虚拟仪器技术_1 (概述)

虚拟仪器简介虚拟仪器的相关介绍2.1 虚拟仪器技术虚拟仪器技术是以计算机软硬件技术为核心，以自动控制技术、传感器技术、现代信号处理技术、现代网络技术、数值分析技术为支撑，以各专业学科为应用背景的现代测试技术。

它利用高性能的模块化集成概念和方法，结合软件设计平台高效、简便的程序编译功能，依据用户各类特殊需求创建出人机对话界面，实现并取代各类特殊、昂贵的测试仪器的功能，目前已经成为测试理论和应用实验研究的重要支撑。

传统电子仪器存在的诸多弱点使传统仪器已渐渐不能满足工业自动化和测量领域的需要。

随着计算机技术日新月异的飞速发展，计算机强大的数据处理能力使得它的应用范围越来越广。

1986年，美国NI公司（National Instruments）提出虚拟仪器的概念，以“软件即仪器”为口号，彻底打破了传统电子仪器只能由生产厂家定义，用户无法改变的局面，从而引起仪器和自动化工业的一场革命。

简单地说，虚拟仪器技术就是利用计算机技术实现的对测控系统的抽象。

平常使用的示波器、数字万用表、信号发生器、数据记录仪，以及传感器等传统仪器，都可使用通用计算机和专用的控制器和显示器来模拟，实现向虚拟仪器的转变。

用户在计算机屏幕上用鼠标和键盘就可设置参数、观察波形，取代以往的在传统仪器面板上调节旋钮、观察曲线等操作，更为快捷方便。

可见虚拟仪器反映的是一种“硬件软件化”的思想和趋势。

虚拟仪器是当前测控领域的技术热点，它代表了未来仪器的发展方向。

而Labview是世界上最优秀的虚拟软件开发平台。

使用Labview的最开发虚拟仪器最大的好处是提高开发的效率。

据统计使用Labview开发虚拟仪器比使用基于文本的语言开发效率可以提高10—15倍，程序的执行速度去几乎不受影响；时时在信号处理等方面的强大功能方面是组态软件不可以比拟的。

2.2 虚拟仪器的组成与分类虚拟仪器包括硬件和软件两大部分。

硬件主要是获取现实世界的被测信号, 提供信号传输的通道。

第八章虚拟仪器设计8.1 虚拟仪器技术随着计算机技术的高度发展，传统仪器开始向计算机化的方向发展。

虚拟仪器是20世纪90年代提出的概念，是现代计算机技术、仪器技术及其它新技术完美结合的产物。

虚拟仪器的提出与发展，标志着21世纪自动测试与电子测量仪器技术发展的一个重要方向。

8.1.1 虚拟仪器的概念传统仪器一般是一台独立的装置，从外观上看，它一般由操作面板、信号输入端口、检测结果输出这几个部分组成。

操作面板上一般有一些开关、按钮、旋钮等。

检测结果的输出方式有数字显示、指针式表头显示、图形显示及打印输出等。

从功能方面分析，传统仪器可分为信号的采集与控制、信号的分析与处理、结果的表达与输出这几个部分。

传统仪器的功能都是通过硬件电路或固化软件实现的，而且由仪器生产厂家给定，其功能和规模一般都是固定的，用户无法随意改变其结构和功能。

传统仪器大都是一个封闭的系统，与其它设备的连接受到限制。

另外，传统仪器价格昂贵，技术更新慢（周期为5至10年），开发费用高。

随着计算机技术、微电子技术和大规模集成电路技术的发展，出现了数字化仪器和智能仪器。

尽管如此，传统仪器还是没有摆脱独立使用和手动操作的模式，在较为复杂的应用场合或测试参数较多的情况下，使用起来就不太方便。

由于以上这些原因，使传统仪器很难适应信息时代对仪器的需求。

那么如何解决这个问题呢？可以设想，在必要的数据采集硬件和通用计算机支持下，通过软件来实现仪器的部分或全部功能，这就是设计虚拟仪器的核心思想。

所谓虚拟仪器，就是在通用的计算机平台上定义和设计仪器的功能，用户操作计算机的同时就是在使用一台专门的电子仪器。

虚拟仪器以计算机为核心，充分利用计算机强大的图形界面和数据处理能力，提供对测量数据的分析和显示功能。

随着计算机技术的快速发展、CPU处理能力的增强、总线吞吐能力的提高以及显示技术的进步，人们逐渐意识到，可以把仪器的信号分析和处理、结果的表达与输出功能转移给计算机来完成。

《虚拟仪器技术》实验指导书实验1数字温度计实验实验序号：1实验名称：数字温度计实验适用专业：电子信息工程、通信工程学时数：4学时一、实验目的该实验要求学生学会使用NI ELVIS II+的可调电源VPS，并在其上搭建热敏电阻电路，基于NI ELVIS II+的软件包，在LabVIEW中编写程序，构建一个数字温度计。

二、实验要求（1）学会使用NI ELVIS II+中的数字万用表、可调电源。

（2）学会基于NI ELVIS II+的软件包在LabVIEW中编写程序构建一个数字温度计。

（3）要求认真且独立完成电子电路的参数测量。

（4）在NI ELVIS II+的实验板上搭电路以及测量数据时，注意不能短路，以免烧坏实验平台中的元器件。

（5）注意仪器设备的规范使用以及测量步骤正确的顺序。

（6）编写程序要规范、正确，有问题的程序能够通过调试解决。

（7）做完实验后给出本实验的实验报告。

三、实验设备、环境（1）NI ELVIS II+实验平台（2）至少PIII计算机，装有LabVIEW软件和NI ELVIS II+硬件驱动。

四、实验中的元器件（1）10kΩ电阻R1（2）10kΩ热敏电阻R T五、实验步骤及内容1、电阻元件参数测量（1）使用数字万用表测量电阻R1和热敏电阻R T。

在表1中记录测量数据。

实测值标称值R19.9710KΩR T16.9110KΩ表1电阻的测量值（2）将热敏电阻拿在指尖处，使它升温，观察电阻阻值变化随着温度升高阻值降低。

2、可调电源的使用（1）在软面板中，选择VPS，如图1。

NI ELVIS II+有两个可控电源，-12V~0V和0~12V，每个最大都可以输出500mA电流。

图1可调电源（2）用数字电压表测试可变电源的电源输出。

将可变电源[supply+]和[ground]连接到DMM的电压输入。

旋转VPS电压旋钮，可看见DMM显示的电压随VPS电压变化而变化。

点击手动按钮，旋转工作台上旋钮，观察DMM的变化随旋钮变化而变化。

计算机虚拟仪器技术的概念一、引言计算机虚拟仪器技术是一种基于计算机硬件平台，结合特定软件，实现测量、数据处理、分析、存储及结果显示等功能的技术。

它广泛应用于各种科研、生产、维修等领域，极大地提高了测试和测量的效率及精确度。

二、基于计算机的硬件平台计算机虚拟仪器技术的硬件基础是计算机硬件平台，包括台式机、笔记本、平板等，这些硬件平台为虚拟仪器的实现提供了基础计算能力。

三、图形化用户界面虚拟仪器的用户界面通常采用图形化方式，这种方式直观、易于理解，用户可以通过鼠标、键盘等输入设备对仪器进行操作和控制。

四、软件驱动的仪器虚拟仪器的核心是软件，它负责实现仪器的各种功能。

通过软件，用户可以设定仪器的工作模式、测量范围、数据处理方式等。

五、数据采集与分析虚拟仪器能够实现数据采集与分析。

它可以接收来自传感器或其他设备的数据，进行存储和分析。

通过软件，用户可以对采集到的数据进行处理和分析。

六、可自定义的仪器功能虚拟仪器的另一个重要特性是可自定义。

用户可以根据自己的需求，编写或修改软件，使仪器具备特定的功能。

这使得虚拟仪器具有极高的灵活性。

七、网络化测量与远程控制借助网络技术，虚拟仪器可以实现远程测量和控制。

用户可以在不同的地点对仪器进行操作，或者将测量数据发送到其他设备上进行处理。

八、模块化与扩展性虚拟仪器通常采用模块化的设计方式，这种方式使得它们可以根据需要进行扩展或缩减。

用户可以根据实际需求，添加或删除功能模块。

总结：计算机虚拟仪器技术是一种灵活且功能强大的测量技术。

通过利用计算机硬件平台和特定软件，它能够实现各种测量任务。

同时，由于其可自定义的特性，用户可以根据自己的需求对仪器进行定制。

此外，网络化测量和远程控制功能使其在实际应用中具有更大的便利性。

模块化的设计方式则使得虚拟仪器可以根据需要进行扩展或缩减。

总的来说，计算机虚拟仪器技术是一种广泛应用于各种科研、生产、维修等领域的先进技术。

不断发展中的虚拟仪器技术摘要:虚拟仪器技术是一项涉及多种技术领域的综合性技术。

本文介绍了虚拟仪器的优点、类型、组成及发展趋势,并简要介绍了虚拟仪器软件LabVIEW。

关键词:虚拟仪器软件硬件Labview传统的测控仪器以硬件为主,价格贵、功能不易扩展、技术更新慢、开发维护费用高。

在这种情况下近年产生出了虚拟仪器,它是在软硬件结合的方式下,利用计算机实现的一种仪器系统。

它实质上是利用计算机来模拟传统仪器的控制面板,利用硬件完成信号的采集、测量和调理,用专用的虚拟仪器设计与分析软件对所采集的各种信号数据进行运算、分析和处理,从而完成各种测试功能的一种计算机系统。

1 虚拟仪器、开发软件及发展趋势1.1 虚拟仪器概述1.1.1 概念虚拟仪器(Virtual Instrument)就是通过计算机加上特定的硬件设备,以及为实现特定功能而编制的软件而形成的既有普通仪器的功能,又具有一般仪器所没有的特殊功能的新型仪器。

在虚拟仪器中硬件不再是主体,它的作用主要是实现信号的输入输出,而对信号的分析、计算和统计等繁杂的工作都交由软件处理。

利用计算机处理器高速的运算,将结果呈现出来。

虚拟仪器实质上是一种创新的仪器设计思想,而非一种具体的仪器。

虚拟仪器可以有各种各样的形式,完全取决于构成仪器数据采集单元的硬件类型,但相同的一点是,虚拟仪器离不开计算机,软件是虚拟仪器设计中最重要,也是最复杂的部分。

1.1.2 虚拟仪器技术的应用虚拟仪器技术应用前景广泛。

总体上说,虚拟仪器是测量/测试领域的一个创新概念,适应了现代测试系统网络化、智能化发展趋势。

它在工业自动化、仪器制造和实验室方面有广泛的应用。

1.1.3 虚拟仪器的优点虚拟仪器作为一种新型的仪器种类,具有以下优点:(1)丰富和增强了传统仪器的功能。

虚拟仪器将信号分析、显示、存储、打印和其他管理集中交给计算机来处理,使得组建系统变得更加灵活、简单。

(2)突出了“软件就是仪器”。

虚拟仪器技术
VIRTUA1I N STRUMENTTECHNO1OGY
总学时：48 理论36实训12
学分：3
课程主要内容：
虚拟仪器技术代表了测量仪器与自动测试系统的发展方向。

本课程以美国N1公司的虚拟仪器图形化编程软件1abVIEW为主进行授课及实验。

以基于1ABVIEW图形化编程语言的虚拟仪器开发平台为基础，主要介绍虚拟仪器的基本概念、基本原理、1abVIEW编程环境、编程方法、数据采集、信号分析与处理等方面的内容。

要求学生在掌握基本理论知识和编程方法的基础上，能够从测量问题的本身出发，初步学会如何设计一个合理的测量方案，并能应用虚拟仪器测量技术解决一两个测量问题。

先修课程：
电子技术、电路分析、计算机技术和通信技术
适用专业：
电气工程与自动化，测控技术与仪器
教材：
[1]张凯、郭栋等∙1abVIEW虚拟仪器工程设计与开发.长沙：国防工业出版社.2005
[2]黄松岭、吴静.虚拟仪器设计基础教程.北京：清华大学出版社.2008.
教学参考书：
[1]袁渊、古军编著.虚拟仪器基础教程.成都：电子科技大学出版社.2005
[2]林静，林振宇等.1abVIEW虚拟仪器程序设计从入门到精通.北京：人民邮电出版社.2010.。

1.5 虚拟仪器技术通过前面的介绍，相信对虚拟仪器已经有了基本的了解，可能也很想在实际工程中应用一番。

但是如何才能得到虚拟仪器呢？要想获得虚拟仪器的使用通常有两种途径：一是，由专业的虚拟仪器系统集成商提供，他们具有丰富的、专业的虚拟仪器开发技能和经验。

他们会按照你的要求为你专门设计开发虚拟仪器，并可提供专业级的维护和升级。

这种方式特别适合仪器综合技术性能要求高，而应用面又比较窄的情况下。

二是，采用虚拟仪器技术由自己设计实现，通过学习和实践将自己塑造成为具有专业虚拟仪器开发技能和经验的开发者。

只要掌握了一定的虚拟仪器技术，就可以按项目要求自行设计虚拟仪器。

如果条件成熟，甚至你也可以发展成为专业级的虚拟仪器系统集成商。

什么是虚拟仪器技术？本节将介绍什么是虚拟仪器技术以及虚拟仪器技术和虚拟仪器之间的关系。

1.5.1 虚拟仪器技术——概述首先要说明的是：我们之前所谈到的“虚拟仪器”概念和这里所要介绍的“虚拟仪器技术”概念是两个完全不同的概念。

虚拟仪器——指虚拟仪器技术的具体应用实例。

通俗地讲：“虚拟仪器”是“虚拟仪器技术”的产物或结果。

虚拟仪器技术——指设计实现虚拟仪器的设计方法和高效的开发环境和硬件体系架构，包括软、硬件之间的有效连接，是一整套很复杂的现代技术集合。

事实上，美国NI公司不仅是虚拟仪器概念的创建和提出者，同时还创造、发明了一整套虚拟仪器设计、制造方法——被我们称之为：虚拟仪器技术。

这其中包括一个开放的、灵活的虚拟仪器软件开发环境以及与软件帄台相适应的硬件体系架构和管理体系。

NI公司良好愿景是：提供完整的与现代科学技术同步发展的虚拟仪器技术，让所有科学家和工程师都能够通过虚拟仪器技术来轻松地参与并主宰工业自动化测量和应用。

简单的讲，采用虚拟仪器技术将降低科学家和工程师在工业自动化测量和应用方面的门槛。

现在，世界上众多的科学家和工程师借助于NI公司的图形化系统设计帄台，彻底改变了测试、测量与控制应用程序的设计开发。

简述虚拟仪器一、虚拟仪器1.1虚拟仪器的发展近年来，虚拟仪器技术在国际上发展非常迅速。

这要归功于虚拟现实技术的发展，该技术虚拟化仪器模式——虚拟仪器，特别适用于当今越来越复杂的测试需求。

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，使用户利用计算机、一组软件和极少的必需硬件，就可在屏幕上虚拟出与传统仪器相似的显示面板，使用者通过鼠标和键盘操纵面板上的虚拟按钮、开关、旋钮来实现传统仪器的各种功能操作，通过面板上的虚拟显示屏、数码显示器和指示灯了解仪器的状态读取或打印测量结果，方便灵活地完成对被测试测量的采集、分析、判断、显示及数据存储等。

1.2虚拟仪器的概述虚拟仪器就是以计算机作为仪器统一的硬件平台，充分利用计算机的运算、存储、回放、调用、显示及文件管理等智能化功能，同时把传统仪器的专业化功能和面板控件软件化，使之与计算机结合构成一台从外观到功能都完全与传统硬件仪器相同，同时又充分享用了计算机智能资源的全新仪器系统。

1.3虚拟仪器的特点（1）智能化程度高，处理能力强虚拟仪器的处理能力和智能化程度主要取决于仪器软件水平。

用户完全可以根据实际应用需求，将先进的信号处理算法、人工智能技术和专家系统应用于仪器设计与集成，从而将智能仪器水平提高到一个新的层次。

（2）．复用性强，系统费用低应用虚拟仪器思想，用相同的基本硬件可构造多种不同功能的测试分析仪器，如同一个高速数字采样器，可设计出数字示波器、逻辑分析仪、计数器等多种仪器。

这样形成的测试仪器系统功能更灵活、更高效、更开放、系统费用更低。

通过与计算机网络连接，还可实现虚拟仪器的分布式共享，更好地发挥仪器的使用价值。

（3）. 可操作性强，易用灵活虚拟仪器面板可由用户定义，针对不同应用可以设计不同的操作显示界面。

使用计算机的多媒体处理能力可以使仪器操作变得更加直观、简便、易于理解，测量结果可以直接进入数据库系统或通过网络发送。

虚拟仪器技术综述摘要:本文论述了虚拟仪器的发展历程,虚拟仪器的基本概念、组成，虚拟仪器的总线技术，与传统仪器技术进行对比，虚拟仪器技术的优势，LabVIEW软件的应用，最后对虚拟仪器技术的发展趋势进行了分析总结.关键词：虚拟仪器、总线技术、LabVIEW一、虚拟仪器的发展历程1．国外发展历程随着个人电脑技术的出现,人们开始考虑使用电脑来处理传统仪器所测数据。

由此，GPIB技术在20世纪70年代发展起来，这也就是IEEE488及后来的IEEE488.2标准。

但由于GPIB总线带宽(1Mbytes／s）限制了数据向计算机的实时传输，所以大量的数据处理工作仍然依靠仪器自身所带有的功能。

20世纪80年代，随着计算机技术的进一步发展,个人电脑可以带有多个扩展槽，就出现了插在计算机里的数据采集卡。

它可以进行一些简单的数据采集，数据的后处理由计算机软件完成，这就是虚拟仪器技术的雏形。

1986年,美国NationalInstruments公司（以下简称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.20世纪90年代，计算机总线速度进一步加快，PCI总线的数据传输速度达到了132Mbytes/s。

1996年底，美国NI公司在PCI数据总线的基础上提出了第一代PXI系统的技术规范。

现在，PXI技术联盟已经有接近60家成员公司为这一平台开发产品.2．我国发展历程1985年,我国东方振动和噪声技术研究所（以下简称COINV）开始提出PC 卡泰（PCCATAI)-微机卡式采集测试分析仪的概念,并推出了数据采集和信号处理软件（DASPDataAcquisition＆SignalProcessing），随后又提出了“把实验室拎着走”的口号，进而进行了虚拟仪器库平台的研发，实现了INV虚拟仪器库。

DASP软件概念突破了传统的随机振动信号分析仪和FFT分析仪概念,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。