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自美国NI公司和中国东方振动和噪声技术研究所(COINV)率先提出虚拟仪器(V1)和PC卡泰(PCCATAl)的概念以来已有18个年头了。在这18年的发展过程中，虚拟仪器和卡泰仪器(CATAl)已逐步深入到各个应用领域，并已形成了虚拟仪器库和移动实验室， 目前已实现了测试专家们长期梦寐以求的把实验室拎着走的美好愿望。 虚拟仪器(Virtual lnstrument简称V1)和卡泰仪器(Computer Ac—quisition Test Analysis lnstm—ments——计算机采集测试分析仪，简称CATAl)技术正在飞速发展。目前，国内外的工程师和科学家们正在成千上万台测控设备中使用虚拟仪器和PC卡泰，从而缩短了产品的研发时间，提高产品的质量，降低生产成本。虚拟仪器和卡泰仪器的出现是测控技术界和测试仪器制造界的一次具有深远意义的“技术革命”。它像PC机出现一样，影响到国内外的各行各业、影响全人类的社会活动、教学、科学实验、国防和工农业生产，甚至进入家庭自动化管理。
国内外虚拟(卡泰)仪 器的发展
1986年，美国NI公司提出了“软件即仪器的口号”， 推出了NI—LabVIEW直观的流程图编程风格的开发和运行程序平台，开启了虚拟仪器的先河。
1985年，COINV(中国东方振动和噪声技术研究所)开始提出了PC卡泰(PCCATAl)——微机卡式采集测试分析仪的概念， 并推出了DASP(达世普)软件(Data Acquisi—tion&Signal Processing)o随后又提出了”把实验室拎着走”的口号，进而又进行了虚拟仪器库平台的研发，实现了INV虚拟仪器库。
数据采集和信号处理(DASP)软件的概念突破了传统的随机振动信号分析仪和FFT分析仪的概念，实现了向虚拟仪器和计算机采集测试分析仪器概念的过渡。其间，COINV研制成了国内第一台虚拟仪器——PC卡泰INVl01，接着又推出了台式机用的INV303和便携式笔机本式的INV306系统，并于1993年到加拿大多伦多展出，实现了VI的飞跃。到2002年底已有800余家用户使用COINV生产的26种INV303／306系列产品。目前， 国内外像B&K等许多仪器公司转向虚拟仪器的开发和生产，有更多的企业从事Ⅵ的研制开发，这将推动虚拟仪器和卡泰仪器的更快发展。
目前，虚拟仪器可分为6种类 1、PC总线——插卡型虚拟仪
这种方式借助于插入PC机和工控机内的数据采集卡与专用的软件(如DASP与LabVIEW)相结合，完成测试任务。它充分利用计算机的总线、机箱、电源及软件的便利，关键在于A／D转换技术。插卡类型有ISA卡、PCMCIA卡和PCI卡多种类型。随着计算机的发展，ISA型插卡正在逐渐退出舞台有被PCI插卡取代的趋势，PCMCIA卡由于受到结构连接强度太弱的限制影响了它的工程应用。由于插卡型仪器多数没有抗混滤波器且分时采样，特别要注意混叠现象和通道间相位差。
插卡式仪器价格最便宜，因个人计算机数量非常庞大，因此其用途广泛，特别适合于教学部门和各种实验室使用。目前仍有强大的生命力。
2．PC端口——LPT并行口式、USB口式和1394口式虚拟仪器
最新发展的一系列可连接到PC机的各种端口(如LPT并行口、USB口和1394口)的测试装置，可把硬件集成在一个采集盒里或一个探头上。软件装在PC机上，通常可以完成各种虚拟仪器的功能，典型的有COINV的INV306系列和LINK公司的DSO—21xx系列数字示波器。它们的最大好处是可以与笔记本计算机相连，方便野外作业。又可与台式PC机和工控机相连，实现台式和便携式两用，非常方便。特别是USB口和1394口具有于传输速度快、可以热插拔、联机使用方便的特点，很有发展前途，将成为未来虚拟仪器有巨大发展前景和广泛市场的主流平台。
3．GPIB总线方式的虚拟仪器
这种仪器是IEEE488标准的虚拟仪器早期发展的产物，目前已经逐步退出市场。
4．VXI总线方式虚拟仪器
VXI总线是一种高速计算机总线——VME总线在VI领域的扩展。经过10多年的发展，VXI系统的组建和使用越来越方便，尤其是组建大、中规模自动测量系统以及对速度、精度要求高的场合。然而，组建VXI总线要求有机箱、零槽管理器及嵌入式控制器，造价比较高。目前这种类型也有逐渐退出市场的趋势。
5．PXI总线方式的虚拟仪器
PXI总线方式是在PCI总线内核技术上增加了成熟的技术规范和要求形成的，增加了多板同步触发总线的参考时钟。用于精确定时的星形触发总线，以使用于相邻模块的高速通讯的局部总线。PXI具有高度可扩展性，可扩展到256个扩展槽。把台式PC的性能价格比和PCI总线面向仪器领域的扩展优势结合起来，将形成未来主流的虚拟仪器平台之一。 6．袖珍型的一体机 它由嵌入式工控机或PC 104、掌上电脑，外加DSP、AD／DA、LCD、调理放大抗混滤波、电子盘与硬盘构成，电子盘与硬盘内的软件可以通过并行口或软驱进行更新。COINV的SVSA—1型是其发展方向之一。
归纳以上几种类型，虚拟仪器的发展过程有两条主线
一是GPIB-4VXI-~PXI总线方式(适合大型高精度集成系统)。
二是PC插卡式---4LpT并行口式-串口USB方式-IEEE标准的1394口方式(适合于普及型的廉价系统，有广阔的应用发展前景)。
IJ9bVmW虚拟仪器平台与DASP虚拟仪器平台的比较定
美国NI公司开发的LabVIEW和中国COINV开发的DASP虚拟仪器平台是国内外具有代表性的两个平台，其软件各有特点，互相不能替代，其功能是相互补充的。
1，NI的LabVIEW平台
这是一个在国内外具有相当影响和大量用户的虚拟仪器开发平台。它对于一般仪器的开发商、学校仪器制造专业的教学和提高虚拟仪器的理解，以及一些特殊的用户是适宜的。但是对大量的一般直接用户、只想用虚拟仪器马上直接测试分析试验结果的用户，有不方便的地方，有局限性。因为它是用于虚拟仪器二次开发的软件，不作为最终直接使用的仪器。’要想马上使用和熟悉编辑仪器程序有一定的难度，所以，对非仪器专业开发和仪器制造专业的用户来说，在选用前应该慎重，以免带来不方便。
2．COINV的DASP平台
它是直接面向最终用户的虚拟仪器库，直接可以使用，不需要再进行编程加工，用起来非常快捷方便、可靠，精度又很高，用户拿起来就可直接使用。但是，对于专业仪器开发商或者仪器专业自己需开发虚拟仪器的用户，还有一定的局限性。目前，COINV已经着手开展为这些用户服务的措施，已计划进行开放的库函数的编程开发。COINV开发研制虚拟仪器已经过18个年头，创新了71种特殊技术，可取代50多种仪器，具有数百项测试分析功能，实现了通常实验室必备仪器的能力，属于VI的“大规模测试集成虚拟仪器库”。DASP软件已形成了一套大型的“试验室平台”软件，特别是最近推出的Win·dows版的DASP2003软件，可以”把试验室拎着走”。COINV的DASP虚拟仪器库和INV303／306移动试验室的几百项功能，可代替示波器、频率计、瞬态记录仪、磁带机、滤波器、电压表、信号分析仪、模态分析仪、故障诊断仪等等50多种仪器。它是一个即插即用的仪器，具有INV企业标准和国家技术监督局认证CMC许可证，并通过IS090012000版国际标准化质量体系认证，精度很高，使用非常方便，已受到广大用户的欢迎。
对虚拟仪器开发和应用的几点认识
1．虚拟仪器和卡泰仪器的本质是“实”而不是“虚”。它们是用有测控分析功能的应用软件作灵魂的PC机和一定的电子硬件(如AD／DA和抗混滤波，调理放大器等必要的硬件)及传感器构成的一种特殊仪器，能够实现测试、分析、数据采集，实现自动化控制等各种功能。它们是与主流PC密切相关的，它与纯粹软件形式的虚拟环境和虚拟世界是不同的。
2．由于虚拟仪器和卡泰仪器尚处在发展阶段，其各种术语也非常丰富，且十分混乱。笔者认为，虚拟仪器和卡泰仪器的名称万变不离其宗，实质上它们是基于PC机的数字化多功能采集测试分析仪器，所以比较确切的名称应为”计算机采集测试分析仪器”。
3．笔者认为，社会的高度发展是高度分工，我们要认清方向，扬长避短，如果人人都去“一块卡+一个驱动程序”编程搞“虚拟仪器”，那将是一个误区和很大的浪费。目前，国内外有部分“VI”是一种毛坯式仪器，它的最终功能要用户自己去完成，它的精度、编程中发生的差错，要用户自己去查找和确认。这些对Ⅵ的推广和应用带来不少困难。还有的虚拟仪器界面挺好看，但内涵功能很少，软件模块很小且离散，数据精确度很差，使用不便等等现象，希望能引起大家的重视。
4．”虚拟仪器”是信息技术、振动技术发展的必然结果，特别对振动工程中的振动模态、诊断、噪声、动力学的测量和控制技术来说是一次深远的技术革命。它可用于所有的测试控制领域，将对科学技术的发展、国防建设和工农业生产产生不可估量的影响。目前应尽快将虚拟仪器用于科学研究、教学实验和工程测量，并建立计量检测精度和规范标准。目前，国内有些检测标准就得修改，适应这一新的仪器需要。
5．虚拟仪器是全数字化仪器，传统仪器主要是模拟量仪器。数字化仪器因离散产生的混叠(混淆)问题和数字量截断产生的泄漏(渗漏)问题，已严重影响到虚拟仪器测量中的数据可靠性和精度，特别是没有抗混滤波器的虚拟仪器会产生假信号和假频率问题，值得引起广大用户和制造商的重视和注意。
21世纪的虚拟仪器库技术
虚拟仪器是利用最新的电脑技术来实现和扩展传统仪器的功能。它可以利用互联网传输数据实现远距离测量计算分析，利用互联网的强大功能和无线技术的发展实现远距离控制仪器设备。不久的将来，还可以把数码发布到Web网页上甚至把数据传输到手机上，实现在不同地点、不同国家的同行合作处理同一个科研项目。虚拟仪器的核心是软件，而虚拟仪器软件构架的精髓是虚拟仪器库技术。传统的Ⅵ方式为每一个仪器功能开发一个软件，每个软件都独立具有数据采集功能，但多个软件不能同时使用。虚拟仪器库技术解决了这个矛盾，如DASP 2003标准板和专业版内的虚拟仪器库模块就是由平台软件+虚拟仪器库组成，多个软件共享虚拟仪器的硬件资源。它由一个平台软件实现基本的数据采集和频谱分析，还能实现精确的频率校准、精确的幅值校准、精确的阻尼校准等高精度快速分析。多个模块化的仪器软件基于平台软件上运行，共用平台软件提供的数据和频谱值，分别实现各自仪器的不同功能(如频率计、阻尼计、转速表、失真度计、索力计、声级计、压力计、温度计、应变计、应力仪、示波器、频谱仪、波谱双显仪、混叠演示仪、泄漏演示仪、信号发生器、数据多用表等等)。它的特点是在一个平台软件上，多个模块化仪器软件共享A／D采集数据资源及信号处理的数据资源，多台仪器可以高速实时运行，操作应用非常方便。就像PC与Windows、Office的发展依存关系一样，虚拟仪器正在向综合性、多功能、多用途、快捷的多画面的虚拟仪器库方向发展。
此外，手持式、更轻便的小型化的嵌入式PC(如PC 104)及掌上电脑与DSP、AD／DA、LCD、调理放大、电子盘加软件相结合的一体机也是一个未来发展方向，它使虚拟仪器更方便地深入到测试现场。虚拟仪器向节能、省电轻便小型化发展也是一个方向。
总之，虚拟仪器的未来还很难预测，但是有一点是可以肯定的最终要取代大量的传统仪器成为仪器领域的主流产品，成为测量、分析、控制、自动化仪表的核心，并成为机器人的核心技术。参考文献(略)
国内外虚拟(卡泰)仪 器的发展
1986年，美国NI公司提出了“软件即仪器的口号”， 推出了NI—LabVIEW直观的流程图编程风格的开发和运行程序平台，开启了虚拟仪器的先河。
1985年，COINV(中国东方振动和噪声技术研究所)开始提出了PC卡泰(PCCATAl)——微机卡式采集测试分析仪的概念， 并推出了DASP(达世普)软件(Data Acquisi—tion&Signal Processing)o随后又提出了”把实验室拎着走”的口号，进而又进行了虚拟仪器库平台的研发，实现了INV虚拟仪器库。
数据采集和信号处理(DASP)软件的概念突破了传统的随机振动信号分析仪和FFT分析仪的概念，实现了向虚拟仪器和计算机采集测试分析仪器概念的过渡。其间，COINV研制成了国内第一台虚拟仪器——PC卡泰INVl01，接着又推出了台式机用的INV303和便携式笔机本式的INV306系统，并于1993年到加拿大多伦多展出，实现了VI的飞跃。到2002年底已有800余家用户使用COINV生产的26种INV303／306系列产品。目前， 国内外像B&K等许多仪器公司转向虚拟仪器的开发和生产，有更多的企业从事Ⅵ的研制开发，这将推动虚拟仪器和卡泰仪器的更快发展。
目前，虚拟仪器可分为6种类 1、PC总线——插卡型虚拟仪
这种方式借助于插入PC机和工控机内的数据采集卡与专用的软件(如DASP与LabVIEW)相结合，完成测试任务。它充分利用计算机的总线、机箱、电源及软件的便利，关键在于A／D转换技术。插卡类型有ISA卡、PCMCIA卡和PCI卡多种类型。随着计算机的发展，ISA型插卡正在逐渐退出舞台有被PCI插卡取代的趋势，PCMCIA卡由于受到结构连接强度太弱的限制影响了它的工程应用。由于插卡型仪器多数没有抗混滤波器且分时采样，特别要注意混叠现象和通道间相位差。
插卡式仪器价格最便宜，因个人计算机数量非常庞大，因此其用途广泛，特别适合于教学部门和各种实验室使用。目前仍有强大的生命力。
2．PC端口——LPT并行口式、USB口式和1394口式虚拟仪器
最新发展的一系列可连接到PC机的各种端口(如LPT并行口、USB口和1394口)的测试装置，可把硬件集成在一个采集盒里或一个探头上。软件装在PC机上，通常可以完成各种虚拟仪器的功能，典型的有COINV的INV306系列和LINK公司的DSO—21xx系列数字示波器。它们的最大好处是可以与笔记本计算机相连，方便野外作业。又可与台式PC机和工控机相连，实现台式和便携式两用，非常方便。特别是USB口和1394口具有于传输速度快、可以热插拔、联机使用方便的特点，很有发展前途，将成为未来虚拟仪器有巨大发展前景和广泛市场的主流平台。
3．GPIB总线方式的虚拟仪器
这种仪器是IEEE488标准的虚拟仪器早期发展的产物，目前已经逐步退出市场。
4．VXI总线方式虚拟仪器
VXI总线是一种高速计算机总线——VME总线在VI领域的扩展。经过10多年的发展，VXI系统的组建和使用越来越方便，尤其是组建大、中规模自动测量系统以及对速度、精度要求高的场合。然而，组建VXI总线要求有机箱、零槽管理器及嵌入式控制器，造价比较高。目前这种类型也有逐渐退出市场的趋势。
5．PXI总线方式的虚拟仪器
PXI总线方式是在PCI总线内核技术上增加了成熟的技术规范和要求形成的，增加了多板同步触发总线的参考时钟。用于精确定时的星形触发总线，以使用于相邻模块的高速通讯的局部总线。PXI具有高度可扩展性，可扩展到256个扩展槽。把台式PC的性能价格比和PCI总线面向仪器领域的扩展优势结合起来，将形成未来主流的虚拟仪器平台之一。 6．袖珍型的一体机 它由嵌入式工控机或PC 104、掌上电脑，外加DSP、AD／DA、LCD、调理放大抗混滤波、电子盘与硬盘构成，电子盘与硬盘内的软件可以通过并行口或软驱进行更新。COINV的SVSA—1型是其发展方向之一。
归纳以上几种类型，虚拟仪器的发展过程有两条主线
一是GPIB-4VXI-~PXI总线方式(适合大型高精度集成系统)。
二是PC插卡式---4LpT并行口式-串口USB方式-IEEE标准的1394口方式(适合于普及型的廉价系统，有广阔的应用发展前景)。
IJ9bVmW虚拟仪器平台与DASP虚拟仪器平台的比较定
美国NI公司开发的LabVIEW和中国COINV开发的DASP虚拟仪器平台是国内外具有代表性的两个平台，其软件各有特点，互相不能替代，其功能是相互补充的。
1，NI的LabVIEW平台
这是一个在国内外具有相当影响和大量用户的虚拟仪器开发平台。它对于一般仪器的开发商、学校仪器制造专业的教学和提高虚拟仪器的理解，以及一些特殊的用户是适宜的。但是对大量的一般直接用户、只想用虚拟仪器马上直接测试分析试验结果的用户，有不方便的地方，有局限性。因为它是用于虚拟仪器二次开发的软件，不作为最终直接使用的仪器。’要想马上使用和熟悉编辑仪器程序有一定的难度，所以，对非仪器专业开发和仪器制造专业的用户来说，在选用前应该慎重，以免带来不方便。
2．COINV的DASP平台
它是直接面向最终用户的虚拟仪器库，直接可以使用，不需要再进行编程加工，用起来非常快捷方便、可靠，精度又很高，用户拿起来就可直接使用。但是，对于专业仪器开发商或者仪器专业自己需开发虚拟仪器的用户，还有一定的局限性。目前，COINV已经着手开展为这些用户服务的措施，已计划进行开放的库函数的编程开发。COINV开发研制虚拟仪器已经过18个年头，创新了71种特殊技术，可取代50多种仪器，具有数百项测试分析功能，实现了通常实验室必备仪器的能力，属于VI的“大规模测试集成虚拟仪器库”。DASP软件已形成了一套大型的“试验室平台”软件，特别是最近推出的Win·dows版的DASP2003软件，可以”把试验室拎着走”。COINV的DASP虚拟仪器库和INV303／306移动试验室的几百项功能，可代替示波器、频率计、瞬态记录仪、磁带机、滤波器、电压表、信号分析仪、模态分析仪、故障诊断仪等等50多种仪器。它是一个即插即用的仪器，具有INV企业标准和国家技术监督局认证CMC许可证，并通过IS090012000版国际标准化质量体系认证，精度很高，使用非常方便，已受到广大用户的欢迎。
对虚拟仪器开发和应用的几点认识
1．虚拟仪器和卡泰仪器的本质是“实”而不是“虚”。它们是用有测控分析功能的应用软件作灵魂的PC机和一定的电子硬件(如AD／DA和抗混滤波，调理放大器等必要的硬件)及传感器构成的一种特殊仪器，能够实现测试、分析、数据采集，实现自动化控制等各种功能。它们是与主流PC密切相关的，它与纯粹软件形式的虚拟环境和虚拟世界是不同的。
2．由于虚拟仪器和卡泰仪器尚处在发展阶段，其各种术语也非常丰富，且十分混乱。笔者认为，虚拟仪器和卡泰仪器的名称万变不离其宗，实质上它们是基于PC机的数字化多功能采集测试分析仪器，所以比较确切的名称应为”计算机采集测试分析仪器”。
3．笔者认为，社会的高度发展是高度分工，我们要认清方向，扬长避短，如果人人都去“一块卡+一个驱动程序”编程搞“虚拟仪器”，那将是一个误区和很大的浪费。目前，国内外有部分“VI”是一种毛坯式仪器，它的最终功能要用户自己去完成，它的精度、编程中发生的差错，要用户自己去查找和确认。这些对Ⅵ的推广和应用带来不少困难。还有的虚拟仪器界面挺好看，但内涵功能很少，软件模块很小且离散，数据精确度很差，使用不便等等现象，希望能引起大家的重视。
4．”虚拟仪器”是信息技术、振动技术发展的必然结果，特别对振动工程中的振动模态、诊断、噪声、动力学的测量和控制技术来说是一次深远的技术革命。它可用于所有的测试控制领域，将对科学技术的发展、国防建设和工农业生产产生不可估量的影响。目前应尽快将虚拟仪器用于科学研究、教学实验和工程测量，并建立计量检测精度和规范标准。目前，国内有些检测标准就得修改，适应这一新的仪器需要。
5．虚拟仪器是全数字化仪器，传统仪器主要是模拟量仪器。数字化仪器因离散产生的混叠(混淆)问题和数字量截断产生的泄漏(渗漏)问题，已严重影响到虚拟仪器测量中的数据可靠性和精度，特别是没有抗混滤波器的虚拟仪器会产生假信号和假频率问题，值得引起广大用户和制造商的重视和注意。
21世纪的虚拟仪器库技术
虚拟仪器是利用最新的电脑技术来实现和扩展传统仪器的功能。它可以利用互联网传输数据实现远距离测量计算分析，利用互联网的强大功能和无线技术的发展实现远距离控制仪器设备。不久的将来，还可以把数码发布到Web网页上甚至把数据传输到手机上，实现在不同地点、不同国家的同行合作处理同一个科研项目。虚拟仪器的核心是软件，而虚拟仪器软件构架的精髓是虚拟仪器库技术。传统的Ⅵ方式为每一个仪器功能开发一个软件，每个软件都独立具有数据采集功能，但多个软件不能同时使用。虚拟仪器库技术解决了这个矛盾，如DASP 2003标准板和专业版内的虚拟仪器库模块就是由平台软件+虚拟仪器库组成，多个软件共享虚拟仪器的硬件资源。它由一个平台软件实现基本的数据采集和频谱分析，还能实现精确的频率校准、精确的幅值校准、精确的阻尼校准等高精度快速分析。多个模块化的仪器软件基于平台软件上运行，共用平台软件提供的数据和频谱值，分别实现各自仪器的不同功能(如频率计、阻尼计、转速表、失真度计、索力计、声级计、压力计、温度计、应变计、应力仪、示波器、频谱仪、波谱双显仪、混叠演示仪、泄漏演示仪、信号发生器、数据多用表等等)。它的特点是在一个平台软件上，多个模块化仪器软件共享A／D采集数据资源及信号处理的数据资源，多台仪器可以高速实时运行，操作应用非常方便。就像PC与Windows、Office的发展依存关系一样，虚拟仪器正在向综合性、多功能、多用途、快捷的多画面的虚拟仪器库方向发展。
此外，手持式、更轻便的小型化的嵌入式PC(如PC 104)及掌上电脑与DSP、AD／DA、LCD、调理放大、电子盘加软件相结合的一体机也是一个未来发展方向，它使虚拟仪器更方便地深入到测试现场。虚拟仪器向节能、省电轻便小型化发展也是一个方向。
总之，虚拟仪器的未来还很难预测，但是有一点是可以肯定的最终要取代大量的传统仪器成为仪器领域的主流产品，成为测量、分析、控制、自动化仪表的核心，并成为机器人的核心技术。参考文献(略)