進行訓練，使神經網絡逐步調節各個權值自動實現。對神經網絡進行訓練，使神經網絡逐步調節各個權值自動實現。 ixizit歸一化處理因神經

10、網絡學習時，加在輸入端的數據太大，會使神經元因神經網絡學習時，加在輸入端的數據太大，會使神經元節點迅速進入飽和，導致網絡出現麻痹現象。此外，由于節點迅速進入飽和，導致網絡出現麻痹現象。此外，由于在神經網絡中采用在神經網絡中采用S S型函數，輸出范圍為型函數，輸出范圍為(0(0，1)1)，且很難，且很難達到達到0 0或或1 1。故在學習之前，應對數據進行歸一化處理。故在學習之前，應對數據進行歸一化處理。)/()(minmaxminiiiiiDDDDD05. 0)/()(9 . 0minmaxminoooooDDDDD(913) (914) 式中，式中，D Di i、D Do o分別是欲作為神經網

11、絡輸入、輸出樣本的原始數據分別是欲作為神經網絡輸入、輸出樣本的原始數據 建立神經網絡誤差修正模型的步驟：取傳感器原始實驗數據。取傳感器原始實驗數據。由式由式(9.1.3)(9.1.3)變換原始數據和式變換原始數據和式(9.1.4)(9.1.4)變換原始數變換原始數據，得訓練神經網絡的輸入、輸出樣本對。據，得訓練神經網絡的輸入、輸出樣本對。確定神經網絡輸入、輸出端數量、各層節點數、學確定神經網絡輸入、輸出端數量、各層節點數、學習率和動量因子的值。網絡輸入端數量與輸入層節習率和動量因子的值。網絡輸入端數量與輸入層節點數量相同，等于環境參數個數加點數量相同，等于環境參數個數加1 1。輸出端數量。輸出

12、端數量與輸出層節點數均為與輸出層節點數均為1 1。隱層節點數根據被測非電。隱層節點數根據被測非電量、環境參數及傳感器輸出之間的關系的復雜程度量、環境參數及傳感器輸出之間的關系的復雜程度而定，關系復雜取多些，反之取少些。學習率和動而定，關系復雜取多些，反之取少些。學習率和動量因子的值一般取量因子的值一般取0 01 1。訓練神經網絡得到誤差修正模型。訓練神經網絡得到誤差修正模型。3非線性特性的校正方法傳感器和自動檢測系統的非線性誤差傳感器和自動檢測系統的非線性誤差( (或稱線性度或稱線性度) )是一種是一種系統誤差，是用其輸入、輸出特性曲線與擬合直線之間最系統誤差，是用其輸入、輸出特性曲線與擬合直

13、線之間最大偏差與其滿量程輸出之比來定義的。大偏差與其滿量程輸出之比來定義的。擬合直線：擬合直線：依據若干實驗數據，利用一定的數學方法得到依據若干實驗數據，利用一定的數學方法得到的直線。當采用的數學方法不同時，擬合直線不同，以此的直線。當采用的數學方法不同時，擬合直線不同，以此為基準得出的線性度也不同。為基準得出的線性度也不同。輸入輸入 、輸出關系呈線性的優點、輸出關系呈線性的優點：可用線性疊加原理，分析、計算方便；可用線性疊加原理，分析、計算方便；輸出信號的處理方便，只要知道輸出量的起始值和滿量程值，就可輸出信號的處理方便，只要知道輸出量的起始值和滿量程值，就可確定其余的輸出值，刻度盤可按線性

14、刻度；確定其余的輸出值，刻度盤可按線性刻度；在工業過程控制中常用的電動單元組合儀表，由于單元之間用標準在工業過程控制中常用的電動單元組合儀表，由于單元之間用標準信號聯系，要求儀表具有線性特性。信號聯系，要求儀表具有線性特性。非線性校正方法非線性校正方法很多，例如：非線性校正方法很多，例如：利用校準曲線用查表法作修正；利用校準曲線用查表法作修正；利用分段折線法進行校正；利用分段折線法進行校正；用整段高次多項式近似。用整段高次多項式近似。神經網絡的方法。神經網絡的方法。(1) 整段校正法整段校正法也稱整段多項式近似法，其核心問題整段校正法也稱整段多項式近似法，其核心問題是多項式的生成，即直接利用非

15、線性方程進行校是多項式的生成，即直接利用非線性方程進行校正。正。由標定傳感器所得到的實測數據來推出反映輸入、由標定傳感器所得到的實測數據來推出反映輸入、輸出關系的多項式，并要求這個多項式的次數盡輸出關系的多項式，并要求這個多項式的次數盡量低、與實際特性的誤差盡量小。這實質上是個量低、與實際特性的誤差盡量小。這實質上是個曲線擬合問題。曲線擬合問題。最小二乘意義下的多項式擬合對于對實驗數據對于對實驗數據 ),(),.,(),(2211nnyxyxyx12321.)(mmxaxaxaaxP)(nm min)(12niiiyxP使得使得 構造多項式構造多項式 根據最小二乘原理，要使根據最小二乘原理，要

16、使為最小，按通常求極值的方法，為最小，按通常求極值的方法，取對取對ai的偏導數，并令其為零，得到正則方程組，解出的偏導數，并令其為零，得到正則方程組，解出a ai i在實際修正中，預先把方程的系數存在存儲器中。在實際修正中，預先把方程的系數存在存儲器中。單片機進行校正時，將測量值與存儲器中的系數進行運算，單片機進行校正時，將測量值與存儲器中的系數進行運算，就可獲得實際被測量。就可獲得實際被測量。 (2) 神經網絡校正法傳感器的靜態輸入、輸出特性可用一個多項式表示傳感器的靜態輸入、輸出特性可用一個多項式表示 .54332210oipiiiixxkxxkxkxkxkky可簡化為可簡化為 33221

17、0iiixkxkxkky實際應用中往往需要根據所得的輸出量實際應用中往往需要根據所得的輸出量y y，求出輸入非電量，求出輸入非電量x xi i。而由而由y y表示的表示的x xi i表達式為表達式為332210ykykykkxi通過靜態標定，事先得到一組傳感器的輸入、輸出數據，通過靜態標定，事先得到一組傳感器的輸入、輸出數據，然后用函數聯接型神經網絡，通過迭代得到然后用函數聯接型神經網絡，通過迭代得到 這些系數。這些系數。ik利用輸入數據集利用輸入數據集( ) ( ) 和輸出和輸出y yi i，經神經網絡的學習算法，經神經網絡的學習算法不斷調整權值不斷調整權值W Wn n(n(n=0,1,2,

18、3)=0,1,2,3)。32, 1iiixxx估計輸出為估計輸出為30)()(nnniikWxky誤差為誤差為 )()()(kykykeiii權值調整為權值調整為 niiiiixkekWkW)()() 1(第第i i個輸入數據的期望輸出、估計輸出個輸入數據的期望輸出、估計輸出 W Wn n(k(k) )網絡在第網絡在第k k步的第步的第n n個聯接權，個聯接權，a ai i學習因子學習因子 經過學習，當權值趨于穩定時，所得的經過學習，當權值趨于穩定時，所得的W Wn n(n(n=0,1,2,3)=0,1,2,3)就是系數就是系數k k0 0、 k k1 1 、 k k2 2 、 k k3 3

19、。9.1.2 隨機誤差的數字濾波方法數字濾波：數字濾波：通過特定的計算程序處理，降低干擾信號通過特定的計算程序處理，降低干擾信號在有用信號中的比例，故實質上是一種程序濾波。在有用信號中的比例，故實質上是一種程序濾波。數字濾波可以對各種干擾信號，甚至極低頻率的信號數字濾波可以對各種干擾信號，甚至極低頻率的信號濾波。濾波。數字濾波由于穩定性高，濾波器參數修改方便，因此數字濾波由于穩定性高，濾波器參數修改方便，因此得到廣泛應用。得到廣泛應用。數字濾波器優點：(1)(1)不需要增加任何硬設備，只要程序在進入數據處理和控不需要增加任何硬設備，只要程序在進入數據處理和控制算法之前，附加一段數字濾波程序即可

20、。制算法之前，附加一段數字濾波程序即可。(2)(2)不存在阻抗匹配問題。不存在阻抗匹配問題。 (3)(3)可以對頻率很低，例如可以對頻率很低，例如0.01Hz0.01Hz的信號濾波，而模擬的信號濾波，而模擬RCRC濾濾波器由于受電容容量的影響，頻率不能太低。波器由于受電容容量的影響，頻率不能太低。(4)(4)對于多路信號輸入通道，可以共用一個濾波器，從而降對于多路信號輸入通道，可以共用一個濾波器，從而降低儀表的硬件成本。低儀表的硬件成本。(5)(5)只要適當改變濾波器程序或參數，就可方便地改變濾波只要適當改變濾波器程序或參數，就可方便地改變濾波特性，這對于低頻脈沖干擾和隨機噪聲的克服特別有效。

21、特性，這對于低頻脈沖干擾和隨機噪聲的克服特別有效。數字濾波方法 1 限幅濾波限幅濾波 2中位值濾波中位值濾波3平滑濾波：算術平均濾波法；遞推平均濾波法；加權平滑濾波：算術平均濾波法；遞推平均濾波法；加權 移動平均濾波法移動平均濾波法 4一階慣性濾波一階慣性濾波 5復合濾波復合濾波 9.1.3 動態補償方法隨著科技生產的發展，對自動檢測和儀器儀表提出了更高隨著科技生產的發展，對自動檢測和儀器儀表提出了更高要求，要求測量一些瞬變的非電量。要求，要求測量一些瞬變的非電量。同時，傳感器廣泛應用于生產過程的檢測，作為控制系統同時，傳感器廣泛應用于生產過程的檢測，作為控制系統中提供信息的單元，要能迅速反映

22、被控參量的變化，否則，中提供信息的單元，要能迅速反映被控參量的變化，否則，整個控制系統就無法正常工作。整個控制系統就無法正常工作。在許多生產工藝中，反應速度加快了，設備結構尺寸減小在許多生產工藝中，反應速度加快了，設備結構尺寸減小了，即控制對象的時間常數日益減小，這就需要選擇快速了，即控制對象的時間常數日益減小，這就需要選擇快速的檢測元件。的檢測元件。傳感器的阻尼比太小，階躍響應振蕩劇烈，達到穩態的時傳感器的阻尼比太小，階躍響應振蕩劇烈，達到穩態的時間長。間長。傳感器的工作頻帶窄，對被測信號中的高頻分量沒有反應，傳感器的工作頻帶窄，對被測信號中的高頻分量沒有反應，以致動態響應速度慢。以致動態響

23、應速度慢。提高傳感器動態響應的快速性1 1、在傳感器本身想辦法，改變傳感器的結構、參數和、在傳感器本身想辦法，改變傳感器的結構、參數和設計。設計。2 2、在傳感器輸出信號的后續處理方面想辦法，設計用、在傳感器輸出信號的后續處理方面想辦法，設計用于動態補償的模擬或數字濾波器于動態補償的模擬或數字濾波器( (通常稱為動態補償通常稱為動態補償器器) )，對傳感器的信號進行校正，改善其動態性能。，對傳感器的信號進行校正，改善其動態性能。 進行傳感器動態補償器設計的方法：進行傳感器動態補償器設計的方法：零極點配置法零極點配置法系統辨識法系統辨識法基于基于DSPDSP的實時實現的實時實現End 9.19.

24、2 MEMS技術與微型傳感器9.2.1 9.2.1 MEMSMEMS技術技術9.2.2 9.2.2 微型傳感器微型傳感器 MEMSMEMS技術是多學科交叉的新興領域，涉及精密機械、技術是多學科交叉的新興領域，涉及精密機械、微電子材料科學、微細加工、系統與控制等技術學科微電子材料科學、微細加工、系統與控制等技術學科和物理、化學、力學、生物學等基礎學科。包含微傳和物理、化學、力學、生物學等基礎學科。包含微傳感器、微執行器及信號處理、控制電路等，利用三維感器、微執行器及信號處理、控制電路等，利用三維加工技術制造微米或納米尺度的零件、部件或集光機加工技術制造微米或納米尺度的零件、部件或集光機于一體，完

25、成一定功能的復雜微細系統，是實現于一體，完成一定功能的復雜微細系統，是實現“片片上系統上系統”的發展方向。的發展方向。9.2.1 MEMS技術MEMSMEMS（MicroMicro Electro-Mechanical System Electro-Mechanical System）通常稱通常稱微機電系統。微機電系統。MEMSMEMS系統主要包括微型傳感器、微執行器和相應的處系統主要包括微型傳感器、微執行器和相應的處理電路三部分。理電路三部分。1. 微電子機械系統MEMSMEMS系統與外界相互作用示意圖系統與外界相互作用示意圖 微型化微型化集成化集成化硅基材料硅基材料制作工藝與制作工藝與IC

26、IC產品的主流工藝相似。產品的主流工藝相似。MEMSMEMS中的機械不限于力學中的機械，它代表一切具有能量中的機械不限于力學中的機械，它代表一切具有能量轉化、傳輸等功能的效應，包括力、熱、光、磁、化學、轉化、傳輸等功能的效應，包括力、熱、光、磁、化學、生物等效應。生物等效應。MEMSMEMS的目標是的目標是“微機械微機械”與與ICIC結合的微系統，并向智能化結合的微系統，并向智能化方向發展。方向發展。2. MEMS技術的特點尺寸效應是尺寸效應是MEMSMEMS中許多物理現象不同于宏觀現象的一個重中許多物理現象不同于宏觀現象的一個重要的原因，其主要特征表現在：要的原因，其主要特征表現在：微構件材

27、料的物理特性的變化。微構件材料的物理特性的變化。力的尺寸效應和微結構的表面效應。在微小尺寸領域，與特征尺寸力的尺寸效應和微結構的表面效應。在微小尺寸領域，與特征尺寸的高次方成比例的慣性力、電磁力等的作用相對減弱，而在傳統理論的高次方成比例的慣性力、電磁力等的作用相對減弱，而在傳統理論中常常被忽略了的、與尺寸的低次方成比例的粘性力、彈性力、表面中常常被忽略了的、與尺寸的低次方成比例的粘性力、彈性力、表面張力、靜電力等的作用相對增強。張力、靜電力等的作用相對增強。微摩擦與微潤滑機制對微機械尺度的依賴性以及傳熱與燃燒對微機微摩擦與微潤滑機制對微機械尺度的依賴性以及傳熱與燃燒對微機械尺度的制約。此外，

28、隨著尺寸的減小，表面積械尺度的制約。此外，隨著尺寸的減小，表面積(L(L2 2) )與體積與體積(L(L3 3) )之比之比相對增大，因而熱傳導、化學反應等的速度將加快。相對增大，因而熱傳導、化學反應等的速度將加快。3. MEMS的理論基礎硅壓力傳感器硅壓力傳感器硅微加速度傳感器硅微加速度傳感器微型流量傳感器微型流量傳感器微型氧傳感器微型氧傳感器氣相色譜儀氣相色譜儀9.2.2 微型傳感器幾種常見的微型傳感器幾種常見的微型傳感器End 9.29.3 虛擬儀器9.3.1 9.3.1 定義和特點定義和特點9.3.2 9.3.2 產生和分類產生和分類9.3.3 9.3.3 體系結構體系結構 9.3.1

29、 定義和特點 傳統儀器傳統儀器虛擬儀器的出現虛擬儀器的出現傳統儀器一個獨立的裝置，有一機箱，有操作面板，信號輸一個獨立的裝置，有一機箱，有操作面板，信號輸入輸出端，還有開關、旋鈕等。檢測結果輸出的入輸出端，還有開關、旋鈕等。檢測結果輸出的方式有指針式表頭、數字式和圖形等，可能還有方式有指針式表頭、數字式和圖形等，可能還有打印輸出。打印輸出。一般由以下三大功能塊組成：一般由以下三大功能塊組成：信號的采集和控制、信號的采集和控制、信號的分析與處理信號的分析與處理結果的表達與輸出。結果的表達與輸出。功能塊功能塊全部都是以硬件全部都是以硬件( (或固化的軟件或固化的軟件) )的形式存在。的形式存在。這

30、種框架式的結構，決定了傳統的儀表只能由儀這種框架式的結構，決定了傳統的儀表只能由儀器廠家來定義、制造，用戶無法改變的現實。器廠家來定義、制造，用戶無法改變的現實。虛擬儀器的出現計算機技術和儀器技術結合：計算機技術和儀器技術結合： 充分利用計算機豐富的軟硬件資源，可以較大突破傳統儀器充分利用計算機豐富的軟硬件資源，可以較大突破傳統儀器在數據處理、表達、傳遞、存儲等方面的限制，達到傳統在數據處理、表達、傳遞、存儲等方面的限制，達到傳統儀器無法比擬的效果。還可以把儀器的三大功能全部放在儀器無法比擬的效果。還可以把儀器的三大功能全部放在計算機上實現。計算機上實現。在計算機中插入數據采集卡，然后，用軟件

31、在屏幕上生成儀在計算機中插入數據采集卡，然后，用軟件在屏幕上生成儀器面板，用軟件來進行信號處理分析，實現傳統儀器的功器面板，用軟件來進行信號處理分析，實現傳統儀器的功能，這就是能，這就是虛擬儀器虛擬儀器。虛擬儀器 “軟件就是儀器”具有虛擬儀器面板的個人計算機儀器。具有虛擬儀器面板的個人計算機儀器。組成：組成：計算機、模塊化功能硬件和控制軟件。計算機、模塊化功能硬件和控制軟件。操作人員通過友好的圖形界面及圖形化編程語言控操作人員通過友好的圖形界面及圖形化編程語言控制儀器的運行，完成對被測量的采集、分析、判斷、制儀器的運行，完成對被測量的采集、分析、判斷、顯示、存儲及數據生成。顯示、存儲及數據生成

32、。 在虛擬儀器系統中，硬件僅僅是為了解決信號的在虛擬儀器系統中，硬件僅僅是為了解決信號的輸入輸出，軟件才是整個儀表的關鍵。操作者可以輸入輸出，軟件才是整個儀表的關鍵。操作者可以通過修改軟件的方法，方便地改變、增減儀器系統通過修改軟件的方法，方便地改變、增減儀器系統的功能與規模。的功能與規模。9.3.2 產生和分類電子測量儀器發展至今大體分為電子測量儀器發展至今大體分為4 4代：模擬儀器、數代：模擬儀器、數字化儀器、智能儀器和虛擬儀器。字化儀器、智能儀器和虛擬儀器。隨著微機的發展和采用總線方式的不同，虛擬儀器分隨著微機的發展和采用總線方式的不同，虛擬儀器分為為5 5種類型：種類型：PCPC總線總

33、線- -插卡式虛擬儀器插卡式虛擬儀器并行口式虛擬儀器并行口式虛擬儀器GPIBGPIB總線式虛擬儀器總線式虛擬儀器VXIVXI總線式虛擬儀器總線式虛擬儀器PXIPXI總線式虛擬儀器總線式虛擬儀器9.3.3 體系結構 1.虛擬儀器的硬件系統 一個典型的數據采集系統由四部分組成。一個典型的數據采集系統由四部分組成。2. 虛擬儀器的軟件系統 虛擬儀器技術最核心的思想就是利用計算機的硬、虛擬儀器技術最核心的思想就是利用計算機的硬、軟件資源，使本來需要硬件實現的技術軟件化（虛擬軟件資源，使本來需要硬件實現的技術軟件化（虛擬化），從而最大限度地降低系統的成本，增強系統的化），從而最大限度地降低系統的成本，增

34、強系統的功能和靈活性。所以，軟件是虛擬儀器的關鍵。功能和靈活性。所以，軟件是虛擬儀器的關鍵。（1） 軟件開發平臺 軟件是虛擬儀器系統的關鍵。軟件是虛擬儀器系統的關鍵。 采用面向對象的編程技術可以提高軟件編程效率采用面向對象的編程技術可以提高軟件編程效率 可視編程語言環境可視編程語言環境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軟件開發平臺 LabVIEWLabVIEW是一種基于是一種基于G G語言的圖形化開發語言，是一語言的圖形化開發語言，是一種面向儀器的圖形化編程環境，用來進行數據采集種面向儀器的圖形化編程環境，用來進行數據采集和控制、數據分析和數據表達、測試和測量、實驗和控制、數據分析和數據表達、測試和測量、實驗室自動化以及過程監控。室自動化以及過程監控。目的：目的：簡化程序的開發工作，以使用戶能快速、簡簡化程序的開發工作，以使用戶能快速、簡便地完成自己的工作。便地完成自己的工作。使用使用LabVIEWLabVIEW開發平臺編制的程序稱為虛擬儀器程序，開發平臺編制的程序稱為虛擬儀器程序，簡稱為簡稱為VIVI。VIVI：程序前面板、框圖程序和圖標程序前面板、框圖程序和圖標/ /連接器。連接器。程序前面板用于設置輸入數值和觀察輸出量，用于模擬真實儀用于設置輸入數值和觀察輸出量，用于模擬真實儀表的前面板。表的前面板。在程序前面板上，輸入量被稱為在程序前面板上，輸入量被稱為控制控制，輸出量被稱，輸出量被稱為為顯示顯示。控制和顯示是以各種控制和顯示是以各種圖標圖標形式出現在前面板上，如形式出現在前面板上，如旋鈕、開關、按鈕、圖表、圖形等，這使得前面板旋鈕、開關、按鈕、圖表、圖形等，這使得前面板直觀易