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一、公共光學(xué)儀器的概念與特征
綜觀目前國內(nèi)外虛擬儀器 ,其中廣泛地應(yīng)用了以下技術(shù)
: 1 系統(tǒng)集成和總線技術(shù) 一種情況是 ,將儀器儀表設(shè)計成為ＰＣ機(jī)的Ｉ/Ｏ插卡
,直接插入計算機(jī)的Ｉ/Ｏ擴(kuò) 展槽中 ,這樣可將不同儀器儀表集成于一個系統(tǒng)
,大大降低成本 .典型的系統(tǒng)是以
ＰＣ機(jī)為基本框架平臺 ,將存儲器、邏輯分析儀、任意函數(shù)發(fā)生器、數(shù)字萬用表、
頻率計以及各種類型的專用器件、儀器等針對要求進(jìn)行功能取舍和優(yōu)化而集成為一
塊塊的儀器插卡 ,直接插入ＰＣ機(jī)的Ｉ/Ｏ擴(kuò)展槽中
,由此而組成具有多種功能的
集成化儀器儀表 .所有的這些儀器插卡均在符合統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的軟件支持下操作
,共享 計算機(jī)資源 .另一種則是做成具有總線結(jié)構(gòu)的測試儀器的主機(jī)板
,在總線底板插槽 上插入模擬量輸入 /輸出、數(shù)字量輸入
/輸出、頻率或脈沖量輸入 /輸出等功能插
件 ,可組成具有不同規(guī)模和功能的測試系統(tǒng)
,測控機(jī)箱與計算機(jī)通過互連總線相連 ,各測試設(shè)備與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通過現(xiàn)場總線相連
,從而構(gòu)成一個自動測控系統(tǒng) .總線
技術(shù)在虛擬儀器中得以廣泛應(yīng)用 ,如在控制系統(tǒng)機(jī)箱底板中
,通常采用總線標(biāo)準(zhǔn)有 :ＳＴＤ總線、ＣＡＭＡＣ總線和ＩＳＡ總線
(現(xiàn)已處于逐漸淘汰狀態(tài) );ＰＣＩ
、ＣｏｍｐａｃｔＰＣＩ、ＰＸＩ總線
;ＶＸＩ總線等 .測控機(jī)箱與計算機(jī)的互連
的總線有并行總線 (如ＩＥＥＥ488通用接口總線和ＡＮＳＩＸ3
3 1 - 1 986Ｓ ＣＳＩ總線、ＭＸＩ總線 ),串行總線
(如ＲＳ - 2 3 2Ｃ、ＲＳ - 485、ＵＳＢ
和ＩＥＥＥ1 3 94總線 )等 .
濾波技術(shù)從測試現(xiàn)場采集到的信號中包含有對數(shù)據(jù)處理有用的信號、無用信號和噪聲
,濾波
的目的是從信號中提取有用的信號 .在自動測控儀器系統(tǒng)中濾波器廣泛地采用了模
擬和數(shù)字濾波兩種形式 .
模擬濾波器是一種選頻裝置 ,可使信號中指定的頻率成分通過
,其他頻率成分被衰 減 .模擬濾波器可分為有源和無源濾波兩種
,無源濾波器結(jié)構(gòu)簡單 ,但在多級使用 時
,由于級間耦合的影響 ,效果差 ,信號幅值逐級減弱
,因此 ,對于電壓、電骶鵟n較小的測試信號
,使用有源濾波器效果較好 .數(shù)字濾波指的是通過一定的計算機(jī)等
程序減少干擾的比重 ,提高信號 /干擾比
.一般可分為時域濾波和頻域濾波 .常采
用的濾波方法有限幅濾波、中值濾波、算術(shù)平均濾波、去極值平均濾波、加權(quán)平均
濾波、遞推平均濾波和低通濾波等 .中值濾波的應(yīng)用非常廣泛
,它是對某一種被測
參數(shù)進(jìn)行若干次采樣 ,然后將這些采樣進(jìn)行排序
,選取中間位置的采樣值為有效值 ,其特點是在濾除隨機(jī)脈沖噪聲的同時
,能較好地保護(hù)信號細(xì)節(jié),為了滿足系統(tǒng)快
速性的要求 ,人們又提出了快速中值濾波的算法.為解決信號的非平均性
,人們提 出了自適應(yīng)濾波法,它是根據(jù)信號的特征
,自動調(diào)整濾波器的結(jié)構(gòu) ,直接從原始輸
入信號出發(fā)進(jìn)行濾波 . 3 無紙記錄數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)
由于測量過程中有大量的信息 ,如何以最少的數(shù)據(jù)記錄最大的信息量
,是個人儀器
系統(tǒng)設(shè)計中一個重要的問題 ,甚至是致命性的問題
.在虛擬儀器中 ,由于計算機(jī)和
存儲設(shè)備的使用 ,可實現(xiàn)無紙記錄 ,具有存儲再現(xiàn)功能
. 4 數(shù)據(jù)處理技術(shù)
對采集數(shù)據(jù)的處理不僅僅是作常規(guī)的分析計算
,而且包括特征參數(shù)的提取 .這些技
術(shù)的實現(xiàn)大多依賴于具體問題的具體算法
.現(xiàn)代虛擬儀器大多帶有簡單的“專家系
統(tǒng)” ,可以實時作出診斷. 5 中斷技術(shù)
由于測試中許多數(shù)據(jù)的采集需實時進(jìn)行
,故在虛擬儀器中廣泛采用中斷技術(shù)以滿足
各種實時測量的要求 .在某些專用測量儀器中
,需周期性定時采集某些信號量 ,因 此 ,定時中斷技術(shù)得到了廣泛運用
. 6 通道和虛擬通道技術(shù)
通道是一種專用處理部件 ,它能控制一臺或多臺外設(shè)工作
,負(fù)責(zé)外部設(shè)備和主存之 間的信息傳輸 ,它一旦被啟動就能獨立于ＣＰＵ和通道并行操作
,而且ＣＰＵ和各
種外部設(shè)備也能并行操作 .早期的ＰＣ測試系統(tǒng)中廣泛采用通道技術(shù)
,隨著ＰＣ機(jī) 性能不斷提高 ,可編程器件的發(fā)展
,特別是ＣＰＵ性能的提高 ,軟件技術(shù)的發(fā)展
,越來越多地采用虛擬通道技術(shù) ,即由主ＣＰＵ承擔(dān)原來通道技術(shù)中專用處理部件
的部分功能 ,由ＣＰＵ和外部可編程器共同構(gòu)成虛擬通道
,這樣使自動測試系統(tǒng)的
硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)一步得到簡化 . 7 多道程序設(shè)計技術(shù)
所謂多道程序就是在內(nèi)存中同時存放著幾道用戶程序
,系統(tǒng)為每道程序提供獨立的 工作環(huán)境 ,即獨立的存儲空間、獨立的文件和其它的系統(tǒng)資源
,以防止應(yīng)用程序間 的相互影響 ,并控制各道同步或異步運行
,從而有效地處理多個隨機(jī)事件 . 8 交互式技術(shù)
ＰＣ機(jī)是一典型的交互式計算機(jī) ,因此基于ＰＣ的虛擬儀器一般具有交互性
,以便 于人工干預(yù)測試過程 ,使測試過程更具有靈活性
. 9 屏幕管理技術(shù) 多窗口圖形界面 ,圖形表格輸出
,可直觀操作和讀數(shù) . 1 0 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)
虛擬儀器作為網(wǎng)絡(luò)的一個結(jié)點接入網(wǎng)絡(luò)
,以便上一級管理計算機(jī)的統(tǒng)一控制 ,同時
利用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)可發(fā)展成為虛擬實驗室或?qū)嶒炛行?/p>
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