論電子技術(shù)試驗(yàn)中對(duì)虛擬儀器的有效運(yùn)用

歐陽(yáng)斌

摘 要：在計(jì)算機(jī)技術(shù)、測(cè)試儀器及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展背景下，儀器接口總線方式不斷豐富和完善，為電子技術(shù)試驗(yàn)中虛擬儀器的運(yùn)用提供了基礎(chǔ)。相比于傳統(tǒng)儀器，虛擬儀器實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用功能及范圍上的延展，在電子技術(shù)試驗(yàn)中提供了更為方便、快捷、靈活的應(yīng)用方式，其實(shí)踐價(jià)值效力毋庸置疑。時(shí)至今日，有關(guān)電子技術(shù)試驗(yàn)中對(duì)虛擬儀器有效運(yùn)用的學(xué)術(shù)研究備受關(guān)注，并成為現(xiàn)代科技發(fā)展的重要議題。本文基于對(duì)虛擬儀器的概述及分析，就其在電子技術(shù)試驗(yàn)中的有效運(yùn)用進(jìn)行了探究。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器 電子技術(shù)試驗(yàn) 有效運(yùn)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TP29 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）02（a）-0051-02

自20世紀(jì)80年代“虛擬儀器”概念提出以來(lái)，其在歷經(jīng)了30多年的探索后獲得了長(zhǎng)足發(fā)展，并且技術(shù)醇熟度越來(lái)越高，在多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。相較于其他技術(shù)，虛擬儀器技術(shù)具有高性能、強(qiáng)擴(kuò)展性、節(jié)約時(shí)間以及無(wú)縫集成等特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)。在電子技術(shù)試驗(yàn)中，虛擬儀器的有效運(yùn)用，構(gòu)建了一個(gè)全新的系統(tǒng)，為學(xué)習(xí)者提供了很好的便利操作平臺(tái)。在具體的實(shí)踐中，只有全面深刻了解虛擬儀器，才可對(duì)電子技術(shù)試驗(yàn)進(jìn)行有效指導(dǎo)，這也是本文的構(gòu)思路線。

1 虛擬儀器概述

信息化時(shí)代，虛擬儀器作為通信、電子、計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)集約發(fā)展的產(chǎn)物，在科研、教學(xué)、測(cè)控等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，并且發(fā)揮了重要作用。本節(jié)從概念與特點(diǎn)兩個(gè)維度上對(duì)虛擬儀器進(jìn)行了概述，為其有效運(yùn)用作鋪墊。

1.1 概念

20世紀(jì)80年代，美國(guó)儀器公司NI率先提出了虛擬儀器概念，在傳統(tǒng)儀器領(lǐng)域引發(fā)了異常重大變革。綜合來(lái)看，NI公司提出的虛擬儀器概念，其核心思想是“軟件即儀器”，它通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及儀器技術(shù)的串聯(lián)應(yīng)用，充分發(fā)揮了計(jì)算機(jī)智能資源的有效性，并生成全新的虛擬儀器系統(tǒng)。在此過(guò)程中，虛擬儀器的構(gòu)建包括電腦或工作站、軟件和I/O部件。其中，I/O部件既可以是獨(dú)立儀器，又可以是模塊化儀器、數(shù)據(jù)采集板抑或傳感器等，很直觀地呈現(xiàn)圖形編程語(yǔ)言，因而在不同工程應(yīng)用和行業(yè)測(cè)控的用戶(hù)中備受歡迎。通過(guò)虛擬儀器的圖形化語(yǔ)言和程序框圖，能夠清晰、自然地顯示當(dāng)前數(shù)據(jù)流，并通過(guò)地圖化的用戶(hù)界面，直觀地顯示數(shù)據(jù)，更便于數(shù)據(jù)的查閱、修改等操作。目前，很多高校針對(duì)教學(xué)需求研發(fā)了虛擬儀器，并實(shí)現(xiàn)了時(shí)頻分析、示波器、記錄儀、信號(hào)源以及頻譜分析儀等多樣化功能，對(duì)推動(dòng)電子技術(shù)試驗(yàn)發(fā)揮了重要作用。

1.2 特點(diǎn)

隨著微機(jī)技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用，虛擬儀器的種類(lèi)十分繁多，根據(jù)其總線方式的不同，可分為插卡型虛擬儀器、并行口市虛擬儀器、GPIB總線方式虛擬儀器、VXI總線方式虛擬儀器以及PXI總線方式虛擬儀器。其中，基于計(jì)算機(jī)內(nèi)數(shù)據(jù)采集卡與專(zhuān)用軟件結(jié)合的插卡型虛擬儀器，價(jià)格相對(duì)昂貴，并且受PC機(jī)機(jī)箱及總線限制。而并行口式虛擬儀器，將各種集成硬件容納在一個(gè)采集盒內(nèi)，能夠完成各項(xiàng)測(cè)量測(cè)試儀器的功能，且可直連筆記本計(jì)算機(jī)，方便使用。GPIB總線方式的虛擬儀器，實(shí)現(xiàn)了單臺(tái)手工操作向大規(guī)模自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)展，能夠同時(shí)串聯(lián)多臺(tái)儀器組合應(yīng)用，數(shù)據(jù)獲取精度高。VIX總線方式的虛擬儀器，具有標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)放、結(jié)構(gòu)緊走、同步定時(shí)準(zhǔn)確等有點(diǎn)，尤其適用于中大規(guī)模自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)以及精度、速度要求高的場(chǎng)景，是其他虛擬儀器所不能比擬的。PXI總線方式虛擬器，具有高度的可擴(kuò)展性?xún)?yōu)勢(shì)，其與臺(tái)式PC的性?xún)r(jià)比結(jié)合，勢(shì)將成為未來(lái)虛擬儀器平臺(tái)。

2 電子技術(shù)試驗(yàn)中虛擬儀器的有效運(yùn)用

以當(dāng)前的虛擬儀器技術(shù)發(fā)展形態(tài)來(lái)看，其在電子技術(shù)試驗(yàn)中的運(yùn)用發(fā)揮了重要作用。如上分析，不同總線方式的虛擬儀器各有所長(zhǎng)，在電子技術(shù)試驗(yàn)中的運(yùn)用要求存在差異。作者結(jié)合上述理論，以電子技術(shù)試驗(yàn)實(shí)例為基礎(chǔ)，提出了以下幾種虛擬儀器有效運(yùn)用策略，以供參考和借鑒。

2.1 二極管伏安特性曲線試驗(yàn)

針對(duì)二極管導(dǎo)體進(jìn)行的伏安特性曲線試驗(yàn)，能夠真實(shí)反映二極管電阻的變化規(guī)律，是物理學(xué)常用的圖像試驗(yàn)法之一。在具體的試驗(yàn)操作中，應(yīng)按照導(dǎo)線順序?qū)⒍O管電阻、虛擬信號(hào)發(fā)生器以及虛擬試波器進(jìn)行有效連接，并認(rèn)真予以檢查，在多方面確認(rèn)無(wú)誤后，再打開(kāi)虛擬儀器和計(jì)算機(jī)進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)操作。同時(shí)，為了保障虛擬儀器可以達(dá)到適合值，還需根據(jù)計(jì)算機(jī)顯示屏的呈現(xiàn)數(shù)值變化對(duì)虛擬儀器進(jìn)行調(diào)整，從而提高二極管伏安特性曲線試驗(yàn)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度。此后，通過(guò)多次調(diào)整虛擬儀器最終得到合適的通道值、衰減幅度值，繼而獲得穩(wěn)定的波形，即二極管伏安特性曲線。對(duì)比傳統(tǒng)試驗(yàn)演示方式，虛擬儀器在電子技術(shù)試驗(yàn)中的運(yùn)用，能夠有效保證數(shù)值精準(zhǔn)度，且操控準(zhǔn)確。在此過(guò)程中，就需注重利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中的基礎(chǔ)資源，根據(jù)引進(jìn)軟件或儀器模塊進(jìn)行語(yǔ)言環(huán)境下的編寫(xiě)。

2.2 共射極單管放大電路試驗(yàn)

在共射極單管放大電路試驗(yàn)中，首要保障相關(guān)器材連接正確，有效地將電容、電阻連接起來(lái)，以免影響試驗(yàn)結(jié)果。基于此，試驗(yàn)者還需對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置優(yōu)化。常規(guī)上來(lái)講，信號(hào)幅度偏小時(shí)，則合理選擇較低的靜態(tài)工作點(diǎn)，不僅可以有效減少電能消耗，同時(shí)亦利于降低放大器噪音。在此過(guò)程中，要著重保障傳輸信號(hào)不能失真。此類(lèi)電子技術(shù)試驗(yàn)中，合理選擇靜態(tài)工作點(diǎn)的關(guān)重原因在于，靜態(tài)工作點(diǎn)選擇不當(dāng)會(huì)造成飽和失真或截止失真等現(xiàn)象發(fā)生，是綜合測(cè)量靜態(tài)工作點(diǎn)影響關(guān)重因素的重要試驗(yàn)。在虛擬儀器的運(yùn)用過(guò)程中，試驗(yàn)者可根據(jù)不同應(yīng)用形式發(fā)現(xiàn)弊端，從而分析可能存在的編程失誤等情況，有效提升虛擬儀器的使用功能。

2.3 單極低頻放大器演示試驗(yàn)

在單極低頻放大器演示試驗(yàn)中，要將電阻、變阻器以及虛擬示波器等器件連接在一起，確保整個(gè)操作過(guò)程無(wú)誤。在此過(guò)程中，虛擬儀器運(yùn)用作用體現(xiàn)為顯示電壓波，繼而根據(jù)所需的頻率及波形，放在正確的時(shí)間和幅度上，最終獲取有效波形。而這個(gè)波形正是通過(guò)虛擬儀器調(diào)整得來(lái)的低頻放大器輸入和輸出電壓波形。在此過(guò)程中，試驗(yàn)者勢(shì)必會(huì)用到計(jì)算機(jī)的實(shí)用功能，包括數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、傳輸控制等，同時(shí)在同一PC機(jī)上實(shí)現(xiàn)虛擬儀器的不同功能，如數(shù)字存儲(chǔ)示波器、智能信號(hào)發(fā)生器、頻譜信號(hào)分析儀器等。基于虛擬儀器有效運(yùn)用的電子技術(shù)試驗(yàn)，完成了對(duì)常規(guī)儀器的取代，并由此生成自行設(shè)計(jì)的操控方式，最終獲取不同形式表達(dá)的檢測(cè)數(shù)據(jù)。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，電子技術(shù)試驗(yàn)中對(duì)虛擬儀器的有效運(yùn)用，具有十分重要的價(jià)值及意義。未來(lái)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展，虛擬儀器技術(shù)將更加醇熟，其采用總線方式可能會(huì)出現(xiàn)更加多元的變化，在電子技術(shù)試驗(yàn)中的運(yùn)用功能不斷延展。由于個(gè)人能力有限，加之虛擬儀器技術(shù)不斷革新，本文做出的研究可能存在不足。因此，作者希望學(xué)術(shù)界大家持續(xù)關(guān)注此課題研究，深刻解讀虛擬儀器的概念及特點(diǎn)，根據(jù)不同電子技術(shù)試驗(yàn)要求及需求，提出更多有效運(yùn)用虛擬儀器的建議或策略，并藉此推動(dòng)我國(guó)電子技術(shù)發(fā)展。

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