虚拟仪器技术论文篇1

2《虚拟仪器技术》课程的教学方式

该门课程的教学方式采取的是课堂讲授、学生练习以及基于项目的动手实践相结合的教学方式。

（1）通过课堂理论教学使学生熟悉虚拟仪器技术的概念、原理和应用，使学生了解虚拟仪器在实际应用中的重要地位及其发展与应用前景。

（2）通过LabVIEW软件编程的练习和实践，使学生掌握虚拟仪器软件平台的操作和使用规则，在培养学生解决问题的能力的同时也给学生掌握专业基础知识提供了一个平台。

（3）通过专业实际训练使学生能够进行具体实际工程的设计，培养学生的实际动手能力和独立思考与综合运用所学知识解决实际问题的能力。

3《虚拟仪器技术》课程体系设置

《虚拟仪器技术》课程体系的设置则是参考了国内外高校十几年的教学实践，并且根据本专业的特点和学生的具体情况，将该课程分为了LabVIEW软件平台学习的理论部分和虚拟仪器硬件平台的实际训练部分。

（1）理论教学部分：该部分的教学需要强调动手实践的能力，但是授课过程中的理论知识仍为重点，作为图形化编程语言LabVIEW的模块化的设计很容易激发学生的学习兴趣，但是习惯文本编程思维方式的学生将思路转变也作为教学过程的难点。所以课堂的安排为：首先，教师讲授相关内容，然后提出问题，学生根据问题动手解决，最后教师通过学生解决问题的思路进行总结并提出共性的问题。通过这样问题解决式的教学方式，让学生在课堂上通过不断解决问题的过程体验对新知识掌握的成功感。同时根据通信专业学生的专业特点，设计一些与本专业知识相关编程练习，如信号的FFT变换、对信号进行调制解调，使学生在掌握新知识的同时加深专业基础知识。通过学习，学生对虚拟仪器技术产生了兴趣，经常利用课后时间翻阅相关专业书籍，并且通过互联网吸收相关知识，部分学生不仅能够按照常规的方法解决问题，也能够提出新思路解决问题，甚而完成超出学习范围的编程练习。

（2）实际训练部分：在理论教学授课部分，学生通过软件程序设计以及仿真硬件能够掌握LabVIEW的基本编程方法，但是如真正掌握完整的工程系统的构成必须结合真实的硬件I/O的实摘要：本文简要介绍了虚拟仪器技术的概念及在通信工程专业开设《虚拟仪器技术》课程的意义，详细阐述了该课程惯，从而提高学生英语知识的实际应用能力。

4预期效果

通过本校英语课堂采用多媒体教学的实际情况分析，笔者认为在高职院校使用多媒体技术教学虽然存在一些问题和难题，但是总体上来看，多媒体教学可以有效促进教师不断探索英语教学的新思路，提高学生自主学习的兴趣和能力。

虚拟仪器技术论文篇2

挑战：

中国的手机市场发展迅猛，世界各大手机厂商竞相争夺手机用户。在如此激烈的竞争中，手机的功能日趋丰富，比如摄像头、MP3、FM调频收音机等等。同时，手机通讯协议也层出不穷，GSM、CDMA、GPRS、CDMA2000、EDGE、WCDMA等等。为了应对产品的不断变化，工程师面临着提高效率并缩短产品市场化时间的挑战，他们需要一个灵活而强大的通用测试平台。我们先来看一个通用测试平台针对手机通讯协议的变化而表现出来的优势。大家知道，2G的协议比如GSM和CDMA都已被成功地运用于市场了，而3G的协议比如WCDMA，CDMA2000等等是未来的必然趋势。在从2G到3G的转变中，面临客户群、设备置换、技术的成熟度风险等等问题。运营商希望能够进行平滑的过渡，在不丢失已有手机用户的情况下，首先升级交换网络部分，这使得用户可以使用过渡期的2.5G产品，然后等时机成熟时再升级无线网络部分达到3G的标准。2G的测试仪器已经比较成熟，3G的测试产品正在加紧开发，2.5G的专用测试设备却由于传统仪器制造商考虑到研发成本和市场前景的问题而匮乏。

一家著名的手机制造商制造了支持EDGE(EnhancedDataratesforGSMEvolution)协议的2.5G手机产品，需要针对这一产品的测试方案。EDGE是一个专业协议，由于它的出现时间比较短，了解它的人也比较少，要在短期内构建一个EDGE测试系统是一个巨大的挑战。为了在市场上与同行竞争，需要在一个月内能够使用这套测试设备。

应用方案：

利用TestStand模块化，兼容性强，可自定义的特点，根据生产测试的需要对其进行修改与完善，并结合LabVIEW，GPIB卡，以及相应的测试仪器，创建百分之百符合自己需要的CDMA基站测试系统。

使用的产品：

硬件上整个系统包含了一个PXI机箱，其中有：

NIPXI-8186

2.2GHzIntel奔腾4处理器的嵌入式PC，预装WindowsXP操作系统

NIPXI-5660

2.7GHzRF信号分析仪，9kHz到2.7GHz，20MHz实时带宽，80dB真实动态范围

NIPXI-5670

RF信号源，250kHz到2.7GHz，16位，100MS/s任意波形发生，22MHz实时带宽

NIPXI-5122

14位数字化仪，100MS/s实时采样，2GS/s随机间隔采样，100MHz带宽

NIPXI-4070

6位半数字万用表，6ppm精度

其中，NIPXI-5660被用作矢量信号分析仪，NIPXI-5670被用作射频信号源，NIPXI-5122被用作示波器，NIPXI-4070被用作数字万用表。

虚拟仪器技术论文篇3

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2012）05-0173-03

随着计算机技术的迅猛发展，仪器技术由模拟仪器、数字仪器、智能仪器逐步发展到了虚拟仪器。虚拟仪器越来越受众多科研及技术人员的关注，其应用领域遍及教育、通讯、工业等各个行业。在此背景下，越来越多的高职院校组建虚拟仪器技术实验室，开设相关课程，培养虚拟仪器技术类科研与应用人才。然而，在虚拟仪器技术重要特点的数据采集处理方面，多数高职院校限于使用现有的仪器设备完成固定的实验项目，阻碍了学生创新能力和可持续发展能力的发展。我院通过将虚拟仪器技术与Proteus仿真技术相结合，在虚拟串口软件的支持下实现了单机硬件通信仿真，不但培养了学生虚拟仪器技术的基本理论知识、实践技能、工程应用能力，还加强了学生对课程间相互联系的理解，取得了较好的效果。

虚拟仪器概念及特点

虚拟仪器的概念 虚拟仪器主要由通用的计算机资源、应用软件和仪器硬件等构成。使用者利用应用软件将计算机资源和仪器硬件结合起来，通过友好的图形界面来操作计算机，完成对测试信号的采集、分析、判断、显示和数据处理等功能。虚拟仪器中的硬件主要用于解决信号的调理以及输入、输出问题。而软件主要用于实现对数据的读取、分析、处理、显示以及对硬件的控制等功能，这些功能在传统电子仪器中往往通过硬件来实现。常见的虚拟仪器组建方案如图1所示。

虚拟仪器的特点 虚拟仪器技术是目前测控领域中最为流行的技术之一，它的硬件部分往往具有很大程度上的通用性，软件是系统的核心，这样使其实现不是强调物理形式。它利用接口设备完成信号的采集、测量与调理，利用I/O计算机软件实现信号数据的运算、分析和处理，利用显示器丰富的显示功能来多形式地表达和输出检测结果。虚拟仪器具有传统仪器的基本功能，同时又能根据实验要求随时进行定义，实现多种多样的应用需求，具有扩展灵活、界面友好、操作简便、性价比高等特点，特别适合于高校的教学实践。因此，虚拟仪器相对于传统仪器的优势是显而易见的，如表1所示。

虚拟仪器课程教学实践探索

本实例通过使用虚拟仪器开发软件LabVIEW进行上位机开发，下位机使用Proteus硬件仿真软件开发，完成虚拟仪器与单片机的通信，控制LED有序工作。

LabVIEW简介 LabVIEW是NI公司开发的虚拟仪器应用程序编程环境，是一种图形化的编程语言，特别适合测控应用软件的开发。它具有所有通用编程环境的标准功能，如数据结构、循环结构和事件处理。其内置的各种专业工具软件包可满足工程应用开发的需要。因此，LabVIEW不仅仅是一门编程语言。

Proteus简介 Proteus是由英国Labcenter公司开发的一款可以实现数字电路、模拟电路、微控制器系统仿真以及PCB设计等功能的EDA软件。通过Proteus软件的虚拟仿真技术（VSM），用户可以对基于微控制器的系统包括接口电子器件一起仿真，可在原理图设计阶段对所设计电路和编写程序进行验证、评估，避免了传统电子电路设计中修改方案带来的重复工作。

基于虚拟仪器的单片机LED控制器 现以应用实例说明基于虚拟仪器的单片机LED控制器的设计方法。

1．虚拟仪器控制面板。图2和图3分别是使用LabVIEW编写的上位机通信程序的前面板和程序框图。可以看到，以0x39为握手信号，结合LabVIEW前面板上的8位LED信号，组成2个字节的控制信号，共同输出到VISA串口控制器，即PC机的RS232串口，传送至单片机串行接口。其中，8位的LED控制器，0、1、2、3号LED控制器表示选择单片机控制的LED灯灯号，如0001表示选择1号灯，0101表示选择5号灯；4号LED控制器表示选择的灯是亮还是灭；5号LED控制器表示单片机控制的LED灯以流水灯形式亮起，且循环两遍；6号LED控制器表示单片机控制的LED灯全灭；7号LED控制器表示单片机控制的LED灯全亮。优先级由7号LED控制器依次降低。另外，在发送数据之前，首先完成串口数据配置，设置波特率为9600b/s，8位数据位，1位停止位，无奇偶校验。这样，一个基于LabVIEW环境下的单片机串口通信系统就建立起来了，在前面板中输入相应的控制值，就可以看到单片机做出响应。

2．基于Proteus的单片机仿真界面。图4为使用Proteus软件编写的单片机LED控制器，通过P2口接8个LED灯，使用上位机发送来的控制数据实现亮灭控制。由于PC机的串口和单片机的串口电平不同，需要使用MAX232芯片做电平转换，但是这里使用Proteus软件进行模拟，不需要加芯片，同样可以正常运行。对图5COMPIM控件进行配置，完成与上位机相同波特率等参数的设置。在完成了电路仿真设计后，可以将在Proteus软件上设计的单片机硬件电路实物化，从而大大提高学习效率。

3．虚拟串口软件Virtual Serial Ports Driver XP（VSDP XP）。在完成基于虚拟仪器和Proteus软件的应用开发后，需要使用两台PC机进行串口通信，实现虚拟仪器与Proteus软件编写的单片机应用程序的上下位机通信。VSDP XP是一款虚拟串口仿真软件，可以和Proteus、LabVIEW结合使用，通过虚拟非调试解调器电缆模拟RS232串口连接，可使虚拟串口看起来就像标准的硬件串口一样。这样，就可以使用一台PC机，在安装虚拟串口软件VSDP XP下，实现虚拟仪器上位机与单片机下位机之间的数据通信，不仅提高了实验设备利用率，也为学生进行虚拟仪器数据采集设备开发创造了便利的条件。

以上一个简单的应用示例帮助学生更加了解虚拟仪器的特点，打破了实验设备的局限，提高了学生对虚拟仪器课程的学习兴趣，锻炼了学生自主开发基于虚拟仪器应用系统的综合设计能力。学生可以在此基础上进行扩展，开发出更加复杂的虚拟仪器控制系统，通过已经学习的单片机课程完成数据采集设备开发，实现D/A、A/D、电路控制等多种功能。

虚拟仪器是当前测量仪器发展的一个重要方向，它为各行业、各学科提供了一个通用的设计、研究、实验环境，同时它也是学生多门理论课程融合、理论与实践结合的一个很好的环节。对虚拟仪器课程教学的实践探索，不仅让学生在实践中深化对理论的认识，也提高了学生的创新能力，自己设计虚拟器件激发了学生的积极性和主动性，取得了较好的教学效果。

参考文献：

[1]刘春雅，程旭．虚拟仪器概述[J].陕西国防工业职业技术学院学报，2009，（2）；42-44．

[2]曲豪，翟少成，史毓达，赵桥．基于Proteus与串口通信的LED条屏设计[J].电子测量技术，2009，（32）：147-150．

[3]雷振山，等.LabVIEW8.2基础教程[M].北京：中国铁道出版社，2010.

[4]王磊，陶梅．精通LabVIEW8.0[M].北京：电子工业出版社，2007.

[5]张学军，回文静．基于虚拟仪器的实验教学研究[J].仪器仪表用户，2011，（1）：57-59.

[6]房齐，党幼云．虚拟仪器环境下PC机与单片机通信实现[J].西安工程大学学报，2010，（6）：791-794.

虚拟仪器技术论文篇4

1.虚拟仪器技术的发展

现代仪器仪表技术是计算机技术和多种基础学科紧密结合的产物.随着微电子技术、计算机技术、软件技术、网络技术的飞速发展，新的测试理论、测试方法、测试领域以及新的仪器结构不断出现，在许多方面已经冲破了传统仪器的概念，电子测量仪器的功能和作用发生了质的变化.在此背景下，1986年美国国家仪器公司提出了虚拟仪器的概念。尽管迄今为止虚拟仪器还没有一个统一的定义，但是一般认为：虚拟仪器是在PC基础上通过增加相关硬件和软件构建而成的、具有可视化界面的可重用测试仪器系统。

和传统仪器相比，虚拟仪器具有巨大的优越性：

（1）融合计算机强大的硬件资源，突破了传统仪器在数据处理、显示、存储等方面的限制，大大增强了传统仪器的功能；

（2）利用计算机丰富的软件资源，实现了部分仪器硬件的软件化，节省了物质资源，增加了系统灵活性；通过软件技术和相应数值算法，实时、直接地对测试数据进行各种分析与处理；通过图形用户界面技术，真正做到界面友好、人机交互；

（3）虚拟仪器的硬、软件都具有开放性、模块化、可重复使用及互换性等特点.因此，用户可根据自己的需要，选用不同厂家的产品，使仪器系统的开发更为灵活，效率更高，缩短了系统组建时间。

2.国内外虚拟仪器研究的现状

从虚拟仪器概念提出至今，有关虚拟仪器技术的研究方兴未艾.研究人员在虚拟仪器硬件接口、虚拟仪器软件及其设计方法等方面做了许多有意义的研究工作，并已开发了许多实用的虚拟仪器系统.

2.1软件工程领域的新方法新理论在虚拟仪器设计中得到广泛应用

面向对象技术（Object Oriented， OO）、ActiveX技术、组件技术（Component Object Model，COM）等被广泛用来进行虚拟仪器的测试分析软件和虚拟界面（控件）软件设计，出现了许多数据处理高级分析软件和大量的仪器面板控件，这些软件为快速组建虚拟仪器提供了良好的条件.

2.2虚拟仪器开发向标准化方向发展

在1998年9月成立了IVI（Interchangeable Virtual Instrument）基金会.IVI基金会是最终用户、系统集成商和仪器制造商的一个开放的联盟.目前，该组织已经制订了示波器/数字化仪、数字万用表、任意波形发生器/函数发生器、开关/多路复用器/矩阵及电源等五类仪器的规范.IVI制订的虚拟仪器统一规范，提升了仪器驱动软件标准化水平.

2.3虚拟仪器网络化、智能化初见端倪

伴随网络技术的高速发展，出现了以网络为基础、虚拟仪器为核心的“虚拟实验室（Virtual Laborato-ry）”的概念。目前，虚拟实验室已成功地应用于许多大型实验室的实验研究和高等学校的实验教学.在人工智能研究的影响下，人们开始关注如何提高虚拟仪器的智能化水平.重庆大学秦树人等提出的智能化控件的思想，通过具有一定智能的多功能控件提高虚拟仪器灵活性；他提出了基于实例推理的虚拟仪器设计方法，通过对设计实例的查询、检索和适应、修改，实现软件资源的重用，提高虚拟仪器的设计效率。

2.4采用接口总线组建复杂虚拟仪器系统

虚拟仪器的突出成就不仅是可以利用PC机组建成为灵活的虚拟仪器，更重要的是它可以通过各种不同的接口总线，组建不同规模的自测试系统.目前虚拟仪器系统开发采用的总线包括传统的RS232串行总线、GPIB通用接口总线、VXI总线，以及已经被PC机广泛采用的USB通用串行总线和IEEE 1394总线（Firewire）.美国NI公司在1997年9月1日推出模块化仪器的主流平台PXI，这是与Compact PCI完全兼容的系统.这种虚拟仪器模块化主流平台PXI/Compact，PCI的传输速度已经达到100 Mb/s，是目前已经的最高传输速度.

3.虚拟仪器技术研究展望

3.1加快制定虚拟仪器国家标准，保护虚拟仪器知识产权

家电行业和通讯行业曾经遭遇过的经验教训告诉我们，产品的知识产权是决定产品市场竞争力的最关键因素.为了应对我国虚拟仪器领域面临的国外竞争压力，我国应当根据国内已、-术力量和研究基础，尽快自行制定有关虚拟仪器行业的国家标准和相关的产业政策，保护自主的虚拟仪器知识产权.

3.2高性能数字信号处理芯片将加速虚拟仪器的发展

大规模可编程逻辑器件和数字信号处理器技术的快速发展和芯片成本的降低，不仅可以提高信号采集和处理的速度，也将缩短虚拟仪器系统的开发时间、提高系统的扩展性.例如，美国XiLinx公司的现场可编程逻辑器件（FPGA），将现代VLSI逻辑集成的优点和可编程器件设计灵活、制作及上市快速的长处相结合，使设计者在现场直接根据系统要求定义和修改逻辑功能。总之，高性能数字信号处理芯片必将加速其在虚拟仪器系统的应用.

3.3智能化软件开发平台是虚拟仪器一个重要的发展方向

尽管目前虚拟仪器的研究已取得许多重大进展，但现在的虚拟仪器体系仍存在以下问题：（1）仪器开发严重依赖经验.调查表明，虚拟仪器一般都是用户根据自己的实际需要由自己开发完成的.但普通的虚拟仪器用户中，同时具有软件设计经验和仪器专业知识的十分有限.因此，对普通的用户来说，自我开发虚拟仪器还具有比较大的难度；（2）仪器设计的效率低.在现行的虚拟仪器设计中，尽管OO、ActiveX、COM技术的广泛采用在一定程度上提高了软件的重用性，但设计时仍需要编写大量代码才能把这些部件联接成一个完整的系统；（3）仪器的可扩展性和可重构性差.用户若需要改变仪器的某些功能，必须要通过开发平台在代码层次上重新修改、编译才能实现.因此，采用人工智能技术提高虚拟仪器软件系统的可重构能力，降低虚拟仪器的设计难度，真正实现用户自己定义仪器的目标，是虚拟仪器研究中亟待解决的一项重要工作.

4.结论

虚拟仪器是现代机械工程科学前沿学科之一，也是对国民经济发展有重要影响的新兴产业.虚拟仪器技术使得仪器仪表不再是功能单一的和固定的不可变结构，而是越来越表现出柔性化和智能化，其适应性越来越强，功能也越来越丰富.为了加速我国虚拟仪器技术的基础研究和应用推广，应在虚拟仪器的智能化开发平台、高性能数字信号处理芯片等方面进行进一步研究.国家也应尽快制定国家标准，保护虚拟仪器的知识产权.

参考文献

[1]National Instruments Corporation. The measurement and automation catalog[Z].User manual， 1996.

[2]雷源忠，黎明.机械工程科学前沿和优先领域的初步构想[J].中国机械工程，2000，11（1-2）：16-20.

[3]秦树人，张思复.集成测试技术与虚拟式仪器[J].中国机械工程.1999，10（1）：77-80.

虚拟仪器技术论文篇5

中图分类号：TP391.9文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 04-0000-01

Overview of the 30-102 Virtual Instrument Technology Development

Deng Songqing,Wang Yao

(91913 Troop,Dalian116041,China)

Abstract:This paper describes the emergence of virtual instruments,virtual instrument composition and structure,analysis of the advantages of virtual instruments,and the current situation and prospect of virtual instruments briefly.

Keywords:Virtual instrument;Signal;Prospect

一、虚拟仪器的产生

虚拟仪器（Virtual Instrument，简称VI）是利用计算机来管理仪器，组织仪器系统，利用计算机建立的可编程仪器系统。美国国家仪器公司NI（National Instruments）于20世纪八十年代中期首先提出基于计算机技术的虚拟仪器概念。由于没有传统仪器专用的前面板、显示器，所有仪器面板都在监视器上模拟显示，所以称为虚拟仪器。虚拟仪器的出现引发了传统仪器领域的一场变革，利用人的智力资源替代物质资源，虚拟仪器实现了传统仪器、计算机和网络技术融为一体，产生了虚拟测试技术，随后研制和推出了基于多种总线，各个领域应用的虚拟仪器。

二、虚拟仪器组成及结构

虚拟仪器主要由硬件和软件组成。系统硬件组成如下图，硬件主要包括模块化的信号采集与处理，信号转换与测试和集成的硬件平台。模块化的信号采集与处理，信号转换与测试主要将信号转变成利于计算机处理的数字信号。集成的硬件平台是以GPIB、VXI、PXI总线为代表的模块化仪器平台，内建有定时和触发总线，不但可适应简单的数据采集应用，还可适用高端混合信号同步采集。系统软件包括开发平台、总线接口卡驱动程序等。开发平台是虚拟仪器的核心，最典型的有NI公司提供的行业标准图形化编程软件----LabVIEW等，不仅能轻松方便地完成与各种硬件的连接，更能提供强大的数据处理能力，并将处理结果显示出来。

三、虚拟仪器的特点

（一）虚拟仪器技术性能高

虚拟仪器是利用计算机来分析、处理数据，借助计算机计算速率高、处理数据快、存贮容量大的特点，虚拟仪器测量数据可存贮、处理，并可借助Internet实现远程控制。随着产品集中度逐步提升，工程师们需要多种测量功能的仪器来满足完整的测试需求，传统测量仪器无法满足测量要求，虚拟仪器的开发平台可满足多种复杂功能的测量需求，同时还可在开发平台上开发特定需求的虚拟测量仪器。

（二）扩展性强

传统仪器是以硬件为主，智能化的仪器也仅有一些固定性的辅助软件，灵活性不强，可扩展性能差。虚拟仪器软件具有开放性，硬件具有模块化特点，可扩展性强。虚拟仪器可灵活、方便地改变测量仪器的功能、技术性能。以软件为主的虚拟仪器技术为用户提供创新技术，科学家和工程师可根据自身需求组织测量系统而不受仪器厂家定制的测量功能的限制。

（三）开发时间少

传统测量仪器的旋钮、开关、内置电路和用户所使用的功能都是由仪器生产厂家进行专门研制的，传统测量仪器的技术和元件都需专门开发，开发时间长，更新换代慢。NI公司提供的行业标准图形化编程软件----LabVIEW构架能与计算机、仪器仪表和通信等结合在一起。NI虚拟仪器平台为所有I/O装备提供标准的接口，减少了任务的复杂性。测量和控制方案可轻松配置、创建、维护、升级和修改。

四、虚拟仪器现状态及展望

（一）虚拟仪器的现状

近年来，虚拟仪器公司开发了不少虚拟仪器开发软件，建立了数据处理的高级分析库和开发工具库，以便使用者组建自己的虚拟仪器或测试平台，最典型的有NI公司的Lab VIEW软件和Lab Windows/CVI软件，美国HP公司HP-VEE和HPTIG软件，美国Tektronis公司的Ez-Test和Tek-TNS软件。虚拟仪器开发系统不仅适应通用计算机总线系统，如USB总线和IEEE 1394总线，而且建立各种仪表专用的总线系统，如GPIB、VXI和PXI总线。

（二）虚拟仪器的展望

随着科学研究的深入，需要设计、生产检测和诊断维修一体化、标准化的测试系统。在虚拟仪器技术中，应用计算机软件代替传统仪器的某些硬件，并且计算机直接参与测试信号的产生和测量特征的分析，将使虚拟仪器技术智能化、网络化。借助于总线技术的虚拟仪器技术是未来测试技术发展的基本方向。开放式的数据采集标准，将使虚拟仪器走上标准化、通用化、模块化道路。

五、结束语

作为一种以计算机软件为核心的新型仪器系统，虚拟仪器具有功能强、测试精度高、人机界面优异、灵活性强等优点。随着通信技术、网络技术和计算机硬件和虚拟仪器技术的开发软件的发展，虚拟仪器将在测量、控制、信号处理等方面得到广泛的应用和发展。逐步取代传统仪器成为仪器领域的主流，成为测量、分析和控制的基础。

参考文献：

虚拟仪器技术论文篇6

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）01-0218-02

一、虚拟仪器技术简介

虚拟仪器（Virtual Instruments，简称VI）的概念，最早是由美国国家仪器公司（National Instruments Corp. 简称NI）于1986年提出来的，其基本原理是以计算机为硬件平台，使原来需要硬件实现的各种仪器功能尽可能地软件化，利用高效灵活的软件控制高性能的硬件来完成各种测试、测量和自动化的应用，以便最大限度地降低系统成本，增强系统功能与灵活性。用形象语言来概括虚拟仪器的原理，即“软件就是仪器”[1]。虚拟仪器在组成和改变仪器的功能和技术性能方面具有灵活性与经济性，因而特别适应于当代科学技术迅速发展和科学研究不断深化所提出的更高更新的测量课题和测量需求。

（一）虚拟仪器技术应用于电子与通信类专业的背景

电子与通信类专业在金陵科技学院工程类专业中占有重要的地位，对我校应用型本科专业的建设具有示范作用。然而，在这两个工程类专业的教学中长期存在一些问题，具体表现为：

1.重视理论知识的学习，轻视动手能力和实践环节的培养，学生动手能力差，工程实践经验明显不足，而这些问题又反过来弱化学生对于理论知识的理解，最终导致学生对所学专业缺乏兴趣与信心[2]。

2.从未或很少将真实的物理信号引入课堂教学中，导致教学过程理论脱离实际，学生对于本专业的理论知识和应用场景缺乏真实的、直观的认识。

3.理论学习环节与实践实习环节相脱离，实践实习环节往往安排在理论学习结束之后，间隔时间较长，学生无法及时对所学知识进行巩固与提高，导致实践实习环节效果不理想[3]。本文将介绍虚拟仪器技术在电子与通信类专业教学中的应用，帮助学生将理论学习、工程实践和创新能力结合起来，提高学生在工程实践中获取知识的能力、综合分析的能力、解决问题的能力和实践创新的能力，从而突出我校应用型本科教学的特点。

（二）虚拟仪器技术应用于电子与通信类专业教学中的指导思想

电子与通信类专业的特点是工程实践性强，对学生的动手能力和动手意愿要求较高。这一特点就决定了实践对于专业学习至关重要的作用[4]。所以，虚拟仪器技术应用于电子与通信类专业的教学也主要体现在对于工程实践教学环节的意义，其指导思想如下：

1.在工程导论环节，对于刚入学的大一新生，让他们接触各种基于虚拟仪器技术的综合电子系统，如基础机器人系统，传感器与驱动器器系统、人机交互系统等，介绍其中的软硬件知识和技术，增加学生对于所学专业的兴趣和信心。

2.在专业课的理论学习环节，教师努力将真实的物理信号引入课堂，如传感器信号、调理信号、AD/DA信号，模拟通信信号、数字通信信号、调制域信号等。真实信号的引入可以增加学生理论联系实际的能力，提高其自主学习的兴趣和动力。

3.发挥虚拟仪器作为“口袋实验室”的作用，鼓励学生将真实的信号带回宿舍。宿舍是学生课余活动主要的场所，如果学生能将宿舍时间有效地利用起来进行专业实践和创新，无疑将对提高学生专业能力产生极大的帮助。

（三）虚拟仪器技术创新教学案例

我们将介绍几个在教学中使用虚拟仪器进行教学创新的案例，来阐述使用虚拟仪器技术的特点。

1.共基极放大电路的教学。共基极电路是一类重要的基本放大电路，如何让学生掌握电路特征并计算电路参数，如发射极电流、集电极电流、电压增益、输入/输出电阻等，一直是教学中的重点。我们在教学中是采用基于虚拟仪器技术的仿真结果和真实电路结果相比较的方法。

电路仿真采用NI Multisim，该软件主要是为工程师提供先进的电路分析和设计能力。图1为共基极放大电路在Multisim中的仿真。

可以使用Multisim提供的万用表测量仿真结果中的电压和电流。并可以很方便的在软件中修改电路参数进行重复实验，得出不同工作状态下电路的参数。

不同于传统的电路仿真，我们在NI Elvis面包板上搭建上图所示的电路原理图，如图2。利用NI Elvis自带的数字万用表DMM对电路参数进行测量，对于交流信号，可使用Elvis自带的示波器对波形进行测量。

将NI Elvis的测量结果和软件仿真结果进行比较，可以加深学生对于电路基本特征和参数的认识。同时，NI Elvis设备可以很方便的在课堂教学中进行演示，可以起到很好的教学效果。

2.无线通信系统教学。射频和无线通信课程的教学长期以来都基于数学公式的推导和仿真来进行的，学生在课堂上很少能接触到真实的通信信号，并且教学的过程中也是分模块进行教学，学生几乎没有设计整条通信链路的机会。在教学中，我们采用NI Universal software radio peripheral（USRP）和Labview则可以很好的克服上述问题。利用USRP和Labview，学生可以很轻松的进行诸如信道编码、信号调制、随机码元产生、信号均衡等现代通信技术。最终学生可以完成从发射机到接收机中间完整的通信链路，这在传统的射频和无线通信课程中是很难完成的。利用USRP，可以很轻易地在课堂上演示一个完整的数字通信系统，学生能够看见一个数字调制域信号，能够看见真实的850MHz GSM信号上行链路，可以分析真实信号的频谱。甚至可以组建一个FM广播信号发射和接收台，见图3。

二、结语

虚拟仪器技术结合统一的软件平台加上模块化的硬件平台，使理论学习和实践操作能力得以有效结合，使学生能够实现自行设计实验及实际动手操作，加深其对理论专业知识的理解，促进其对现场专业知识的了解，增强其对专业知识的感性认识，同时提高其实际动手操作能力，培养其创新能力。

参考文献：

[1]朱岩，余愚.虚拟仪器技术研究现状与展望[J].现代制造技术与装备.2008，（6）：12-14

虚拟仪器技术论文篇7

作者简介：孟涛（1980-），男，辽宁盘锦人，哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院，工程师；李琰（1977-），男，黑龙江大庆人，哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院，工程师。（黑龙江?哈尔滨?150001）

基金项目：本文系哈尔滨工业大学2010年度教学研究立项的研究成果。

中图分类号：G642.423?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）21-0081-01

实验教学是电工电子类课程必不可少的环节，学生只有通过足够的验证性实验和一定数量的综合性实验，才能真正理解和掌握所学的理论知识。仪器是实验的基础，要保证实验的开设质量，就要同时购置多套先进的仪器。一个传统的实验要使用多种仪器，且不同实验所用仪器也不尽相同，开设综合性实验所需仪器就更多。种类丰富的仪器不仅价值昂贵、体积大、占用空间多，且相互连接也十分麻烦。如何合理配置教育资源，解决好资金投入与人才培养之间的矛盾，是开展实验教学经常要考虑而又伤脑筋的问题。[1，2]

1986年美国国家仪器公司（NI）提出了虚拟仪器的概念。[3，4]所谓虚拟仪器实际上就是一种基于计算机的自动化测试仪器系统，由电子测量技术与计算机技术深层次结合的、具有很好发展前景的一类新型电子仪器，它贯彻了“软件就是仪器”的思想，通过在通用硬件平台上设计软件来实现仪器的功能。20多年来，虚拟仪器以其优越的特点已经在世界范围内得到了广泛的应用。近几年来，我国对虚拟仪器的需求也在急剧地增长，特别是伴随着计算机技术的飞速发展，高性能的计算机技术推动了以软件作为核心的虚拟仪器技术的快速发展。虚拟仪器在军事、科研、测量以及测控等众多领域的应用已经证实它的价值所在。[5，6]

一、虚拟仪器的特点及其在实验教学中的作用

1.虚拟仪器的特点

电子测量仪器发展至今，大体分为四代：第一代为模拟仪器，如指针式万用表、晶体管电压表等，其基本结构是电磁机械式的，借助指针显示最终结果；第二代为数字化仪器，这类仪器目前相当普及，如数字电压表、数字频率计等，这类仪器将模拟信号的测量转化为数字信号的测量，并以数字方式输出最终结果；第三代为智能仪器，这类仪器内置微处理器，既能进行自动检测，又具有一定的数据处理能力，其功能块以硬件或固化的软件形式存在；第四代为虚拟仪器，是由计算机硬件资源、模块化仪器硬件和用于数据分析、过程通讯及图形用户面的软件组成的检测系统，它是一种完全由计算机来操作控制的模块化仪器系统。

虚拟仪器的出现，极大地扩充了传统仪器的应用范围。与传统仪器相比较，虚拟仪器的强大优势主要表现在：

（1）传统仪器开发和维护费用高、价格较昂贵，而虚拟仪器开发时间短、开发和维护费用低、价格低廉。

（2）传统仪器技术更新周期长，一般为5-10年，而虚拟仪器技术更新周期短，一般仅有0.5-1年。

（3）传统仪器的关键是硬件，而硬件比较固定且不灵活。而虚拟仪器的关键是软件，仪器硬件的软件化，增强了仪器的灵活性和可操作性。

（4）传统仪器连接的设备数量有限、功能单一、使用不便。而虚拟仪器能支持计算机网络技术和接口技术，具有方便、灵活的互联能力，可以通过连接互联网与周边众多仪器相连，实现对测控单元测量过程和控制过程的自动化、智能化、网络化。

2.在实验教学中引入虚拟仪器的意义

虚拟仪器技术是仪器技术发展的最新方向，在以硬件实验为主的电工电子实验中引入虚拟仪器无论对于学生还是对于实验室本身都具有非常重要的现实意义，主要体现在：

（1）虚拟仪器的使用，丰富了教学内容，提高了实验成功率，使得学生在实验中设计效率、质量都有所提高，设计周期缩短。在较好地掌握教学内容的同时，充分发挥了个人的创造性。

（2）虚拟仪器的使用，可辅助实验室开设出更多复杂的实验内容，甚至一些实验室不具备开设条件的实验也可通过该方式开设出，并得到比较满意的效果。

二、基于虚拟仪器的电工电子实验模式

1.阶段性分析

在开展基于虚拟仪器的电工电子实验教学时，为了顺利地完成教学任务和提高教学质量，在实际的实验教学中，此类实验应该分阶段进行，逐步地由浅入深展开。

第一阶段：在传统的基于数字化仪器的硬件实验中选择适当的实验内容，要求学生在完成基本实验内容的同时，再利用现有常用的虚拟仪器进行测试，让学生在实验中加深对虚拟仪器概念的理解，充分熟悉实际的各类电子仪器和与之相关的虚拟仪器，如虚拟示波器、虚拟信号发生器等。

第二阶段：在课堂上对虚拟仪器开发软件进行讲解，并开设相关的上机实验，让学生充分地利用计算机软件在数据采集、存储、分析、处理、传输以及控制等方面的强大功能，在PC机上虚拟出信号发生器、虚拟示波器以及数字万用表等，在实验中加深对虚拟仪器及其开发过程的掌握。

虚拟仪器技术论文篇8

一、机械工程测试系统基本状况分析

测试是测量与试验的简称，测试中最基本的是测量。测量是利用各种装置对可观测量（或称被测参数）进行定性和定量的过程。测试的基本任务是获取信息。测试是发展和检验自然科学理论的实践基础。在工程技术领域，由于实际研究对象的复杂性，很多问题难以进行完善的理论分析、推导和计算，所以必须通过试验来获得研究对象的状态，变化和特征等，这正是通过测试来实现的。测试技术正是研究有关测试方法、测试手段和测试理论的科学，它应用于不同的领域并在各个自然科学研究领域起着重要作用。特别是现在机械工程测试技术引起了大型工业企业和高等院校极大的重视。

测试系统的第一个环节是信号的传感，即是将被测量的量或被观察的量通过一个被测量传感器或敏感元本文由论文联盟收集整理件转换成一个电的、液压的、气动的或其他形式的物理量，被测的或被观察的量与被转换的输出量之间根据可利用的物理定律应该具有一种明确的关系。传感器就是用来完成这种转换的装置。

第二个环节为信号的转换和调理。被测物理量经传感环节被转换为电阻、电容、电感或者电压、电流、电荷等电参量的变化，由于在测试过程中不可避免地遭受各种内、外干扰因素的影响，且为了用被测信号驱动显示、记录和控制等仪器或进一步将信号输入计算机进行数据处理。因此经传感后的信号尚需进过调理、放大、滤波、运算分析等一系列加工处理，以抑制干扰噪声、提高信噪比，便于进一步传输和后续环节中的处理。

第三个环节是是对这些信号进行分析处理以及显示记录，包括信号的时域分析、频域分析、相关分析等。原始波形显示、处理后波形显示等。从而还可以分析出机械运转的工况等。 机械工程测试系统有测量、监控、试验分析机械设备运行过程中的参数功能，但前序步骤必经信号的采集、分析才能得出。所以，本系统对于机械的后续分析作用意义重大。

二、虚拟仪器技术在机械工程测试系统中的应用现状

科学技术的日益发展，对现在的机械工程测试系统影响很大，特别是相对于传统的测试系统来讲。以前要用特定的仪器对信号进行分析，但是利用虚拟仪器组建的机械工程测试系统却不用专用的仪器，而是利用计算机作为连接虚拟仪器软硬件的平台，信号源通过调理后数据采集卡就可以获取数据进行分析处理。现代计算机技术对机械工程测试技术和仪器的发展产生了革命性的影响。

测试系统的发展经历了模拟测试仪器、计算机测试系统（智能仪器）及虚拟仪器三个阶段。现代机械工程测试技术以计算机为中心，计算机的发展必然促进测试技术和仪器的发展。在此背景下，虚拟仪器的产生也就水到渠成。

在虚拟仪器中，软件是虚拟仪器系统的关键，目前国内外这种软件主要有美国dsp公司的dadisp软件，以实验后数据处理分析和表示见长美国ni公司的系列虚拟仪器开发平台（labview、labwindows/cvi、virtual bench和component works）、美国quatech公司的daslab软件包和惠普公司的vee软件平台都是可以搭建虚拟测试系统的软件平台，以图形化编程和界面灵活见长。华中理工大学的v198虚拟仪器系统和哈尔滨工业大学的仪器王以虚拟的单个仪器或仪器库见长。其中，美国ni公司的labview软件功能最为完善，labview软件以简单、直观的图形化编程方式、强大的图形显示和数据处理能力见长，运行速度快、开发周期短、界面灵活是其又一大优势，最能体现虚拟仪器的风格，所以基于labview的虚拟仪器应用相当广泛。

由于pc的功能变得越来越强大，速度快，价格低，在标准pc上连接一个或多个仪

器模块构成测试仪器成为一种趋势。这种仪器即为虚拟仪器。虚拟仪器的软件开发平台labview中，“所见即所得”的可视化技术是应用于测试领域的雏形。虚拟仪器注重测试人员在进行工作中的感觉。用仿真的面板给人以真实仪器的感觉，用丰富的曲线图像向测试人员传递信息，是虚拟现实技术在机械工程测试领域中的广泛应用趋势。

几个测试站点连成一个大的测试网络，互通数据和信息，联合分析测试结果，实现

数据和信息共享的网络化测试是机械工程测试系统的一个发展趋势。虚拟仪器技术是现代机械工程测试系统的发展趋势，在丰富的虚拟仪器软硬件产品支持下，尤其是在被誉为“科学家和工程师的语言”labview的支持下，组建一个机械工程测试系统正变得越来越容易。在技术发展日新月异的今天，为了让测试系统就有开放性、兼容性和不断更新的可能，利用虚拟仪器的概念组建测试系统不失为一种好的选择。

虚拟仪器技术论文篇9

计算机技术与仪器的结合是当今仪器发展的一个重要方向，这种结合有两种方式，一种方式是将计算机装入仪器中，这就是所谓的智能化仪器，随着计算机功能的日益强大和体积的日趋缩小，这类仪器的功能越来越强大，有着广泛的应用前景。另一种方式是将仪器装入计算机中，充分利用计算机的软硬件资源和操作系统实现各种仪器功能，这就是所谓的虚拟仪器。

一、虚拟仪器技术在实验教学中的应用优势

虚拟实验室具有易于构建，易于实现试验硬件及测试数据共享，便于异地在线检测和远程测控等特点，这些特点使得虚拟仪器在学校实验室中可以发挥重要作用。运用虚拟仪器技术，可以应用现有设备搭建功能强大的实验系统，从而节省大量的购置设备费用，可以提高仪器界面的人机交互能力和可视化程度，给实验者提供更好用的仪器。与传统实验室相比，虚拟实验室具有独特的优点：1.能充分利用计算机现有资源；2.容易实现技术更新；3.自动化、智能化程度高；4.功能齐全、灵活、方便。这些优点在实践教学中产生了不可忽视的作用，能够弥补传统实验室的不足。虚拟仪器最简单的应用就是代替常规的仪器，如函数发生器、示波器等，对实现信号产生及波形记录，可以取得较好的效果。用计算机虚拟出的函数发生器，其波形、频率、幅值等都可用键盘或鼠标进行设置，完全能代替常规的仪器使用。学生可以利用这种虚拟仪器及时进行数据处理，观察和分析实验结果。虚拟仪器的设计和使用，大大提高了学生的实验兴趣、实验效果和效率，巩固了他们对该课程和理论知识的掌握。

二、改变实验教学模式，培养创新人才

有关“测试自动化”方面的传统实验大多数以验证性为主，实验内容单一，学生无需思考，按部就班地按照实验步骤就可以做完实验，缺乏设计性和创新能力的培养。引入虚拟仪器系统，就可灵活地增加各种设计性实验内容， 使学生根据实验要求，自行设计各种软面板，定义仪器的功能，以各种形式表达输出检测结果，实时进行分析。因此，虚拟仪器设计不仅能锻炼学生的独立构思和设计能力，而且能激发学习的兴趣。

三、提高实验室水平，满足实验教学的新要求

虚拟仪器技术包括：信号调理技术、数据采集技术、数据处理技术、数据输出和传输技术等，也就是说，虚拟仪器技术使过去互不相干、独立分散的许多技术领域，相互影响，相互融合，并形成新的技术方法和规范。这就要求从事实验教学的教师具有综合实验能力和雄厚的理论基础，能够紧跟现代科学技术的发展步伐，能够不断更新和调整实验方法和手段，使实验室的实验教学设备保持其先进性。虚拟仪器的引入对人力资源的建设提出了更高的要求，而唯有人力资源得到有效的开发，才能使虚拟仪器发挥出应有的作用。

四、可以显著降低试验成本和提高实验效率

传统台式仪器价格相对较贵，若购进一套新型的完整的测试设备少则几万元，多则几十万元，另外，还具有占用空间大、更换不方便的缺点。而虚拟仪器很大程度节约了经费，提高了试验效率。虚拟仪器已在学生的毕业论文实验中开始推广使用，这种训练不仅加强了学生对虚拟仪器的工作原理、使用方法及功能的认识，而且开阔了学生的思路和眼界，提高了处理问题和解决问题的能力。因此，开发和利用虚拟仪器系统是改革实验教学的一个新的发展方向，必将在我校实验领域开辟新的天地。

建设现代化的教学、科研实验室是一项具有挑战性的工作。虚拟仪器的产生和发展推动了试验方式的改革，将虚拟仪器引入实验室教学，不仅可更新实验设备，降低实验仪器费用，还可减少实验测量中的人为误差，提高实际测量的准确度，实验效率较高。此外，在激发学生自主学习的积极性，增加单位时间的实验内容，促进学生动手能力的提高和创新意识的培养等方面也收到了良好的效果。

五、结束语

虚拟仪器克服了传统仪器自成系统，功能单一，体积庞大，仪器繁多，操作次数过多出现滑丝、指示不准等机械故障所导致的测量误差。不仅虚拟仪器工作平台的PC机可以一机多用，就是实验室也可以一室多用，节省了大量的设备购置费，可缓解实验室空间不足，又使现有的计算机资源得到充分利用。

将虚拟仪器技术引入实验教学，不仅可更新实验设备，降低实验仪器费用，还可减少实验测量中的人为误差，提高实际测量的准确度，实验效率较高。此外，在激发学生自主学习的积极性，增加单位时间的实验内容，促进学生动手能力和创新意识等方面也收到了良好的效果。参考文献：

[1]赵茜,夏庆观.多功能虚拟测试仪的设计[J].电测与仪表.2005.

虚拟仪器技术论文篇10

一、机械工程测试系统基本状况分析

测试是测量与试验的简称，测试中最基本的是测量。测量是利用各种装置对可观测量（或称被测参数）进行定性和定量的过程。测试的基本任务是获取信息。测试是发展和检验自然科学理论的实践基础。在工程技术领域，由于实际研究对象的复杂性，很多问题难以进行完善的理论分析、推导和计算，所以必须通过试验来获得研究对象的状态，变化和特征等，这正是通过测试来实现的。测试技术正是研究有关测试方法、测试手段和测试理论的科学，它应用于不同的领域并在各个自然科学研究领域起着重要作用。特别是现在机械工程测试技术引起了大型工业企业和高等院校极大的重视。

测试系统的第一个环节是信号的传感，即是将被测量的量或被观察的量通过一个被测量传感器或敏感元本文由收集整理件转换成一个电的、液压的、气动的或其他形式的物理量，被测的或被观察的量与被转换的输出量之间根据可利用的物理定律应该具有一种明确的关系。传感器就是用来完成这种转换的装置。

第二个环节为信号的转换和调理。被测物理量经传感环节被转换为电阻、电容、电感或者电压、电流、电荷等电参量的变化，由于在测试过程中不可避免地遭受各种内、外干扰因素的影响，且为了用被测信号驱动显示、记录和控制等仪器或进一步将信号输入计算机进行数据处理。因此经传感后的信号尚需进过调理、放大、滤波、运算分析等一系列加工处理，以抑制干扰噪声、提高信噪比，便于进一步传输和后续环节中的处理。

第三个环节是是对这些信号进行分析处理以及显示记录，包括信号的时域分析、频域分析、相关分析等。原始波形显示、处理后波形显示等。从而还可以分析出机械运转的工况等。 机械工程测试系统有测量、监控、试验分析机械设备运行过程中的参数功能，但前序步骤必经信号的采集、分析才能得出。所以，本系统对于机械的后续分析作用意义重大。

二、虚拟仪器技术在机械工程测试系统中的应用现状

科学技术的日益发展，对现在的机械工程测试系统影响很大，特别是相对于传统的测试系统来讲。以前要用特定的仪器对信号进行分析，但是利用虚拟仪器组建的机械工程测试系统却不用专用的仪器，而是利用计算机作为连接虚拟仪器软硬件的平台，信号源通过调理后数据采集卡就可以获取数据进行分析处理。现代计算机技术对机械工程测试技术和仪器的发展产生了革命性的影响。

测试系统的发展经历了模拟测试仪器、计算机测试系统（智能仪器）及虚拟仪器三个阶段。现代机械工程测试技术以计算机为中心，计算机的发展必然促进测试技术和仪器的发展。在此背景下，虚拟仪器的产生也就水到渠成。

在虚拟仪器中，软件是虚拟仪器系统的关键，目前国内外这种软件主要有美国dsp公司的dadisp软件，以实验后数据处理分析和表示见长美国ni公司的系列虚拟仪器开发平台（labview、labwindows/cvi、virtual bench和component works）、美国quatech公司的daslab软件包和惠普公司的vee软件平台都是可以搭建虚拟测试系统的软件平台，以图形化编程和界面灵活见长。华中理工大学的v198虚拟仪器系统和哈尔滨工业大学的仪器王以虚拟的单个仪器或仪器库见长。其中，美国ni公司的labview软件功能最为完善，labview软件以简单、直观的图形化编程方式、强大的图形显示和数据处理能力见长，运行速度快、开发周期短、界面灵活是其又一大优势，最能体现虚拟仪器的风格，所以基于labview的虚拟仪器应用相当广泛。

由于pc的功能变得越来越强大，速度快，价格低，在标准pc上连接一个或多个仪

器模块构成测试仪器成为一种趋势。这种仪器即为虚拟仪器。虚拟仪器的软件开发平台labview中，“所见即所得”的可视化技术是应用于测试领域的雏形。虚拟仪器注重测试人员在进行工作中的感觉。用仿真的面板给人以真实仪器的感觉，用丰富的曲线图像向测试人员传递信息，是虚拟现实技术在机械工程测试领域中的广泛应用趋势。

几个测试站点连成一个大的测试网络，互通数据和信息，联合分析测试结果，实现

数据和信息共享的网络化测试是机械工程测试系统的一个发展趋势。虚拟仪器技术是现代机械工程测试系统的发展趋势，在丰富的虚拟仪器软硬件产品支持下，尤其是在被誉为“科学家和工程师的语言”labview的支持下，组建一个机械工程测试系统正变得越来越容易。在技术发展日新月异的今天，为了让测试系统就有开放性、兼容性和不断更新的可能，利用虚拟仪器的概念组建测试系统不失为一种好的选择。

虚拟仪器技术论文篇11

中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)04-11088-02

1 引言

计算机虚拟是目前国际上计算机应用的最前沿的研究方向之一，已引起了学术界和工业界的广泛关注，虚拟仪器技术所表现出的广阔应用前景吸引了众多的研究人员和商业公司。但是虚拟仪器也面临着一些不可避免的问题，为了进行有效的虚拟仪器，首先需要检查应用的虚拟仪器系统所期望的特性，另外需要考虑虚拟仪器发展所面临的挑战。近年来，随着TI LabView的研究的深入发展，虚拟仪器技术的扩展性研究势在必行。为此，本文就有效虚拟仪器的电压电流要求及所面临的挑战进行研究[3-4]。

2 虚拟仪器的表示

2.1 什么是虚拟仪器技术(virtual instrument)

这个问题现在也没有一个公认的定义，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技术为主导的最新商业技术的优点，包括功能超卓的处理器和文件I/O，使您在数据导入磁盘的同时就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。虚拟仪器技术的另一突出优势就是不断提高的网络带宽。因特网和越来越快的计算机网络时的数据分享进入了一个全新的阶段，将因特网和NI的软硬件产品相结。

2.2 按照虚拟仪器的组成划分，它可以分为计算机、应用软件和仪器硬件三个部分。

计算机：提供虚拟仪器通用平台，数据存储，显示等；

仪器硬件：获取被测信号，产生激励信号等；

应用软件：控制数据采集、控制、分析、处理和显示等，是虚拟仪器的关键。

2.3 按照虚拟仪器的功能划分

数据采集；数据分析；结果表达。

2.4 定义虚拟仪器

(1)英国国家物理实验室（NPL）定义

虚拟仪器是在通用计算机（如PC机、Mac或工作站）中加上软件和/或硬件，并使用计算机屏幕提供仪器虚拟界面的可重用测量仪器。

(2)NI公司的定义

虚拟仪器就是在通用计算机上加上一组软件和/或硬件，使用者在操作这台计算机时，就象是在操作一台他自己设计的专用电子仪器。

虚拟仪器是一种软件定义的系统，基于用户需求的软件定义了一般测量硬件的功能。

(3)VXIplug&play规范定义

实现传统分立仪器功能的一组软件模块，也包括与其相关或必须的硬件资源。

3 虚拟仪器的优势

3.1 网络化

系统中的仪器数量只受机架尺寸和可用路由器端口数的限制。每一设备都有独有的IP地址，它可以手动或自动设置。仪器可靠近或远离控制器――实际上能放置在公司Intranet或Internet上的任何地方。

3.2 开发时间少

在驱动和应用两个层面上，软件构架能与计算机、仪器仪表和通讯方面的最新技术结合在一起。驱动层设计提供DLL，应用层采用VC++，LabView等软件来完成。而且我们还可以把驱动层设计提供DLL用VC++的方法形成类的形式。软件构架的目的就是为了方便用户的多层调用，同时还提供了灵活性和强大的功能，使您轻松地配置、创建、部署、维护和修改高性能、低成本的测量和控制解决方案。

3.3 完美的集成

虚拟仪器技术从本质上说是一个集成的软硬件概念。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量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。NI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、运动河分布式I/O等等，帮助用户轻松地将多个测量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，您的系统可以更具竞争性，因为您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[5]。

4 多线程的管理方法和技术

4.1 管理多线程的方法

管理多线程的方法是目前的重点研究方向，研究成果较多，从采用的技术上看，分为动态方法（即链表方法）和静态方法（即数组方法）两大类。动态方法是利用链表方法论理建立链表，由于该方法最后获得的知识表示形式是动态，故一般文献中称它为动态方法。动态方法中较有特色的方法是Tree，B-Tree，平衡二叉树等方法[6-7]。静态方法开展的比较早。近年来，随着矩阵论的发展使数组方法得到了迅速的发展。

4.2 虚拟仪器线程的管理方法和技术的头文件

#include

#include

class CThreadList

{public:

CThreadList();

virtual ~CThreadList();

void AddToList(void* pObject);

void RemoveFromList(void);

void *GetObjectFromList();

private:

struct ThreadObjectListItem

{bool fBusy;

int nThreadId;

void *pObj;};

CCriticalSection m_cs;

CArray m_List;

ThreadObjectListItem *m_prgItems;

int m_nListSize;};

4.3 虚拟仪器线程的管理方法和技术的实现文件

5 用线程虚拟电压和电流的实现

5.1 硬件设计

计算机和Gondon之间通过RS232建立通讯，Gordon和计算机之间也通过RS232，这样就可以完成硬件的连接。Gordon 是一个可以控制输出电压和电流，而且可以完成RS232的电压的转化，就是计算机输出的是十二伏，到达手机的电压是3.7伏。

5.2 软件设计

6 结束语

通过实验我们发现这种方法是可行的，每一百毫秒就显示出手机的电压和电流的状态，而且可以完全达到虚拟仪器的目的。这种方案可以推广到一般的虚拟仪器的方法，包括声音和图像也可以达到其目的[8-10]。当然，如果用线程去模拟所有的功能，我们必须提供一种解决管理多线程的方案。这种方案我们可以采用链表结构来完成。电子技术和计算机技术的进步改变了传统的设计思想，许多过去由硬件实现的功能可以由软件实现；专业化的设计软件为高效、易用的仪器软件开发提供了工具。

参考文献：

[1]Fish K. E, Barnes, H H, Aiken M. W, Artificial Neural Networks: A New Methodology for Industrial Market Segmentation[J]. Industrial Marketing Management, 1995, 431-438.

[2]A. Teller, M. Veloso. Programming Evolution for Data Mining[J]. Int. Expert Syst, 1995,8:216-236.

[3]E. Noad, A. A. Freitas, H. S. Lopes. Discovering Interesting Prediction Rules With a Genetic Algorithms[A]. Proc. IEEE. Congr. Evolutionary Comput. CEC ’99[C]. San Diego: AAAI Press, 1999. 1322-1329.

[4]Scott Sanfield Ralph Arvesen.VC++ Developer Guide.Publishing House of Electronics Industry

[5]/node/2.

[6]/msj/0498/bugslayer0498.aspx.

[7]/debug/postmortemdebug_standalone1.asp.

[8]npl.co.uk.

虚拟仪器技术论文篇12

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）33-0025-03

一、引言

虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用[1]。如同人类科学技术的每一个进步，虚拟仪器技术既对高等工程教育内容的更新提出了要求，又为高等工程教育技术的进步创造了条件。但是虚拟仪器对于高等工程教育改革的重要意义，远非只是简单地提供了一种诸如音像教材或多媒体课件那样的教学工具，而是创造了一种全新的教学模式，开拓一个崭新的教学平台[2]。在这个更高的层面上，教师和学生不再仅仅使用现成的教学工具去提高教学效率，而是让自己应用最新的技术手段去主动地、创造性地教育和学习。

二、虚拟仪器教学与传统仪器教学的比较

各种物理量的测量是工程实践中一个普遍的问题，传统上解决的方法是针对某一种测试的要求购置一种仪器，仪器的功能由厂家定义，它一般是单一、固定的[3]。近十几年以来，随着计算机技术的飞速发展，诞生了虚拟仪器这种新的测试技术。应用虚拟仪器技术使一台普通的计算机成为一个功能完备的个人实验室。面对工程实践中可能遇到的各种物理量的测量与分析任务，不需要预先准备许许多多仪器，也不必现去订购合用的设备，而是简单地修改一下软件，就得到一台新的仪器。虚拟仪器技术的方便灵活和计算机技术的迅速普及，使物理量测量不再需要去请专业的测试技术人员来完成，每一个工程师和科学家都可以应用虚拟仪器技术完成自己遇到的测试任务，它是目前测试领域的一个技术热点，也代表了未来仪器技术的发展方向。在机械工程专业中，传统仪器教学主要是学习仪器的功能、原理、使用方法等[4]。虚拟仪器教学重点则是仪器的“制作”，即在一定的编程环境下，指导学生自己用计算机软件开发仪器。这样更突出了学生在学习中的主体地位。由于虚拟仪器主要是利用计算机软件来实现仪器的功能，所以仪器的内部结构对学生是透明的，学生能够构造、修改和增加仪器的功能，更容易激发学生的学习兴趣，培养学生的创造性思维和工程实践能力。我们把虚拟仪器教学与机械工程测试技术教学有机地结合在一起。机械工程测试技术课程是高等学校机械类专业一门重要的专业课，主要讲授机械工程领域各种常见物理量的测试与分析方法。基于虚拟仪器的机械工程测试技术教学，从整体上对传统的教学模式进行了改革，课堂教学主要突出测试技术的基础理论，删减了某些目前工程中已经很少使用的传统仪器的教学内容，增加了虚拟仪器的教学内容[5]。使学生能够了解典型的虚拟仪器结构，掌握虚拟仪器系统的构成以及其中各个环节的作用。虚拟仪器的软件教学是虚拟仪器教学的主要部分。我们选择美国NI公司的LabVIEW作为虚拟仪器教学平台。LabVIEW是当前诸多虚拟仪器软件开发平台中最流行的一个。它采用图形语言，编程界面非常形象直观，使用图标、连线来编写程序，代替传统编程语言的文本语句。它提供各种旋钮、仪表盘、波形图等控件，用于在计算机屏幕上创建虚拟仪器的软面板，代替传统仪器的硬面板。提供了经典的信号处理的几乎全部功能模块和大量常用的数学分析工具。

三、基于虚拟仪器的机械工程测试技术实验教学

虚拟仪器的生命力就体现在使用者可以用软件随心所欲地构造出自己需要的仪器，实现丰富与灵活的功能。应用虚拟仪器进行工程测试，是测试技术发展的必然趋势，也有益于学生与未来的工程实践接轨。通过虚拟仪器教学环节，学生能够用自己开发的虚拟仪器进行机械工程测试实验，完成编写软件、连接硬件，进行实验的全部过程。实验内容包括国内高等院校目前开设比较普遍的各个机械工程测试实验项目[6]。

1.应变测试实验。在应变梁上按不同形式粘贴好电阻式应变片，用信号调理器完成组桥并供激励电压和进行信号的放大、滤波，用LabVIEW提供的Convert Strain Gauge Reading函数将各种组桥方式的应变电压信号转换成应变值，根据Convert Strain Gauge Reading函数输出的应变值，描绘出各种形式应变梁的挠曲轴，计算出梁的最大挠度值，构成一台高效的多功能数字式应变仪，应变测试系统前面板如图1所示，通过实验，学生可以掌握应变的测量方法和电桥特性。

2.频率响应函数与数字滤波实验。频率响应函数是描述测试系统动态特性的重要参数。LabVIEW的Transfer Function计算频率响应函数并返回两个参数，一个数组是频率响应函数的模（Frequency Response Mag），即被测系统的幅频特性；另一个是频率响应函数的幅角（Frequency Response Phase），即被测系统的相频特性。LabVIEW开发环境内有大量的数字滤波函数和数字滤波器开发工具。我们选择比较有典型意义的巴特沃斯（Butterworth）和切比雪夫（Chebyshev）滤波器作为测试系统，并根据选频要求分别将它们设置为低通、高通、带通和带阻型滤波器。通过实验学生既掌握了频率响应函数的测试方法，又了解了各种数字滤波器的频率响应特性。该实验内容也可以脱离硬件进行，大大降低了实验成本。

3.位移测试实验。位移传感器采用近年来发展起来的导电塑料电位计，学生根据传感器的电阻分压电路，推导出位移与信号电压的关系式，编写位移测试的程序。实验中用游标卡尺测试位移传感器的位移量，代替被测量实际值，作为测试装置的输入值，对位移传感器进行静态标定。计算系统线性度时，采用LabVIEW的Linear Fit函数拟合直线，不需要编程时进行复杂的数学计算，就能取得高精度的结果，实验系统前面板如图2所示。

4.基于DataSocket的网络化振动测试。振动测试实验系统硬件结构如图3所示。实验中教师机产生一个频率连续变化的正弦激励信号，通过数据采集卡进行D/A转换后输出，经功率放大器送到激振器，使被测悬臂梁产生受迫振动。压电晶体加速度传感器拾取被测梁的振动信号。为了增加学生参与实验的机会而不过多增加设备投资，这个实验设计为基于计算机网络的实验，采用LabVIEW的DataSocket技术来实现的。实验室计算机网络是校园网的一部分，逻辑上是一种总线型结构，采用广播网传输技术。实验室中任何一台计算机发出的消息都能被所有计算机接收到。这样，当教师机运行振动测试服务器程序，采集被测对象加速度信号传输到计算机网络以后，同学只要在自己的振动测试程序中准确填写教师机的IP地址或网络标识名，就可以像自己的机器采集数据一样完成振动测试实验。

四、虚拟仪器技术对其他学科教学的促进

经过这些实验教学训练，学生更好地掌握了机械工程测试的有关内容和虚拟仪器编程技术。在这个基础上可以根据各种专业课程上学到的知识，自己选择实验内容，自行设计实验方案，在LabVIEW环境中进行自己感兴趣的实验。这样生动直观地展示许多抽象概念的物理实质，使它们更易于理解，达到课堂讲授很难得到的效果。由于学生要自己“做”实验仪器，所以就必须透彻了解实验原理，合理地设计实验方案，真正参与到实验过程当中。学生对这种实验教学方式表现了极大的兴趣，许多学生能够用多种方法完成同一个实验。还有些学生为了验证专业课学的某些知识，除教师指定的实验题目之外，还自己设计了一些实验，在完成教师指定练习内容的基础上有所创新和突破。因此，虚拟仪器技术促进了各学科教学质量的提高。

五、虚拟仪器技术对提高学生工程素质的作用

在LabVIEW平台上进行机械工程测试技术教学，不仅能够应用虚拟仪器作为实验设备对理论教学进行验证，而且能训练学生应用虚拟仪器进行实际工程测试的能力。由于我们的实验环境软硬件完全是工业标准的产品，学生在实验中开发的许多虚拟仪器完全可以直接应用到工程实践中去。在虚拟仪器教学内容上，我们安排了大量工程实例。学生学了这门课程以后，就知道所学的知识将来如何应用。几年来，我们还注意利用毕业设计这个最后的实践性教学环节，综合应用虚拟仪器技术和各学科知识，指导学生完成了基于LabVIEW的机器视觉系统、旋转机械状态监测与故障诊断、网络化机械参数测试、现代液压测试技术等课题，其中有些获得大学生科技创新竞赛奖。这些课题来源于生产实践，可以在工业现场应用，学生工程素质得到极大地提高。

六、结论

这套教学改革方案在我校试行以来取得了明显的效果。根据对教学改革以来第一届毕业生跟踪调查，学生中有15%目前在工作岗位上或在完成研究生课题时，主要应用虚拟仪器技术，得到用人单位和导师好评。我们的高等工程教育不再仅仅是让学生掌握今天已有的科学技术，而是培养他们能够在明天更好地去创造和发挥，它适应了知识经济时代对于高素质创新人才的呼唤，是工程教育教学必然的发展方向。

参考文献：

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