自1986年美国国家仪器公司（NI）的LabVIEW图形化开发工具问世以来，世界各国的工程师和科学家们都已将其用于产品设计周期的各个环节，从而改善了产品质量，缩短了产品投放市场的时间，并提高了产品开发和生产效率。使用集成化的虚拟仪器环境与现实世界的信号相连，分析数据以获取实用信息，共享信息成果，有助于在较大范围内提高生产效率。虚拟仪器提供的各种工具能满足项目需要。

灵活高效的软件能帮助用户创建完全自定义的用户界面，模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成，标准的软硬件平台能满足对同步应用和定时应用的需求。

NI首先提出虚拟仪器概念，引发了传统仪器领域的一场重大变革，使得计算机和网络技术得以长驱直入仪器领域，与仪器技术结合起来，从而开创了“软件即是仪器”的先河。

虚拟仪器也称计算机个人仪器，是计算机辅助测试领域的重要技术。虚拟仪器利用强大的图形环境和接口通信功能，建立虚拟仪器面板，完成对仪器的控制、数据分析和显示，代替了传统仪器并改变了传统仪器的使用方法，用户可以根据自己的需求定义仪器功能，提高仪器的使用功能和效率，大幅降低仪器的价格和研发周期。虚拟仪器技术灵活性强，可重用度高，可以使测试系统规模小型化，易于升级和维护，可以使用现有硬件组成另一套测试系统，从而减少不必要的重复投资，降低系统的开发成本。

一个虚拟仪器由一个工业标准的计算机或工作站组成，这些计算机或工作站配备有强大的应用软件、高性价比硬件，如插件板和驱动程序软件，它们共同执行传统仪器的功能。虚拟仪器代表着从传统硬件为主的测量系统到以软件为中心的测量系统的根本性转变。以软件为主的测量系统充分利用了常用台式计算机和工作平台的计算、显示和互联网等诸多用于提高工作效率的强大功能。PC机（personal computer；个人计算机）和集成电路技术已经取得了巨大的发展，软件是在功能强大的硬件基础上创建虚拟仪器系统的关键。新的以软件为中心的虚拟仪器系统为用户提供了创新技术并大幅降低了生产成本。

借助虚拟仪器技术，通用测量和控制硬件功能将由基于用户需求的软件进行定义。虚拟仪器技术将主流商业技术（如PC技术）与灵活的软件和各种测量和控制硬件结合在一起，因此工程师和科学家可以创建满足其确切应用需求的用户自定义系统。使用虚拟仪器技术，工程师和科学家可减少开发时间，设计更高质量的产品，并降低设计成本。

虚拟仪器技术主要应用于自动测试、过程控制、仪器设计和数据分析等领域，而且由于其成本较低，升级容易换代快，维护简单，特别是数据的采集、分析、管理做到了智能化，大大提高了工作效率，在科研、计量、工控、自控等应用领域中尤其受到青睐。

虚拟仪器技术是在20世纪后期随计算机水平和软件技术的迅速进步而出现并发展起来的有别于传统仪器的新技术。虚拟仪器技术突破了传统电子仪器以硬件为主体的模式，将日益普及的计算机技术与传统的仪器仪表技术结合起来，使用户在操作计算机时，如同在操作自己定义的仪器，可以方便灵活地完成对被测试量的采集、分析、判断、显示及数据存储等，是一种基于计算机虚拟原型系统的全新的科学研究与工程设计方法，是除理论与实物实验之外的第三种研究设计手段和形式。

虚拟仪器技术由高效的软件、模块化的I/O（input/output；输入/输出）硬件和用于集成的软硬件平台组成。

（1）高效的软件。软件是虚拟仪器技术中最重要的部分。使用正确的软件工具并通过设计或调用特定的程序模块，工程师和科学家们可以高效地创建自己的应用以及友好的人机交互界面。提供的行业标准图形化编程软件——LabVIEW，不仅能轻松方便地完成与各种软硬件的连接，更能提供强大的后续数据处理能力，设置数据处理、转换、存储的方式，并将结果显示给用户。此外，还提供了更多交互式的测量工具和更高层的系统管理软件工具，例如连接设计与测试的交互式软件SignalExpress、用于传统C语言的LabWindows/CVI软件、针对微软Visual Studio软件的Measurement Studio，等等，均可满足用户对高性能应用的需求。有了功能强大的软件，用户可以在仪器中创建智能化的应用，从而发挥虚拟仪器技术在测试应用中的强大优势。

（2）模块化的I/O硬件。面对日益复杂的测试测量应用，已经提供了全方位的软硬件的解决方案。无论使用PCI局部总线（peripheral component interconnection local bus；外设部件互连局部总线）、USB（universal serial bus；通用串行总线），还是1394总线，都能提供相应的模块化的硬件产品，在数据采集、信号条理、声音和振动测量、视觉、运动、仪器控制等方面得到应用。高性能的硬件产品结合灵活的开发软件，可以为负责测试和设计工作的工程师们创建完全自定义的测量系统，满足各种独特的应用要求。

（3）用于集成的软硬件平台。专为测试任务设计的PXI硬件平台，已经成为测试、测量和自动化应用的标准平台，它的开放式构架、灵活性和PC技术的成本优势为测量和自动化行业带来了一场翻天覆地的改革。

虚拟仪器技术就是用户自定义的基于PC的测试和控制解决方案，优势包括性能高、扩展性强、开发周期短，以及出色的集成功能。

　　（1）性能高。虚拟仪器是在PC技术的基础上发展起来的，所以完全“继承”了以现成即用的PC技术为主导的技术优点，包括功能卓越的处理器和文件I/O，在数据导入磁盘的同时能实时地进行复杂的分析。随着数据传输到硬驱功能的不断加强，以及与PC总线的结合，高速数据记录已经较少依赖大容量的本地内存。以一台60GB的示波器为例，在采用虚拟仪器技术的情况下，构建这样一台示波器是相当简单的，只要将一台基于PC的数字转换器放置在PC机中，就能以100MB/s的速度将数据导入磁盘。

　　（2）扩展性强。NI开发软件极其灵活，只需更新计算机或测试硬件，就能以最少的硬件投资和极少的，甚至无须软件上的升级即可改进整个系统。在利用最新科技的时候可以把它们集成到现有的测试设备，最终以较少的成本加速产品上市的时间。

　　（3）开发周期短。在驱动和应用两个层面上，NI高效的软件构架能与计算机、仪器仪表特点，可轻松地配置、创建、部署、维护和修改高性能、低成本的测试和控制解决方案。

　　（4）出色的集成功能。虚拟仪器技术从本质上说是一个集成的软硬件技术。随着产品在功能上不断地趋于复杂，工程师们通常需要集成多个测试设备来满足完整的测试需求，但是这些不同设备间的连接和集成总是耗费大量时间，不是轻易可以完成的。虚拟仪器软件平台为所有的I/O设备提供了标准的接口，例如数据采集、视觉等，帮助用户轻松地将多个测试设备集成到单个系统，减少了任务的复杂性。为了获得最高的性能、简单的开发过程和系统层面上的协调，这些不同的设备必须保持其独立性，同时还要紧密地集成在一起。NI的结构可以使开发者们快速创建测试系统，并随着要求的改变轻松地完成对系统的修改。得益于这一集成式的构架带来的好处，所开发的系统更具竞争性，因为可以更高效地设计和测试高质量的产品，并将它们更快速地投入市场。