【信息化-精编】虚拟仪器测试技术

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。

虚拟仪器技术的国内外汇报人：日期:•引言•虚拟仪器技术在国内的应用•虚拟仪器技术在国外的应用目录•国内外虚拟仪器技术的比较与差异•虚拟仪器技术的未来发展趋势01引言虚拟仪器技术是一种基于计算机的测试和测量技术，通过软件实现传统仪器的功能。

定义特点应用领域虚拟仪器技术具有灵活性、可扩展性、高精度、高可靠性等特点，能够满足各种测试和测量需求。

虚拟仪器技术广泛应用于电子、通信、航空航天、汽车等领域。

030201虚拟仪器技术概述国内外发展现状国外发展现状虚拟仪器技术起源于美国，经过多年的发展，已经形成了完整的产业链和标准体系。

国外虚拟仪器技术发展迅速，产品种类繁多，功能强大，性能稳定。

国内发展现状我国虚拟仪器技术起步较晚，但发展迅速。

近年来，国内虚拟仪器技术取得了长足的进步，一些企业开始推出自主开发的虚拟仪器产品，但整体水平与国外还有一定差距。

同时，国内虚拟仪器技术标准体系尚不完善，需要进一步加强标准化建设。

02虚拟仪器技术在国内的应用虚拟仪器技术在国内科研领域广泛应用于实验室建设，提供先进的测试和测量解决方案。

实验室建设科研人员利用虚拟仪器技术进行各种科研项目的研究，如信号处理、图像处理、控制系统等。

科研项目国内学术会议和期刊杂志上经常发表关于虚拟仪器技术的学术论文，促进了该领域的学术交流和发展。

学术交流科研领域国内许多高校开设了虚拟仪器技术相关课程，并出版了专门的教材。

教材与课程利用虚拟仪器技术进行实践教学，提高学生的实践能力和创新精神。

实践教学国内教育机构积极推广虚拟仪器技术，建设了丰富的在线教育资源，方便学生自学。

教育资源教育领域企业应用产品研发虚拟仪器技术广泛应用于企业产品研发过程中，提高了研发效率和产品质量。

生产过程控制企业利用虚拟仪器技术对生产过程进行精确控制，提高生产效率和产品质量。

售后服务企业通过虚拟仪器技术为客户提供更好的售后服务，如远程故障排除、在线技术支持等。

03虚拟仪器技术在国外的应用数据分析虚拟仪器技术可以采集、处理和分析大量的实验数据，提高科研工作的效率和准确性。

虚拟仪器技术是一种基于计算机和软件的测量和控制系统，它可以通过软件模拟各种物理、电学或机械设备，以实现各种测试、分析和控制任务。

以下是虚拟仪器技术的应用案例：
虚拟测试平台：将虚拟仪器技术应用于汽车、航空航天等领域，可以构建出真实且可靠的虚拟测试平台，对各种零部件进行测试和仿真。

生产线监测：利用虚拟仪器技术，可以开发出能够监测生产线的工作状态和性能的虚拟仪器，从而提高生产效率并减少故障。

医疗诊断：虚拟仪器技术可以应用于医疗领域，如开发出虚拟血压计、心电图等设备，可以帮助医生更快速、更准确地进行疾病诊断和治疗。

环境监测：虚拟仪器技术可以应用于环境监测中，如气体检测仪、水质监测仪等，能够及时检测环境污染并采取相应的措施。

教育培训：虚拟仪器技术可以被应用于教育领域，如开发出虚拟实验室、虚拟仪器等，可以帮助学生更好地理解和掌握相关知识。

总之，虚拟仪器技术在各个领域都有广泛的应用，通过模拟真实设备，可以提高测试效率和准确性，并降低成本。

基于虚拟仪器技术的电路测试研究电路是电子工程学科的基石之一，而电路测试则是电路设计和制造的关键环节之一。

传统的电路测试方式主要是使用实物仪器，但是这种方式存在着不便携、测试成本高等问题，而基于虚拟仪器技术的电路测试则能很好地解决这些问题。

本文将从以下几个方面展开讨论。

一、虚拟仪器技术介绍虚拟仪器技术是指基于计算机软件和硬件的一种仪器测试方法，它能够模拟出传统实物仪器的测量功能，并且能够完成更多的其他测试任务，例如数据采集、信号分析和仪器自动化控制等。

虚拟仪器技术的核心是通过计算机软件来模拟各种电路测试仪器，同时具备精度高、成本低、便携等优点，已经成为现代电路测试领域中的重要技术。

二、虚拟仪器技术的电路测试应用在电路测试应用方面，虚拟仪器技术可以模拟诸如示波器、频谱分析仪、数字多用表等传统实物电路测试仪器，可以输出测量结果、生成测试报告等。

此外，虚拟仪器技术还可以控制实际仪器完成不同测试任务，并可以连接通信网络进行数据传输和处理，为测试分析提供更加方便、快速、准确的手段。

三、虚拟仪器技术的特点1、精度高虚拟仪器技术可以实现数字信号处理、数据采集等功能，相较于传统实物仪器精度更高，不受环境因素影响，并且可以做到零误差测量，在设计出测试方案时提供更为准确的数据。

2、成本低虚拟仪器技术大多低于实物仪器，虚拟仪器所需要的设备和软件成本较低，不仅易于采购，而且可根据产品使用情况进行灵活配置。

3、便于携带由于虚拟仪器技术硬件设备小巧、轻便，可以随时携带，因此在各种测试场合都能够实现自身的功能，这一点可以大大提高电路制造方面的效率。

四、虚拟仪器技术在电路测试中的应用实例1、模拟电路测试在模拟电路测试方面，虚拟仪器技术可以模拟测试各种模拟电路的基本参数，例如电流、电压、功率等，在测试过程中能够实现高精度测量，并且可以通过数据处理和分析实现更加准确的测试结果。

2、数字电路测试在数字电路测试方面，虚拟仪器技术不仅可以用于物理信号测试，而且可以处理数字信号，并与计算机软件协同工作，实现自动测试、自动分析，从而提高电路测试的快速性、精确性和效率。

虚拟仪器技术在检测技术课程教学中的应用检测技术课程对于培养学生的综合能力具有十分重要的作用，采用虚拟仪器技术辅助检测技术课程教学能够极大地充实教学手段，提高教学效果。

标签：检测技术；虚拟仪器；教学手段当今世界科学技术飞速发展，发达国家正在进行以信息技术革新为代表的产业变革。

作为信息技术的三大支柱之一的检测技术，在这场变革中必将发挥不可替代的作用。

为了适应这种快速变革的需求，不少院校都将检测技术定为重点建设课程，希望为学生打下较为坚实的理论基础，使其具备适应这种变革的能力。

通过多年的教学实践我们发现由于检测课程所涉及的知识点较多且较为抽象，如果仅依靠传统的教学方法进行课堂授课，很难达到预期的教学效果。

为了提高教学效果，完善学生的知识体系，我们在教学过程中尝试将虚拟仪器引入到检测技术课程教学中，并取得了较好的教学效果。

一、检测技术课程的主要特点作为相对年轻的研究领域，检测技术的教学内容涉及面较广，内容更新较快，具体来说具有如下特点：（一）涉及的新知识点多。

检测技术教学内容包含将信号引入检测系统、对信号进行分析处理以及对结果进行展现等三个主要环节。

上述教学内容涉及到信号分析、数据采集、滤波器、数据总线、数据分析等知识点。

这些知识点中一部分是在以前的学习中已经完整的学习过，但大多数属于在以前接触过但没有进行深入学习，或者是全新的知识点。

这样就要求教师在进行教学时必须深入掌握学生的知识基础，提高教学效率，将教学重点放在学生掌握的不够的知识点上，力求在课时内完成教学计划。

（二）知识较为抽象。

检测技术教学内容知识点不仅多，而且不少知识点较为抽象。

有的抽象的知识点可以采用实际中的例子加以类比，例如：讲述自动测试系统结构时，可以以现有的测试系统为例进行讲述。

但有的知识点不便于用实例进行讲述，例如：讲述各种测控总线的通信协议时，往往只能做介绍性的讲述，很难用便于理解的形式进行讲述。

（三）实践手段匮乏。

对于检测技术课，实验是必不可少的教学部分，但由于传统实验所需仪器数量多、场地大、投入资金巨大，使得现有的教学资源无法满足实验需求。

虚拟仪器虚拟仪器技术是20世纪90年代发展并兴起的一项新技术，主要应用于自动测试、过程控制、仪器设计和资料分析等领域，其基本思想就是在测试系统或仪器设计中尽可能地用软件代替硬件。

虚拟仪器（VI）的出现是仪器测试测量领域的一个突破，代表着仪器测试测量发展的最新方向和潮流实现了测试测量技术和计算机技术的真正融合，是计算机技术和现代测量技术高速发展共同孕育出的一项新技术。

1.虚拟仪器的概念虚拟仪器是随着计算机技术、现代测量技术、电子仪器技术的发展而产生的一种新型仪器，是现代计算机系统和仪器系统技术相结合的产物，它推动着传统仪器朝着数字化、模块化、虚拟化、网络化的方向发展。

自1986年美国国家仪器公司（National Instruments,简称NI）提出虚拟仪器（Virtual Instrument,简称VI）的概念以来，虚拟仪器这种计算机操作的模块化仪器系统在世界范围内得到了广泛的认同和应用。

通常使用的测量仪器基本上由三部分组成：数据获取、数据处理与分析、数据的显示。

传统仪器是将这三部分装入在一个仪器仪表机箱内，而虚拟仪器则是一种功能意义上的仪器，是具有仪器功能的软硬件组合它并不强调物理上的实现形式，所以虚拟仪器是指通过应用程序将通用计算机与功能模块硬件结合起来，充分利用计算机系统强大的数据处理能力，在基本仪器设备配件的支持下，利用软件完成资料的采集、控制、资料分析和处理以及测试结果显示的测试测量系统。

它大大突破了传统仪器在数据处理、显示、传送、存储等方面的局限性，使用户可以简单、方便地对仪器进行维护、扩展和升级。

众所周知，电子测试自动化是测量仪器发展的主要方向，随着现代科学技术的不断发展，测试项目日益增多，测量范围越来越大，对测试速度精度的要求也越来越高，这些都需要测量仪器和测试方法不断改进和完善，而虚拟仪器系统的特点正适合了这个时代的潮流。

在虚拟仪器系统中，用户使用相同的硬件系统，而只需将具有一种或多种功能的通用模块相互组合，就能设计出不同的仪器系统；同时通过有好的图形接口来操作虚拟仪器的面板就如同操作真实仪器一样方便，而虚拟仪器的“虚拟”在很大程度上也体现在这种模仿真实仪器操作面板的虚拟面板上。

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National Instruments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（DASP Data Acquisition＆Signal Processing），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。

测试技术与虚拟仪器综合性实验教学的探索与实践摘要：随着互联网技术的发展，网络教育与在线教育相结合的方式教育是国内外教育的一大潮流。

这次疫情也充分体现了在线学习的重要性。

虚拟设备技术作为使用计算机软件编程、实现实际目的的课程，适用于当前在线组合的教育模式，该项目构建了虚拟模拟教育平台。

本篇文章就针对测试技术和虚拟技术的综合教学展开探讨。

关键词：测试技术，虚拟仪器，实验教学引言：现在主流的网络教育平台包括MOOC在内存在的问题，各种虚拟机技术课程几乎都以基础知识为中心，忽略了教师对学生的工程师意识的培养和更多的工程流程体验。

我国无法有效解决虚拟机技术人才不足的问题。

为此，本项目的意义在于在重视基础知识的同时，重视学生的公正思想的培养和指导，在工程教育认证的基础上取得成果。

作为中心，以学生为中心，持续改善3个基本理念，起到引导教育质量和人才培养改革的作用。

他们现在是大学教育改革的热点，也是中心。

虚拟机技术这个过程非常强。

因为有包容性，所以和其他学科有很多关联。

利用虚拟机技术课程的特点，具体构想抽象的理论课程，让学生接受公平的教育认证，同样利用虚拟机技术，存在难以理解的问题和难以实践的问题。

对学生的思考和解决问题有很大益处。

1虚拟仪器概念及特点虚拟仪器(Virtual Instrument简称VI)技术是快速发展的新技术。

这是基于计算机的自动控制系统。

物理尺寸或物理尺寸不同，控制虚拟机的硬件可以完成不同测试系统的共同任务。

软件可以完成测试系统的独特任务—国民政府美国的机器公司带来了这个想法。

在“软件是仪器”之前，这是虚拟设备从传统机器中派生出来的本质属性。

这是用户利用应用程序将计算机资源和设备的硬件结合起来，完成信号收集、分析、评价等功能。

友好图形的表示和数据处理接口虚拟机硬件主要用于解决信号调整、输入输出等问题。

软件主要用于实现数据读取、分析、处理、显示等功能。

用硬件控制“虚拟仪器技术”的特征是软件是系统的核心，仪表的硬件部分是软件，软件实现硬件的功能。