1.5　虚拟仪器对测量观念及技术的影响

在虚拟仪器技术出现之前，传统测量仪器主要由硬件构成，一个测量过程包括检测和显示。现在的虚拟仪器，由硬件和软件共同组成，一个测量过程包括采集、计算和显示三部分，并且与计算机紧密融合，充分利用计算机具有的强大数据计算、分析及处理能力。

虚拟仪器为测量观念和技术带来了哪些变化呢？首先，利用虚拟仪器技术，可以减轻测量、测控工作中繁重和重复性的劳动。普及型计算机出现之前，为保证测量数据的准确无误，往往要求工作人员连续数小时精神高度集中地进行许多复杂的测量操作；为得到一条测量曲线，需要人工重复进行很多次测量甚至实验。普及型计算机出现后，人们逐渐在越来越多的场合和相关测量工作中应用计算机进行测量数据的分析、处理和存储^[9]，并根据实际测量应用需求，构建测量或测控系统，以使得测量任务可以自动地完成。

其次，虚拟仪器技术已经使测量的技术手段、方法、准确性、范围等均发生了很大变化，引起了测量方法和测量概念的变革。虚拟仪器技术充分利用计算机强大的数据分析、计算及处理能力，推动了间接测量以及软测量技术的发展。一些过去长期未能得到很好解决的测量问题，也由于合理地应用了计算机技术而得到了成功、有效的解决。

例如在测量过程中，由于周围环境的湿度、振动、噪声、电磁场等的影响，以及测量仪器本身性能存在局限性，测量结果中常夹杂着多种多样的干扰成分。当测量结果中混杂有各种不稳定的干扰信号时，这样的测量结果是很难直接被利用的，因为它已不是被测的真实信号本身。利用计算机对这样的测得信号进行滤波、降噪、相关等处理，就可能将其中夹杂的干扰、污染等成分去除掉，从而恢复出被测有用信号的本来面目。在极端情况下，有用信号甚至可能十分微弱，以至于完全淹没在干扰信号之中。这种情况下，充分利用计算机技术，也不难实现“沙里淘金”——将被干扰信号淹没的微弱有用信号几乎无损失、较准确地检测、提取出来^[9]。又例如，利用计算机也很容易完成统计性实验，即可以将大量的重复性测量问题化为概率模型，应用蒙特卡罗等方法去实现。

另外，在工业生产中存在大量需要了解、知晓、把握的所谓过程参数，因为它们往往与生产的效率、产品的质量等密切相关，需要加以严格控制。然而，由于技术、工艺或控制成本等原因，目前还无法或难以用传感器直接对它们加以检测^[10]。而将计算机引入到测量领域后，就使得对这些过去难以测量参数的获取成为可能。目前的解决办法是，利用传感器采集一些容易检测到的且承载着难以直接测得信号的特征参数，如温度、流量或压力等，建立合适的数学模型，然后采用间接的方法，计算或推断出难测的参数。这类问题一般都属于逆问题，即要由已知所关注系统的激励和所能得到的响应来反求出系统的参数。一般情况下，这类问题没有唯一解。通常，给所关注系统建立的数学模型是微分方程或微分方程组，所面临的问题与系统参数辨识类似，需要借助软件和算法来解决问题^[11]。而这正是虚拟仪器技术的强项，对这类问题的解决，大大扩展了虚拟仪器技术的应用范围。