虚拟仪器的基本原理、主要结构和性能特点及国内外研究现状分析

　　全面介绍了虚拟仪器概念的提出，它的基本原理、主要结构和性能特点；回顾了虚拟仪器技术的发展历史，简要介绍了各阶段虚拟仪器的基本特点；对国内外虚拟仪器技术的应用研究现状作了详细阐述；最后，展望了未来虚拟仪器技术的应用研究。

　　虚拟仪器 （Virtual Instrument，VI） 是20世纪80年代末由美国国家仪器公司 （National Instru-ments Corporation，NI）提出的新概念 ， 是对传统仪器概念上的重大突破 。虚拟仪器技术就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。一个典型的倒子是在计算机上插数据采集卡，然后用软件在屏幕上生成仪器面板，用软件来进行信号分析的处理，实现传统仪器的功能。灵活高效的软件能帮助您创建完全自定义的用户界面，模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成，标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。这也正是NI近30年来始终引领测试测量行业发展趋势的原因所在。只有同时拥有高效的软件、模块化I/O硬件和用于集成的软硬件平台这三大组成部分，才能充分发挥虚拟仪器技术性能高、扩展性强、开发时间少，以及出色的集成这四大优势

　　与传统测量仪器相比，虚拟仪器技术有着许多自己独特的特点与优势，以下列出其一部分特点：

　　①虚拟仪器具有开发与维护费用低的特点。

　　②虚拟仪器具有传统仪器所无法比拟的强大信号处理能力。因为虚拟仪器可以充分利用计算机强大的软件资源，对信号灵活地进行计算、分析、判断、处理、显示或输出等。

　　③虚拟仪器由用户自定义仪器功能， 而传统仪器一经设计、制造完成后， 就很难改变。

　　④虚拟仪器具有技术更新周期短的特点，大约为1-2年。

　　⑤虚拟仪器开放、灵活，可与计算机同步发展，可灵活地与网络及其周边设备实现互联

　　目前虚拟仪器技术已经普遍被应用于测试测量与工业自动化领域，包括电子测控、电力工程、物矿勘探、医疗、震动分析、声学分析、故障诊断及教学科研等多方面

　　虚拟仪器的起源可以追朔到20世纪70年代，PC机出现以后，仪器级的计算机化成为可能，NI公司已经在Macintosh计算机上推出了LabVIEW2.0以前的版本。虚拟仪器技术就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年问世以来，世界各国的工程师和科学家们都已将NI LabVIEW图形化开发工具用于产品设计周期的各个环节，从而改善了产品质量、缩短了产品投放市场的时间，并提高了产品开发和生产效率。使用集成化的虚拟仪器环境与现实世界的信号相连，分析数据以获取实用信息，共享信息成果，有助于在较大范围内提高生产效率。

　　根据虚拟仪器的发展过程，截至目前，大致可以分成三个发展阶段：

　　第一阶段，利用计算机增强传统仪器的功能。由于GPIB总线标准的确立，计算机和外界通信成为可能，只需要把传统仪器通过GPIB和RS-232同计算机连接起来，用户就可以从测量仪器获得数据，并在计算机上通过各种软件工具来完成对数据的分析处理与显示。

　　第二阶段，开放式仪器。仪器硬件上出现了两大技术进步：一是插入式计算机数据处理卡 （ plug-in PC-DAQ ）；二是VXI仪器总线标准的确立。

　　第三阶段，虚拟仪器框架得到了广泛认同和采用。软件领域面向对象技术把任何用户构建虚拟仪器需要知道的东西封装起来。许多行业标准在硬件和软件领域以产生，几个虚拟仪器平台已经得到认可并逐渐成为虚拟仪器行业的标准工具。