在“虚拟仪器”诞生之前,传统仪器只是一种纯粹的模拟式测量设备,比如一台普通的EEG示波仪,完全是一个封闭化的系统,操作者需要进行各种手动设置,才能将测得的数据显示到标度盘上、转换器上或者打印到纸张上,若要进行复杂的数据处理,则需要手工把数据记录下来,然后再进一步做脱机的人工处理,稍稍复杂的工作都是人力所不能及的。到了上世纪七十年代末和八十年代初,工程技术人员开始尝试将多台仪器连接到中央控制系统中,当时微处理器技术已经逐渐发展起来,使在测量系统中运用集成分析算法成为可能,人们可以通过改变设备的软件来方便地实现设备功能的变化和提升,因此“虚拟仪器技术”的概念诞生了。当初的发展态势,是传统仪器与虚拟仪器的齐头并进,传统仪器的生产商试图把自己定义的算法与微处理器一起嵌入到封闭式的系统框架中,与此同时,全新的革命性进步展现出来,一个基于开放的测量系统,以用户自主定义分析算法并配置数据的处理及显示方式逐步形成,成为测量技术革命的分水岭。
这是一场伟大的变革,可以这样说,虚拟仪器技术的出现将彻底改变整个测量及仪器仪表行业的面貌。但它的早期发展并不是一帆风顺的,虚拟仪器系统在初期面临着许多技术上的难题。那时通用接口总线(GPIB,IEEE488)已经成为了一种标准去连接仪器和电脑、由处理器去执行分析各种原始数据的任务。由于仪器厂商在使用各自不同的命令集来控制各自的产品,使得虚拟仪器技术的编程对于那些习惯用BASIC等文本语言来编程的专业人员来说,是一道不小的门槛。
历史总有貌似偶然的机缘,1984年,苹果公司推出了应用图形化功能的Macintosh计算机,使人们告别了键入命令行的时代,操作者可以通过鼠标点击图标来运行程序,这极大促进了电脑的使用效率,并开拓出巨大的创造潜力。1985年6月,Jeff Kodosky带领工程师们进行了图形化环境Labview的程序开发,并推出了LabVIEW1.0版本。三十年后的今天回眸看去,这项工作是具有划时代意义的,它标志着一个新时代的来临。
LabVIEW具有人性化的图形界面,分为前面板、程序框图和函数面板,用户们通过它不仅可以完成测试测量,并且能够应用到控制、建模和仿真领域,为在不同技术领域的工程师们打开了前所未有的创意空间,提供了施展身手的可能,这在传统仪器时代根本是无法想象的。
也许,正是LabVIEW的启发,1990年微软发布了Windows3.0图形化操作系统,从此PC产业得到迅速发展,比尔.盖茨实现了他“让每个人桌上都有一台电脑”的梦想。同时,硬盘、显示器和总线带宽等硬件系统都获得了性能上的巨大提高。这些技术不仅使传统仪器得到了提升,更为虚拟技术的开放平台提供了无比的优势,它让用户在需求改变时,无需替换整个系统,只要实现元件的升级,就可以继续拥有自定义配置的各种功能并实现精准测量。
如今虚拟仪器技术已经成为了检验检测领域里的最佳解决方案,以其具有的巨大灵活性、精准性和可扩展性,服务于各行各业。
虚拟仪器技术主要由三大部分组成的:高效的软件编程环境、模块化仪器和一个支持模块化I/O集成的开放的硬件构架。在这个技术革新层出不穷的信息时代,革新已经成为一种使命,不论是个人还是企业,要想保持在技术上或市场上的领导地位,必须持续不断地革新,并迅速将革新成果推向市场,为消费大众所接受。然而,做这样的革新者并不容易。
虚拟仪器技术做为一种商业应用,它的终极目标就是为用户提供最佳的解决方案,不断满足用户提出的各种新要求。现在虚拟仪器的体量在不断瘦身,而需要集成的特性却越来越多,比如用户要求有更多的仪器参与测量,以保证结果的精确性,那么不同仪器I/O之间的同步就显得非常重要,更多的工程师转向虚拟仪器技术这一解决方案,因为只有虚拟仪器可以代替多个独立仪器的功能,它精准而灵活、稳定而可靠,同时可降低投资成本,提高测试系统的使用寿命,它无疑是一个理想的解决方案,在今后的大数据时代中,必将发挥出更大的作用。(高屹/文)