虚拟电子测量仪器集成系统基础架构技术方案

虚拟电子测量仪器集成系统是本发明专利技术定义的，用于实现系列模块化电子测量仪器物理集成和测量功能逻辑集成的虚拟仪器技术解决方案。为实现这一方案，本发明专利技术构建了一种用于组建该系统的基础架构，也称基础平台，包括系统总线、系统控制器及其相关机械、电气规范。系统总线VIIS-EM专门针对模块化仪器的集成需求而设计，系统控制器负责命令的解析与数据传输并控制各功能模块协调工作。虚拟电子测量仪器集成系统超越了单一仪器的概念，构成一个由多源激励到多域、多功能测试的闭环测量系统，基础架构是实现系列电子测量仪器集成化的一种全新模式，为组建大规模电子测量综合教学实验室奠定了基础，尤其适用于高等学校电子测量教学实验的使用需求。

【技术实现步骤摘要】
虚拟电子测量仪器集成系统基础架构
本技术专利技术属于虚拟仪器技术、仪器总线技术、电子测量
，具体讲，是一 种实现系列虚拟电子测量仪器有机集成，并构建一个功能强大的闭环的电子测量系统的一 种体系结构。基于本专利技术可以形成和构建一种，“虚拟电子测量仪器的集成系统”，具体讲 包括系统总线、系统控制器。
技术介绍
(I)虚拟仪器技术是指以计算机为核心的测试测量仪器组建技术，虚拟仪器技术 以计算机为硬件平台，利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测 量任务。虚拟仪器是一种由计算机操纵的模块化仪器系统，除信号的输入和输出以外，仪器 的操作和测量、控制、变换、分析、显示等功能均由软件来实现的。(2)电子测量技术是指对电子技术中各种电参量进行测量的技术，其内容主要包 括能量的测量、电路参数的测量、信号特性的测量、电子设备性能的测量、电路特性曲线的 测量等等；电子测量仪器是指为进行这些测量而设计的各类装置和仪表。(3)虚拟电子测量仪器是指采用虚拟仪器技术方案设计的电子测量仪器，是对传 统电子测量仪器概念的重大突破，如虚拟信号发生器、虚拟示波器、虚拟频谱分析仪、虚拟 逻辑分析仪、虚拟LCR测试仪、虚拟集成电路测试仪等等。(4)总线技术在虚拟仪器系统中起着十分重要的作用，是连接控制器和程控仪器 的纽带，总线的能力直接影响着系统的总体性能，总线技术的不断更新换代推动了虚拟仪 器技术水平的提高。为仪器或自动测试系统设计的总线称为仪器总线，通常都提供同步、触 发和高精度时钟等专用信号线，如GPIB、VX1、PX1、LXI等标准化通用仪器总线。专门为组 建某种测量系统而定义的总线称为专用仪器总线。
技术实现思路
1.技术问题与本专利技术的目的(I)传统电子测量仪器以硬件结构为核心，时间域、频率域、数据域的各类仪器独 立设计，结构封闭、灵活性不强、不具有集成测试能力，数据管理和信号处理与分析能力有 限。(2)在电子测量工作中，当需要对电子产品的多种特性、多项参数进行综合、系统 测量时，便需要信号源与时间域、频率域、数字域的各类电子测量仪器配合协调工作，同时 电子测量
仪器功能不断趋于复杂，客观上就出现了需要集成多个测量设备来满足 完整的测试需求的问题。为此组建一个综合的、闭环的、并具有信号分析和数据处理能力的 电子测量系统变得十分必要，因此将各类电子测量仪器及其功能集成于一个统一的平台之 上，并扩展测试与分析处理能力，为电子测量工作提供一个一站式的解决方案是电子测量 仪器的需求和发展趋势。(3)传统常规电子测量仪器，如示波器、频谱分析仪、逻辑分析仪、信号发生器等，因其均为硬件化的技术方案，所以难以组建综合测试系统或电子测量平台，因为这些仪器 仅仅能单独测量某个或某几个量，功能相对单一，而且相互之间不能通信，不能实现信息共 享，从而不能完成对被测系统的综合分析、评估，进而得出准确判断。(4)虚拟仪器技术从本质上说是一个集成的软硬件概念，随着虚拟仪器技术的发 展，虚拟电子测量仪器逐渐成为电子测量仪器的优选技术方案。而基于单一数据采集卡构 建的虚拟电子测量仪器的技术优势并不够十分充分和明显，不能实现系列虚拟电子测量 仪器的有效集成和有机融合，虚拟仪器总线为所有的I/o设备连接和集成提供了标准的接 口，可以方便地将多个测量设备集成为统十的系统。为此采用虚拟仪器总线技术构建“虚拟 电子测量仪器集成系统”成为目前最为有效的，一种优化的技术解决方案。(5)采用标准化通用仪器总线构建虚拟仪器与自动测试系统的各类总线具有成本 高和控制复杂等诸多问题，典型的VX1、PXI主要应用于组建大、中规模工业数据采集与自 动化测量应用系统，适宜于对速度、精度要求较高的大型高精度集成系统场合，且研发成本 和造价太高，为在大范围推广，尤其是在高等学校电子测量技术教学实验室的推广带来了 较大的困难。LXI总线尚未成熟，开发基于LXI总线的测试系统具有一定的难度和风险。PC 总线没有针对测量仪器的触发与同步功能，构建虚拟电子测量系统非常困难。为此需要定 义一个可以集众家所长，量体裁衣，在功能和成本方面达到一个最佳平衡点，以最低的价格 达到最完美的功能的专用仪器系统总线，基于该仪器总线可以构建一个功能强大的闭环的 电子测量系统。所以基于虚拟仪器总线技术的思想定义一个“虚拟电子测量仪器集成系统” 基础架构是一种顺理成章的现实需求。2.本专利技术的具体内容为实现上述专利技术的目的，本专利技术的内容是定义了一个满足系列虚拟电子测量仪 器模块集成需求的基础架构，也称基础平台或系统结构，具体讲设计涉及系统的硬件结构 和系统的软件结构。“虚拟电子测量仪器集成系统”内涵界定与技术特征“虚拟电子测量仪器集成系统”也称为虚拟电子测量系统。为方便阐述本专利技术的技 术方案，首先需要对系统内涵与技术特征做一下清晰的界定。(I)虚拟是指本专利技术采用的是虚拟仪器技术解决方案，有别于模拟电子测量仪 器、数字电子测量仪器和智能电子测量仪器的技术解决方案。(2)集成包括模块仪器的物理集成和测量功能的逻辑集成。模块仪器的物理集 成是指多域或多台仪器可以方便的集成于本专利技术所述的统一的体系结构之上。为符合和贴 近操作者对传统电子测量仪器的操作习惯和思维惯性，各模块仪器之间具有一定的相对独 立性。为满足电子测量技术不断发展的需求，本专利技术所述的体系结构具有无限的开放性，即 新开发的模块测量仪器，只要遵循本专利技术所确定的技术规范，便可以方便的无缝集成于本 体系结构之上。测量功能的逻辑集成是指基于本技术方案，同域各类仪器可以方便的实现 测量与分析功能的有效与高度融合。(3)系统是指基于本专利技术所阐述的体系结构，突破和超越了传统单一仪器的概 念，升级并实现了系列电子测量仪器由独立设计、独立运行到构成一个统一、有机的整体， 构成一个由多源激励到多域、多功能测试的闭环的电子测量系统。系统不是模块化仪器的简单、机械组合，而是由多种激励信号源、各域测试仪器、数字信号处理、测量数据管理、网络化通信等构成的闭环系统。这里所述的“域”是指时间域、频率域、数据域、调制域、阻抗域等。这里所述的“源”是指模拟信号源、数字信号源、任意波形信号源、函数信号源、调 制波形信号源等等。虚拟电子测量仪器集成系统体系结构如图1所示。其模块化系列电子测量仪器， 如时间域的示波器、频率域的频谱分析仪、数据域的逻辑分析仪等的技术解决方案均具有 各自的技术特性，另行陈述。“虚拟电子测量仪器集成系统”基础架构技术方案虚拟电子测量仪器集成系统包括基础架构和模块化仪器。本专利技术定义并构建了一 种用于组建该系统的基础架构，具体讲，包括构建整个测量系统的系统总线、系统控制器及 其相关规范。(I)本专利技术专门定义了 一个系统总线，称为VIIS-EM(Virtual Instrument Integration System for Electronic Measuring)总线，总线是专门针对虚拟电子测量仪 器模块集成需求而设计。VIIS-EM总线刻于系统背板上，结构精简紧凑，效率高，便于集成实 现；(2)本专利技术中的系统控制器负责命令的解析与数据的传输，控制各功能模块协调 工作。系统控制器通过USB2. O接口实现和计算机的通信。计算机通过USB实现对各仪器 模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
定义了“虚拟电子测量仪器集成系统”的概念，对其内涵与技术特征做出了清晰的界定。

【技术特征摘要】
1.定义了“虚拟电子测量仪器集成系统”的概念，对其内涵与技术特征做出了清晰的界定。2.定义并构建了一种用于组建“虚拟电子测量仪器集成系统”的基础架构，包括系统总线、系统控制器及其相关规范等。3.在对现有各类总线自动测试系统进行深入研究的基础上，针对虚拟电子测量仪器集成系统这一具体需求提出并定义了一种适用于构建该系统的功能强大，灵活实用的仪器总线，称为VIIS-EM总线，其技术特征在于该总线是模块化仪器硬件系统集成的关键和保障，是软件控制模块化仪器的基础。4.规定了系统总线协议规范，采用在多处理器间加入双口RAM...

【专利技术属性】
技术研发人员：张秉仁，林君，韦建荣，李冶，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：