摘要：將模塊化硬件、測量軟件和計算機技術(shù)結(jié)合而生的虛擬儀器技術(shù)，使用戶可通過軟件來自定義儀器，從而使測量方式有了更大的靈活性，虛擬儀器技術(shù)目前已經(jīng)成為測試應(yīng)用中的主流技術(shù)，眾多測量行業(yè)已開始接受和使用虛擬儀器技術(shù)的，或者傾向于采用虛擬儀器技術(shù)。

關(guān)鍵詞：測量、軟件、虛擬儀器

引言：測量系統(tǒng)一直被人們被稱之為“自動化領(lǐng)域的荒蕪之地”，因為測量涉及到的應(yīng)用范圍巨大，人們需要為每個不同的應(yīng)用專門設(shè)計一套獨立的系統(tǒng)，這樣測領(lǐng)設(shè)備利用率低下，靈活性不夠，虛擬儀器以其突破性的技術(shù)逐漸改變了這一狀況，其模塊化的硬件組成及開放式的應(yīng)用軟件可以幫助用戶通過一套測量系統(tǒng)同時進行許多不同的測量應(yīng)用要求。

　　美國國家儀器公司（National Instrument）在20世紀80年代中期最先提出了“軟件就是儀器”（The Software is the Instrument）的概念。這個概念的出現(xiàn)，使用戶開始可以自定義儀器系統(tǒng)。虛擬儀器技術(shù)就是通過完善的測量軟件將傳統(tǒng)的測量儀器硬件和計算機有機結(jié)合，從而把計算機強大的計算處理能力和儀器硬件的測量、控制能力結(jié)合在一起，大大縮小了儀器硬件的成本和體積，并通過軟件實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的顯示、存儲以及分析處理。

虛擬儀器的構(gòu)成
　　虛擬儀器系統(tǒng)的基本構(gòu)架包括模塊化的測量硬件和功能強大的軟件兩部分。虛擬儀器的硬件主體為計算機和為計算機配置的電子測量儀器硬件模塊（各種傳感器、信號調(diào)理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)來集器等）。計算機及其電子測量儀器硬件模塊組成了虛擬儀器測試硬件平臺的基礎(chǔ)。虛擬儀器還可以選配開發(fā)廠家提供的系統(tǒng)硬件模塊，組成更為完善的硬件平臺。功能強大的測試軟件是虛擬儀器的真正核心部分，虛擬儀器的“鼻祖”NI公司在提出虛擬儀器概念時，就強調(diào)了軟件才是虛擬儀器的特征，強調(diào)軟件在虛擬儀器中極為重要的位置。實際上虛擬儀器的流行也正是得益與軟件上的成功開發(fā)，NI公司推出了系列豐富而又簡潔的虛擬儀器開發(fā)軟件，如面向工程技術(shù)人員的Lab VIEW和Lab Windows/CVI虛擬儀器開發(fā)平臺軟件。這些軟件編程方式簡單直觀、設(shè)備驅(qū)動程序齊全、還具有強大的分析表達功能，用戶通過它們能快速地構(gòu)建自己的測量儀器或測量儀器系統(tǒng)，根據(jù)不同的測試任務(wù)，在虛擬儀器開發(fā)軟件的提示下編制不同的測試軟件，來實現(xiàn)當(dāng)代科學(xué)技術(shù)復(fù)雜的測試任務(wù)。

虛擬儀器的優(yōu)勢
　　虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器相比較，在數(shù)據(jù)處理能力、設(shè)備利用率、可操作性等方面都具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，其具體優(yōu)勢如下：
1 強大的處理功能，它利用計算機系統(tǒng)的強大功能，結(jié)合相應(yīng)的硬件，大大突破傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示、傳送、處理等方面的限制，使用戶可以方便地對其進行維護、擴展、升級等。
2 具有良好的可擴展性，設(shè)備使用率高，系統(tǒng)成本低下。根據(jù)虛擬儀器的設(shè)計理念，基本相同的硬件基礎(chǔ)可構(gòu)造多種不同功能的測試分析儀器。這樣形成的測試儀器系統(tǒng)功能更靈活、系統(tǒng)費用更低。通過與計算機網(wǎng)絡(luò)連接，還可實現(xiàn)虛擬儀器的分布式共享，更好地發(fā)揮儀器的使用價值。
3 可操作性強。虛擬儀器界面可由用戶定義，針對不同應(yīng)用可以設(shè)計不同的操作顯示界面，隨著虛擬儀器技術(shù)不斷進步還可以不斷地擴展其功能及應(yīng)用范圍?，F(xiàn)在LabVIEW不僅能在PC上開發(fā)測試程序，而且可以在嵌入式處理器和FPGA上設(shè)計硬件。這一技術(shù)也將最終提供這樣的一個獨立環(huán)境，使用戶可以從設(shè)計測試系統(tǒng)到定義硬件的功能。
4 虛擬儀器因為其理念上的領(lǐng)先而具有比傳統(tǒng)儀器更短的開發(fā)周期。
5虛擬儀器開放、靈活．可與計算機同步發(fā)展，可與網(wǎng)絡(luò)及其它周邊設(shè)備互聯(lián)。

　　虛擬儀器是將電子測量技術(shù)與計算機技術(shù)深層次結(jié)合的新一類科學(xué)電子儀器。把虛擬儀器與傳統(tǒng)的電子儀器比較起來，在組建和改變儀器的功能和技術(shù)性能方面更為靈活、更為經(jīng)濟，更能適應(yīng)迅猛發(fā)展的當(dāng)代科學(xué)技術(shù)對測量技術(shù)和測量儀器不斷提出的更新并擴展功能與性能的要求。虛擬儀器的出現(xiàn)，徹底改變了傳統(tǒng)的儀器方法，開創(chuàng)了測量領(lǐng)域的新時代。而這種靈活性在由供應(yīng)商定義、功能固定、獨立的傳統(tǒng)儀器上是達不到的。經(jīng)過近20年的發(fā)展，虛擬儀器技術(shù)逐漸成熟，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，在教學(xué)實驗、電子測量、分析測試、航空航天測控、工業(yè)過程控制等領(lǐng)域逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的儀器儀表，產(chǎn)生了越來越大的社會效益和經(jīng)濟效益。
　　
　　隨著計算機技術(shù)和測量行業(yè)的不斷發(fā)展，虛擬儀器的發(fā)展將呈現(xiàn)以下趨勢：1智能化程度更高，功能更加完善。由用戶自主定義、賦予功能的范圍進一步擴大。2 軟硬件標準化程度進一步提高。廠商將同時對硬件和軟件標準化，硬件模塊功能會更加細化，功能更加齊全，驅(qū)動程序模塊和軟件開發(fā)平臺等若干層，對各層與相鄰層之間的接口都加以規(guī)范。3 網(wǎng)絡(luò)化程度更高。隨著網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)和無線技術(shù)的不斷發(fā)展，工程師們不僅能夠重新使用模塊化的組成部分，還可以更方便地在全球范圍內(nèi)共享知識和經(jīng)驗。商業(yè)科技的發(fā)展浪潮將會繼續(xù)，同時也將虛擬儀器技術(shù)推向新的領(lǐng)域。虛擬儀器也會被賦予更多功能。