计算机虚拟仪器技术的概念

第２０卷第３期　２ｏｏ７年５月　机电产品开发与钊新　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ＆Ｉｎｎｏｖｍｉｏｎ　ｏｆ　Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ　Ｖｏ１．２０，Ｎｏ．３　Ｍａｙ．，２００７　

虚拟仪器技术概述　

陈思，黄亚宇　

（昆明理工大学，昆明云南６５００９３）　

摘要：虚拟仪器是一种新型的测试仪器，主要依靠软件来实现各种测试功能。本文对虚拟仪器的构成和　

特点等方面做了介绍，讨论了虚拟仪器的发展趋势。　

关键词：虚拟仪器：构成和特点；发展趋势　

中图分类号：ＴＰ３９１．９　文献标识码：Ａ　文章编号：１００２－６６７３（２００７）０３—０５１—０３　

０引言　

随着现代科学技术的飞速发展，高度自动化的工业　

化大生产迫切需要功能更强大、成本更低廉、系统更灵　

活的新一代测试仪器。在这种情况下，１９８６年美国国家　

仪器公司（Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，简称ＮＩ）　

研发推出了图形化编程环境的开发平台一ＩＪａｂｖｉｅｗ软件，　

并首先提出了虚拟仪器（Ｖｉｒｔｕａｌ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，简称ＶＩ）　

的概念［１１。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、测试速度快、　

自动化程度高、人机界面优异、灵活性强等优点，通常　

被认为是第三代自动测试系统的同义语脚。　

１虚拟仪器的构成　

任何测量测试仪器的主要功能都是由三大部分组　

成：①数据采集；②数据测试和分析；③结果输出显　

示。而虚拟仪器也是由这三大部分组成，不同的是虚拟　

仪器的数据分析和结果输出完全由计算机的软件系统来　

完成。因此，只要提供一定的数据采集硬件，就构成了　

基于计算机组成的虚拟测量测试仪器罔。虚拟仪器通常　

是有计算机、硬件接１３电路和软件这三部分构成问。　

１．１虚拟仪器的硬件构成　

硬件接口电路与计算机仪器构成了虚拟仪器的硬　

件。计算机是虚拟仪器的核心，主要完成数据处理和结　

果的显示．硬件接１３电路主要完成被测输人信号的采　

成都理工大学工程技术学院

虚拟仪器技术实验报告

专 业:

学 号:

姓 名:

2015年11月30日

1 正弦信号的发生及频率、相位的测量

实验内容：

 设计一个双路正弦波发生器，其相位差可调。

 设计一个频率计

 设计一个相位计

分两种情况测量频率和相位：

 不经过数据采集的仿真

 经过数据采集〔数据采集卡为PCI9112〕

频率和相位的测量至少有两种方法

 FFT及其他信号处理方法

 直接方法

实验过程：

1、 正弦波发生器，相位差可调

双路正弦波发生器设计程序：

相位差的设计方法：可以令正弦2的相位为0，正弦1的相位可调，这样调节正弦1的相位，即为两正弦波的相位差。

2设计频率计、相位计

方法一：直接读取

从调节旋钮处直接读取数值，再显示出来。

方法二：直接测量

使用单频测量模块进行频率、相位的测量。方法为将模块直接接到输出信号的端子，即可读取测量值。

方法三：利用FFT进行频率和相位的测量

在频率谱和相位谱上可以直接读取正弦信号的主频和相位。

也可通过FFT求得两正弦波的相位差。即对信号进行频谱分析，获得信号的想频特性，两信号的相位差即主频率处的相位差值，所以这一方法是针对单一频率信号的相位差。

前面板如下：

程序框图：

2幅频特性的扫频测量

一、实验目的

1、掌握BT3 D扫频仪的使用方法。

2、学会用扫频法测量放大电路的幅频特性、增益及带宽。

二、工作原理

放大电路的幅频特性，一般在中频段Ｋ中最大，而且基本上不随频率而变化。在中频段以外随着频率的升高或降低，放大倍数都将随之下降。一般规定放大电路的频率响应指标为3dB，即放大倍数下降到中频放大倍数的70.7%，相应的频率分别叫作下限频率和上限频率。上下限频率之间的频率范围称为放大电路的通频带，它是表征放大电路频率特性的主要指标之一。如果放大电路的性能很差，在放大电路工作频带内的放大倍数变化很大，则会产生严重的频率失真，相应的频率响应指标用不均匀度表示。

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。这样，可以利用计算

虚拟仪器的特点

虚拟仪器的特点：

1、丰富和增加了传统仪器的功能。虚拟仪器将信号分析、显示、存储、打印和其他管理集中交由计算机来处理，充分利用了计算机强大的数据处理、传输和发布能力，使得组建系统变得更加灵活简单。

2、突出“软件即仪器”的新概念。传统仪器的某些硬件在虚拟仪器中被软件所代替,由于减少了随时间可能产生漂移,需要定期校准的分立式模拟硬件，加上标准化总线的使用，大大提高了测量精度、测量速度和可重复性。

3、仪器由用户定义.虚拟仪器通过提供给用户组建自己仪器的可重用的源代码库，可以方便地修改仪器功能和面板，设计仪器的通信、定时和触发功能，实现与外设、网络及其他应用的连接，给了用户充分发挥自己能力和想象力的空间.

4、开放的工业标准.虚拟仪器硬件和软件都制定了开放的工业标准，用户可以将仪器的设计、使用和管理统一到虚拟仪器标准，使资源的重复利用率提高，功能易于扩展，管理规范，生产维护和开发费用降低。

5、便于构成复杂的测试系统，经济性好。虚拟仪器既可以作为测试仪器独立使用，又可以通过高速计算机网络构成复杂的分布式测试系统，进行远程测试、监控与故障诊断.此外，用基于软件体系结构的虚拟仪器代替硬件体系结构的传统仪器，还可以大大节约仪器购买和维护费用.