为了工程师，彻底改写测试测量格局，也真是够拼了！ - 全文

引言：测试与测量是人类认识客观世界的最基本方法，而仪器是实现测试与测量的工具。仪器伴随着人类科学的发展而不断进步，成为一切科学技术的基础，随着虚拟仪器的出现，为世界仪器产业注入了新鲜血液并彻底改写了测试测量产业的发展格局。

美国NI公司于上世纪80年代中期提出了全新概念的仪器—虚拟仪器，引发了传统仪器领域的一场重大变革。虚拟仪器是基于计算机的软硬件测试平台，它可代替传统的测量仪器，如示波器，逻辑分析仪，信号发生器，频谱分析仪等；可集成于自动控制，工业控制系统；可自由构建成专有仪器系统。

它由计算机，应用软件和仪器硬件组成。无论哪种虚拟仪器系统，都是将仪器硬件搭载到笔记本电脑，台式PC或工作站等各种计算机平台（甚至可以是掌上电脑）加上应用软件而构成的。

虚拟仪器的三大组成部分

1.高效的软件

软件是虚拟仪器技术中最重要的部份。使用正确的软件工具并通过调用特定的程序模块，工程师和科学家们可以高效地创建自己的应用以及友好的人机交互界面。拥有了功能强大的软件，就可以在仪器中创建智能性和决策功能，从而发挥虚拟仪器技术在测试应用中的强大优势。

2.模块化的I/O硬件

面对如今日益复杂的测试测量应用，无论是使用PCI， PXI， PCMCIA， USB或者是IEEE 1394总线，都能提供相应的模块化硬件产品，产品种类从数据采集及信号调理、模块化仪器、机器视觉、运动控制、仪器控制、分布式I/O到CAN接口等工业通讯，应有尽有。

3.用于集成的软硬件平台

虚拟仪器通过软件将计算机硬件资源与仪器硬件有机的融合为一体，从而把计算机强大的计算处理能力和仪器硬件的测量，控制能力结合在一起，大大缩小了仪器硬件的成本和体积，并通过软件实现对数据的显示、存储以及分析处理。从发展史看，电子测量仪器经历了由模拟仪器、智能仪器到虚拟仪器，由于计算机性能以摩尔定律飞速发展，已把传统仪器远远抛到后面，并给虚拟仪器生产厂家不断带来较高的技术更新速率。

测量仪器的主要功能都是由数据采集、数据分析和数据显示等三大部分组成的。在虚拟现实系统中，数据分析和显示完全用PC机的软件来完成。因此，只要额外提供一定的数据采集硬件，就可以与PC机组成测量仪器。

在虚拟仪器中，使用同一个硬件系统，只要应用不同的软件编程，就可得到功能完全不同的测量仪器。可见，软件系统是虚拟仪器的核心，软件就是仪器。

传统的仪器主要在仪器技术中用了某种计算机技术，而虚拟仪器则强调在通用的计算机技术中吸收仪器仪表技术。由于微电子技术、计算机技术、软件技术、网络技术的高度发展及其在电子工业测量技术与仪器仪表上的应用，新的测试理论、新的测试方法、新的测试领域以及新的仪器结构不断涌现，在许多方面已经冲破了传统仪器的概念。

作为虚拟仪器核心的软件系统具有通用性、通俗性、可视性、可扩展性和升级性，能为用户带来极大的利益，因此，具有传统的智能仪器所无法比拟的应用前景和市场。

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虚拟仪器应用

目前虚拟仪器已得到了广泛应用，并成为当前国内外测试技术领域十分关注的技术热点。

制造业的升级转型，不仅为设计和测试测量技术带来了新一轮的革新与挑战，更使如何高效优质地解决智能制造核心技术互联互通的测试问题，显得非常迫切和必要。在电子信息产业升级换代的过程中，测试测量行业的发展充当着重要角色。

随着计算机技术在测绘系统的广泛应用，传统的仪器设备缺乏相应的计算机接口，因而配合数据采集及数据处理十分困难。而且，传统仪器体积相对庞大，多种数据测量时常感到捉襟见肘，手足无措。我们常见到硬件工程师的工作台上堆砌着纷乱的仪器，交错的线缆和繁多待测器件。然而在集成的虚拟测量系统中，我们见到的是整洁的桌面，条理的操作，不但使测量人员从繁复的仪器堆中解放出来，而且还可实现自动测量、自动记录、自动数据处理。其方便之极固不必多言，而设备成本的大幅降低却不可不提。一套完整的实验测量设备少则几万元，多则几十万元。在同等的性能条件下，相应的虚拟仪器价格要低二分之一甚至更多。虚拟仪器强大的功能和价格优势，使得它在仪器计量领域具有很强的生命力和十分广阔的前景。

在专用测量系统方面，虚拟仪器的发展空间更为广阔。环顾当今社会，信息技术的迅猛发展，各行各业无不转向智能化、自动化、集成化。无所不在的计算机应用为虚拟仪器的推广提供了良好的基础。

虚拟仪器的概念就是用专用的软硬件配合计算机实现专有设备的功能，并使其自动化、智能化。因此，虚拟仪器适合于一切需要计算机辅助进行数据存储、数据处理、数据传输的计量场合。测量与处理、结果与分析相脱节的面貌将大为改观。数据的拾取、存储、处理、分析一条龙操作，既有条不紊又迅捷快速。推而广之，一切计量系统，只要技术上可行，都可用虚拟仪器代替，由此可见虚拟仪器应用空间是多么的宽广。

在自动控制和工业控制领域，虚拟仪器同样应用广泛。决大部分闭环控制系统要求精确的采样，及时的数据处理和快速的数据传输。虚拟仪器系统恰恰符合上述特点，十分适合测控一体化的设计。尤其在制造业，虚拟仪器的卓越计算能力和巨大数据吞吐能力必将使其在温控系统、在线监测系统、电力仪表系统、流程控制系统等工控领域发挥更大的作用。

虚拟仪器应用领域：

虚拟仪器技术的四大优势

虚拟仪器技术的优势在于可由用户定义自己的专用仪器系统，且功能灵活，很容易构建，所以应用面极为广泛。尤其在科研、开发、测量、检测、计量、测控等领域更是不可多得的好工具。虚拟仪器技术先进，十分符合国际上流行的“硬件软件化”的发展趋势，因而常被称作“软件仪器”。它功能强大，可实现示波器、逻辑分析仪、频谱仪、信号发生器等多种普通仪器全部功能，配以专用探头和软件还可检测特定系统的参数，如汽车发动机参数、汽油标号、炉窑温度、血液脉搏波、心电参数等多种数据;它操作灵活，完全图形化界面，风格简约，符合传统设备的使用习惯，用户不经培训既可迅速掌握操作规程；它集成方便，不但可以和高速数据采集设备构成自动测量系统，而且可以和控制设备构成自动控制系统。

1．性能高

虚拟仪器技术是在PC技术的基础上发展起来的，所以完全“继承”了以现成即用的PC技术为主导的最新商业技术的优点，包括功能超卓的处理器和文件I/O，使您在数据高速导入磁盘的同时就能实时地进行复杂的分析。此外，当前正蓬勃发展的一些新兴技术（如多核、PCI Express等）也成为推动虚拟仪器技术发展的新动力，使其展现出更强大的优势。

2．扩展性强

得益于软件的灵活性，只需更新的计算机或测量硬件，就能以最少的硬件投资和极少、甚至无需软件上的升级即可改进整个现有系统。在利用最新科技的时候，可以把它们集成到现有的测量设备，最终以较少的成本加速产品上市的时间。

3．开发时间少

在驱动和应用两个层面上，高效的软件构架能与计算机、仪器仪表和通讯方面的最新技术结合在一起。此外还提供了高灵活性和强大的功能，可以轻松地配置、创建、发布、维护和修改高性能、低成本的测量和控制解决方案。

4．出色的集成

虚拟仪器技术从本质上说是一个集成的软硬件概念。随着产品在功能上不断地趋于复杂，工程师们通常需要集成多个测量设备来满足完整的测试需求，而连接和集成这些不同设备总是要耗费大量的时间。虚拟仪器软件平台为所有的I/O设备提供了标准的接口，帮助用户轻松地将多个测量设备集成到一个系统之中，减少了任务的复杂性。

特别是在进入二十一世纪以后，以PCI总线方式、并行口式、GPIB总线方式、VXI总线方式和PXI总线方式这五种虚拟仪器技术的发展与成熟，对人类在其他科学领域的研究和工业实践起到了积极的促进作用，并彻底改写了世界仪器仪表产业的发展格局。

虚拟仪器成为未来核心仪器

虚拟仪器基于PC技术的特点，使其在工业智能化进程中具有了先天性优势。在未来，随着虚拟仪器技术水平的提升、产品品种的丰富和功能的不断延伸，虚拟仪器将在全球科技发展进程中起到更加重要的促进作用，产生深远的历史影响。

虚拟仪器技术是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、测量和自动化的应用。自1986年由NI公司首先问世以来，获得了科学界的迅速认可。因为基于PC技术，虚拟仪器系统与现实世界的信号能够取得高度联合，可以多角度分析数据以获取实用信息，帮助用户提升工作效率，减少产品研发周期。

相比较于传统仪器，虚拟仪器最大的特点是除了数据采集和显示部分的硬件系统之外，以基于计算机的软件分析系统为主导。它的不同功能模块可以让用户自由地对仪器进行定义，并且可以组合成为多种不同仪器，这让它在具体使用中具有了突破性的功能。因为基于计算机技术，虚拟仪器具有数据共享、使用灵活、携带方便、扩展性强和无缝集成的特点，使用范围日益广泛，已经成为国际自动化测试领域的新一代领跑产品。

在实际应用过程中，虚拟仪器具有更加强大的灵活性。它的模块化设置和系统，让用户在使用时只需更新计算机或测量硬件，就能以最少的硬件投资和极少的软件升级即可改进整个系统。在利用最新科技的时候，我们可以把它们集成到现有的测量设备，最终以较少的成本加速产品上市的时间。同时，因为其生产成本因素，相比较于大型固定仪器，能够帮助用户有效地降低生产成本，并形成全新的测量和控制解决方案。

因为工业仪器设备使用的物理环境更加复杂多变，受地形、温度、湿度等客观因素影响较大，因此，在一些大型仪器设备不能到达或者适应的工业生产现场，虚拟仪器的小型化、便携性和模块化优势便得到了更充分的体现，可以帮助用户实现在情况复杂的生产作业第一线进行工作。此外，由于传输的高速型，虚拟仪器能够让整个分析测试时间变得更短，减少科研人员的作业时间，提高效率。

但与传统仪器比较，虚拟仪器需要正视和面对的一大挑战，就是其自身的稳定性问题。因为自身的属性原因，在实际工作中，由于虚拟仪器相对开放的操作环境，用户如果由于人为或者非人为因素造成标定数据丢失或者程序改变，都有可能造成检测结果的失准。从这一点上来说，与传统仪器相比，虚拟仪器基于计算机开放网络的特性成为一把双刃剑，优势与劣势并存。如何更好地解决这个问题，提高虚拟仪器检测结果的准确性和稳定性，是摆在全球业者面前的主要问题。

虚拟仪器技术从提出至今，刚刚经过三十年的发展历程，与历史悠久的传统仪器相比，无论是在技术理论、产业特点、应用示范等阶段，都需要更多的时间去完善和发展。但虚拟仪器基于PC技术的特点，使其在工业智能化进程中具有了先天性优势。

小结：未来，随着虚拟仪器技术水平的提升、产品品种的丰富和功能的不断延伸，虚拟仪器将在全球科技发展进程中起到更加重要的促进作用，产生深远的历史影响。

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