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2023-06-21
虚拟仪器的发展历程与现状
【摘要】：到1994年虚拟仪器产品的制造厂家达90余家，生产1000多种产品。除此之外，如Tektronix公司、Racal公司等也相继推出了多种虚拟仪器产品。第四阶段是网络化虚拟仪器的快速发展。随着Internet的普及，测试技术网络化成为大势所趋，网络化虚拟仪器成为现阶段的主要发展方向。
1.虚拟仪器的产生
早在20世纪70年代，杰姆·特鲁查德和杰夫·柯德斯凯两人（NI公司创始人）为美国海军研制了一种声纳探测器的测试系统，该系统是基于计算机的测试系统，它为用户提供了各层次的交互接口，在计算机的控制下完成指定的测试任务，还可通过对系统的可编程器件进行编程，配置用户所需要的测试系统。但是，该系统的缺点是开发成本高，周期长，而且用户必须学会复杂的操作命令，难以掌握，使用不便。后来，杰姆·特鲁查德和杰夫·柯德斯凯两人由该系统得到启发，提出了测试系统软件的模块化，即由多层VI（Virtual Instrument）程序构成测试系统软件，每个VI具有相同的结构与接口模式，这样大大简化了软件结构与程序设计，为测试系统软件的结构化设计开辟了新的里程。
1983年Apple公司推出了图形界面的个人计算机Macintosh，使得在计算机屏幕上模拟真实仪器的面板成为可能。在杰夫·柯德斯凯等人的努力下，测试系统软件的操作界面做得更加友好，每个VI程序都含有一个形象逼真、操作方便的前面板和一段实现特定功能的程序代码。但在程序代码的编写上需要技术人员具有相当的技巧和经验，对不熟悉代码编程的仪器工程师来讲，增添了不少困难和障碍。为了使测试系统软件的设计符合易学易用、方便快捷的要求，适合广大的测试系统的专业工作者，杰夫·柯德斯凯在分析比较了多种编程方法之后，采用了数据流框图的编程方式来设计VI程序的源代码，于是图形化编程的虚拟仪器设计（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，LabVIEW）软件诞生了。1986年5月，NI公司推出了LabVIEWBeta版，同年10月LabVIEW1.0版正式发布。
在Windows3.0操作系统出现之前，LabVIEW都是运行在Macintosh平台上的。Windows3.0面世后，NI公司将LabVIEW向Windows平台移植，于1993年1月推出了多平台的LabVIEW3.0版。其优异的性能很快得到业界的认可，并成为虚拟仪器技术的主导者。
由于虚拟仪器技术的先进性、优越性和广阔的发展前景，在NI公司之后，有不少国际知名的厂商，如美国HP公司、Tektronix公司、PC仪器公司，迅速加入了虚拟仪器研发的行列，虚拟仪器技术进入了飞速发展时期。到1994年虚拟仪器产品的制造厂家达90余家，生产1000多种产品。美国NI公司仍然是该行业的领头羊，它不仅能够提供虚拟仪器系统所需的各种硬件产品（包括各种数据采集产品，各种GPIB仪器控制产品及各种VXI仪器控制产品等），而且能够为不同层次的用户提供简单方便的虚拟仪器软件开发平台，如LabVIEW、LabWindows/CVI等。此外，美国HP公司也推出了数十至数百种虚拟仪器的组建单元和整机以及虚拟仪器的软件开发平台HP-VEE和HP-ITG，用户可组建或挑选自己所需的仪器。除此之外，如Tektronix公司、Racal公司等也相继推出了多种虚拟仪器产品。
虚拟仪器的出现和兴起，改变了传统仪器的概念、模式和结构，并以其特有的优势显示出强大的生命力。
2.虚拟仪器的发展阶段
虚拟仪器的发展大致可以分为四个阶段，这四个阶段有时是同步交叉进行的。
第一阶段是利用计算机技术增强传统仪器的功能。由于GPIB（General Purpose Interface Bus）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，用户就可以用计算机控制仪器。随着计算机系统性能价格比的不断上升，用计算机控制测控仪器成为一种趋势。
第二阶段是开放式的仪器构成。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-inPC-DAQ）；二是仪器总线标准（VMEbus extension for Instrumentation，VXI）的确立。这些新的技术使仪器的构成得以开放，消除了第一阶段内在的由用户定义和供应商定义仪器功能的差别。
第三阶段是虚拟仪器框架得到了广泛认同和采用。软件领域面向用户对象，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得以产生，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。发展到这一阶段，人们也认识到了虚拟仪器软件框架才是数据采集和仪器控制系统实现自动化的关键。
第四阶段是网络化虚拟仪器的快速发展。网络技术的发展已影响到工作、生活的各个方面。网络技术在虚拟仪器上的应用，可以实现仪器测量的数据资源共享，弥补传统仪器测量单一、灵活性不大的缺点。随着Internet的普及，测试技术网络化成为大势所趋，网络化虚拟仪器成为现阶段的主要发展方向。
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