虚拟仪器设计 1 – 虚拟仪器概念

传统设备与计算机的结合通常有两个方向，一是以计算机为主体，在计算机上添加某些必要硬件设备，完成传统设备的功能；二是以传统设备为基础，在其上添加计算机软硬件。以电话为例，它的发展方向：一是为计算机配备耳机、麦克风、摄像头等硬件，然后直接通过计算机进行语音、视频通讯；其二，是把外形和功能都缩减后的计算机直接安装到电话上，并在安装上相应的系统和应用软件，成为智能手机。

不论采用哪种融合方式，传统设备的功能都被革命性的增强了，而其成本却不断降低。比如说，在计算机上，可以把电话的单纯语音通话功能扩展为语音视频交流，而起每次通讯的边际成本几乎为零；时下流行的各种手机，在嵌入计算机设备后，除了用于通话，更可以用来娱乐甚至办公。这些都是传统电话所不能比拟的。

图 1传统仪器与虚拟仪器的结构

在测试测量领域，测试仪器经历了与电话及其类似的发展过程。它们或者被植入CPU、内存、安装上软件，具备了计算机的基本功能；或者被拆解开来，取其核心部件插入到计算机中去，使计算机具备测试功能。这两种发展方向都使得仪器的功能更强大，速度更快。但其区别之处在于，把仪器移植到计算机上，更多考虑的是降低成本；而把计算机移植到仪器上，则更多的是为了满足仪器小型化的需要。

在计算机运算能力强大到一定程度之后，以“虚拟”为前缀的各项技术开始纷纷出现，比如虚拟现实、虚拟机、虚拟仪器等。虚拟现实是指用计算机表现真实世界；虚拟机是指在一台计算机上模拟多台计算机；同样虚拟仪器是指在计算机上完成仪器的功能。

虚拟仪器的概念是相对于传统仪器来说的。记得以前上学做物理实验时，常常用到万用表、示波器等仪器，它们每台仪器就是一个固定的方盒子，它们所有的测量功能都在这个盒子内完成，这就是所谓的传统仪器。而进入到虚拟仪器时代，这种单一功能的方盒子开始逐渐被电脑所取代。

传统仪器的方盒子，用户看不到其内部，更无法改变其结构。因此，一台传统仪器一旦离开它生产线后，其功能和外观就固定下来了。用户只能利用一台传统仪器完成某个功能固定的测试任务。一旦测试需求改变，则必须再次购买满足新需求的仪器。

而虚拟仪器的最大优势则在于，它除了基础的信号采集部分，其它软硬件全部采用通用的计算机软硬件设备。这些通用的软硬件设备可以以低廉的价格进行升级，或者被使用者按自己意愿进行配置。比如，在虚拟仪器上，用户可以通过升级CPU来加快仪器的处理速度、可以自己编写程序来改变仪器的测试功能和交互界面。