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虚拟仪器技术是测试行业飞跃的转折点

  “虚拟仪器技术”这个概念缘起于20世纪70年代末。在当时微处理器技术的发展已经可以通过改变设备的软件来轻松地实现设备功能的变化,所以要在测量系统中集成分析算法已经成为可能,因此虚拟仪器技术的概念将会去改变整个的测试测量行业。在那个时候,当传统仪器的供应商们还在将微处理器和厂商定义的算法嵌入到他们提供的封闭式专用系统中,同时,一个全新的趋势——即打开测量系统、允许用户自己定义分析算法并且配置数据的显示方式——已经开始形成。就这样,虚拟仪器技术的概念诞生了。

  仪器系统的发展经历了一段很长的历史。在其早期发展阶段,仪器系统指的是“纯粹”的模拟测量设备,例如EEG记录系统或示波器。作为一种完全封闭的专用系统,它们包括电源、传感器、模拟至数字转换器和显示器等,并且需要手动进行设置,将数据显示到标度盘、转换器,或者采取将数据打印在纸张上等各种形式。在那个时候,如果要进一步使用数据,需要操作人员手动地将数据复写到笔记本上。由于所有的事情都必须要人工去操作,所以要对实际采集到的数据进行深入分析、或者集成复杂的/自动化的测试步骤是很复杂、甚至是不可能完成的工作。一直到80年代,那些复杂的系统,例如化学处理控制应用等,才终于不需要占用到多台独立台式仪器一起连接到一个中央控制面板,这个控制面板由一系列物理数据显示设备,例如标度盘、转换器等,以及多套开关、旋钮和按键组成,并专用于仪器的控制。

  虚拟仪器系统在早期面临着许多技术上的挑战。那个时候通用接口总线(GPIB,IEEE488)已经成为了一种标准方式去连接仪器和计算机、将原始数据传输到计算机处理器、执行分析功能并且显示结果。不过,市场上的各个仪器厂商都使用各自的命令集来控制各自的产品,同时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个严峻的挑战。很明显,市场需要一种更高层更强大的工具,但是这个工具到底是什么,当时却并不明朗。

  转机出现在1984年,那一年苹果公司推出了带有图形化功能的Macintosh计算机。较之以往键入命令行,人们通过使用鼠标和图标大大提高了创造性和工作效率,同时,Macintosh的这种图形化操作方式也激发了NI创始人之一Jeff Kodosky的灵感。

  1985年6月,Jeff Kodosky领导着一组工程师开始了图形化开发环境Labview的编程工作,他们的研发成果就是推出了LabVIEW1.0版本。在20年后的今天看来,这个产品的诞生大大超越了当时业界的理念,具有深远的前瞻意义。

  LabVIEW有三个图形化面板:其一,前面板,即用户界面,用来让工程师去创建交互式的测量程序,这些面板可以与实际仪器的面板非常相似,或者也可以是按照工程师们的思维创新而定义的。其二,程序框图,即代码,同样也是图形化的界面,其执行顺序由数据流来决定,这一点在软件开发中是至关重要的。最后是函数面板,顾名思义,它包括了一系列即选即用的函数库(根据virtual instruments缩写为VI),供用户在他们的测量项目中使用,能够极大地提高他们的工作效率。

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