十年磨砺，NI公司的虚拟仪器终成正果

      记得美国国家仪器公司(NI)刚刚推出虚拟仪器时，很多竞争公司乃至许多青睐于台式仪器的用户都不屑一顾，直到去年，我在采访过程中，还听到有声称虚拟仪器派不上大用场！可就在不久前，NI虚拟仪器却又捧得了《电子工程专辑》举办的ACE大奖，也就是说，还是得到了众多中国工程师的积极肯定。那么，虚拟仪器在中国究竟应用得怎么样，发展前景又如何，带着这一连串的问题，我接连参加了两次NI公司举办的研讨会，也接触了不少用户，通过了解，发现上述观念可能需要更新！ 
      日前，NI公司在中国电子业比较繁荣的十个城市举行了声音振动测量和分析巡回研讨会。会上，该公司负责深圳和福建地区的工程师周林介绍说：“目前NI的虚拟仪器已经覆盖到了几乎所有的测试领域”。从纳斯达克的年报分析来看，NI的虚拟仪器的销售也确实取得了不俗的业绩。这几年，年度复合增长率都超过了15%，而在亚太区则超过了20%，中国区的增长甚至更高。
      周林介绍说，NI的振动分析已经应用于许多大型项目。在刚刚通车的深圳西部通道桥身上，就安装了由NI公司设计提供的监控系统。通过桥身和桥墩上安装的数百个不同用途的传感器，将大桥的各部位的振动信息和加速度信息送回测试监控系统。在系统中，采用了由NI公司提出的IEEE1451.4混合模式通信协议和TEDS格式智能传感器接口标准。“由于采用了该标准，无需传感器校准，所有传感设备的位置都可以自动建立，具有易安装、配置、维护和扩展的潜力，即插即用，更重要的是，在一般的系统中需要逐个校准，而该系统中任何传感器都可以随时互换，”周林说。“另外，NI的动态信号采集平台中的另一个特点是含有信号调理功能，这样，所有的传感源都可以直接送入平台进行处理，而无需在通过放大器等对信号进行进一步的调理”，周林补充说。
        系统信息采集平台利用NI的CompactRIO。比较适合于恶劣的环境，可以实现50g的振动等级，动态范围大于110dB。“NI这种大型系统的通道数量目前可以实现多达5000个，并且所有的采集可以同步，1KHz条件下的同步小于0.1°”，周林介绍说。另外，系统的数据分析采用了多种方案。包括频域分析，时域小波分析，以及特别实用的自回归模型检测。他还说，“对于许多裂变冲击信号来说，因为冲击信号具有很宽的谱域，几乎呈均匀分布，用常规的时域和频域分析都无法奏效，而NI的自回归模型分析最有效。”通过现场试验，发现利用自回归模型检测时，一般用4到5次回归即可得到稳定的结果。
       类似这样的大型动态实时监控系统很多，比如大亚湾核电站反应堆的检测等。另外，研究发现，电网系统业可以利用NI的设备来构建预测系统，现在已有大型电网成功预测的经验，即对整个电网的稳态过程进行建模，而当系统崩溃前，都会有一些非稳态的预兆，利用该系统可以成功的提前发现预兆，并采取预防措施，防止系统的全部崩溃。
       NI公司的虚拟仪器在音频声学应用方面也得到了许多应用。“目前音频测试方面遇到许多挑战，主要包括需要更多的通道数，更快的测试速度，更高的测试，以及更广泛的易用性”，NI公司的工程师杨诚认为。为了应对这些挑战，NI公司具备了完整的解决方案。首先是NI具有高质量的激励源，包括单音、白噪声、Chirp、多音正弦、步进频率正弦等。“NI公司的音频采集模块具有双路输入和输出，基于其多通道的同步测试能力，可以方便地实现激励与相应的比较。另外，多通道中的任意一路都可以作为触发源，能够实现稳定的模拟和数字同步”，杨诚介绍说。
      目前很多大型的级音响设计公司都采用了NI的声学测试解决方案。包括的Bose，Philips和Sony等。杨诚介绍说，过去Sony采用传统的台式仪器解决方案，单套成本达到23000美元以上。而利用NI公司的PXI4461和开关矩阵模块PXI2593进行升级后，成本降低到9000美元左右。同时测试速度还提高了5倍左右。
      在普通的消费品生产领域，似乎NI的模块化测试系统应用更加广泛，比如一些产品的出厂筛选应用。NI公司的技术主任张南雄介绍说，在某工厂的小型风扇检测中，采用了NI的模块化测试系统，在大大提高测试速度并节省人力成本的同时，使测试结果的置信度获得了数量级的提升。而在之前，生产质量检测只能依靠人工的方法，即通过听风扇的噪音来判断。由于生产车间的噪音高，还必须建造专门的试音室。测试结果则依赖于测试人员的经验，通常还会产生较大的误差。他还介绍了一个硬盘检测的案例。传统上，都是依靠人工听取磁头读取数据的噪声来判断硬盘的质量。而利用NI的测试解决方案，加上AR分析模型以及误差预测法，实现了对非平稳事件的准确筛选检测。
      出了直接用户之外，许多从事测试的电子公司都也将虚拟仪器作为一个重要的业务分支。来自深圳捷测电子公司工程部的万平经理认为，NI的虚拟仪器具有不少特点。其中最引人注目的并不是成本，而是使用的方便性、插即用功能、PCI扩展功能等，因而在嵌入式系统设计中颇具吸引力。另外，LabVIEW软件的兼容性能的快速改善也为用户提供了不少方便。“捷测电子作为为用户提供测试解决方案的测试公司，在为用户设计的方案中，已经大量地采用了虚拟仪器，基本都获得了较好的应用”，万平说。