摘要：將模塊化硬件、測(cè)量軟件和計(jì)算機(jī)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(cè)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(cè)試應(yīng)用中的主流技術(shù)，眾多測(cè)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(cè)量、軟件、虛擬儀器

引言：測(cè)量系統(tǒng)一直被人們被稱之為“自動(dòng)化領(lǐng)域的荒蕪之地”，因?yàn)闇y(cè)量涉及到的應(yīng)用范圍巨大，人們需要為每個(gè)不同的應(yīng)用專門設(shè)計(jì)一套獨(dú)立的系統(tǒng)，這樣測(cè)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(cè)量系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行許多不同的測(cè)量應(yīng)用要求。

　　美國國家儀器公司（National Instrument）在20世紀(jì)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(gè)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(cè)量軟件將傳統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器硬件和計(jì)算機(jī)有機(jī)結(jié)合，從而把計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算處理能力和儀器硬件的測(cè)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(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的顯示、存儲(chǔ)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(cè)量硬件和功能強(qiáng)大的軟件兩部分。虛擬儀器的硬件主體為計(jì)算機(jī)和為計(jì)算機(jī)配置的電子測(cè)量?jī)x器硬件模塊（各種傳感器、信號(hào)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(jì)算機(jī)及其電子測(cè)量?jī)x器硬件模塊組成了虛擬儀器測(cè)試硬件平臺(tái)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(tái)。功能強(qiáng)大的測(cè)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(shí)，就強(qiáng)調(diào)了軟件才是虛擬儀器的特征，強(qiáng)調(diào)軟件在虛擬儀器中極為重要的位置。實(shí)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(jiǎn)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(tái)軟件。這些軟件編程方式簡(jiǎn)單直觀、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序齊全、還具有強(qiáng)大的分析表達(dá)功能，用戶通過它們能快速地構(gòu)建自己的測(cè)量?jī)x器或測(cè)量?jī)x器系統(tǒng)，根據(jù)不同的測(cè)試任務(wù)，在虛擬儀器開發(fā)軟件的提示下編制不同的測(cè)試軟件，來實(shí)現(xiàn)當(dāng)代科學(xué)技術(shù)復(fù)雜的測(cè)試任務(wù)。

虛擬儀器的優(yōu)勢(shì)
　　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(shì)，其具體優(yōu)勢(shì)如下：
1 強(qiáng)大的處理功能，它利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的強(qiáng)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(duì)其進(jìn)行維護(hù)、擴(kuò)展、升級(jí)等。
2 具有良好的可擴(kuò)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(jì)理念，基本相同的硬件基礎(chǔ)可構(gòu)造多種不同功能的測(cè)試分析儀器。這樣形成的測(cè)試儀器系統(tǒng)功能更靈活、系統(tǒng)費(fèi)用更低。通過與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接，還可實(shí)現(xiàn)虛擬儀器的分布式共享，更好地發(fā)揮儀器的使用價(jià)值。
3 可操作性強(qiáng)。虛擬儀器界面可由用戶定義，針對(duì)不同應(yīng)用可以設(shè)計(jì)不同的操作顯示界面，隨著虛擬儀器技術(shù)不斷進(jìn)步還可以不斷地?cái)U(kuò)展其功能及應(yīng)用范圍。現(xiàn)在LabVIEW不僅能在PC上開發(fā)測(cè)試程序，而且可以在嵌入式處理器和FPGA上設(shè)計(jì)硬件。這一技術(shù)也將最終提供這樣的一個(gè)獨(dú)立環(huán)境，使用戶可以從設(shè)計(jì)測(cè)試系統(tǒng)到定義硬件的功能。
4 虛擬儀器因?yàn)槠淅砟钌系念I(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(jì)算機(jī)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(cè)量技術(shù)與計(jì)算機(jī)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(jì)，更能適應(yīng)迅猛發(fā)展的當(dāng)代科學(xué)技術(shù)對(duì)測(cè)量技術(shù)和測(cè)量?jī)x器不斷提出的更新并擴(kuò)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(cè)量領(lǐng)域的新時(shí)代。而這種靈活性在由供應(yīng)商定義、功能固定、獨(dú)立的傳統(tǒng)儀器上是達(dá)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(kuò)大，在教學(xué)實(shí)驗(yàn)、電子測(cè)量、分析測(cè)試、航空航天測(cè)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(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
　　
　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和測(cè)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(shì)：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(jìn)一步擴(kuò)大。2 軟硬件標(biāo)準(zhǔn)化程度進(jìn)一步提高。廠商將同時(shí)對(duì)硬件和軟件標(biāo)準(zhǔn)化，硬件模塊功能會(huì)更加細(xì)化，功能更加齊全，驅(qū)動(dòng)程序模塊和軟件開發(fā)平臺(tái)等若干層，對(duì)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(shí)和經(jīng)驗(yàn)。商業(yè)科技的發(fā)展浪潮將會(huì)繼續(xù)，同時(shí)也將虛擬儀器技術(shù)推向新的領(lǐng)域。虛擬儀器也會(huì)被賦予更多功能。