虚拟仪器在仪器领域的应用

虚拟仪器与传统仪器的区别与联系
所谓虚拟仪器是基于计算机的软硬件测试平台，它可代替传统的测量仪器，如示波器，逻辑分析仪，信号发生器，频谱分析仪等；可集成于自动控制，工业控制系统；可自由构建成专有仪器系统。

它由计算机，应用软件和仪器硬件组成。

无论哪种虚拟仪器系统，都是将仪器硬件搭载到笔记本电脑，台式
PC 或工作站等各种计算机平台（甚至可以是掌上电脑）加上应用软件而构成的。

虚拟仪器通过软件将计算机硬件资源与仪器硬件有机的融合为一体，从而把计算机强大的计算处理能力和仪器硬件的测量，控制能力结合在一起，大大缩小了仪器硬件的成本和体积，并通过软件实现对数据的显示、存储以及分析处理。

从发展史看，电子测量仪器经历了由模拟仪器、智能仪器到虚拟仪器，由于计算机性能以摩尔定律（每半年提高一倍）飞速发展，已把传统仪器远远抛到后面，并给虚拟仪器生产厂家不断带来较高的技术更新速率。

虚拟仪器技术的优势在于可由用户定义自己的专用仪器系统，且功能灵活，很容易构建，所以应用面极为广泛。

尤其在科研、开发、测量、检测、计量、测控等领域更是不可多得的好工具。

虚拟仪器技术先进，十分符合国际上流行的硬件软件化的发展趋势，因而常被称作软件仪器。

它功能强大，可实现示波器、逻辑分析仪、频谱仪、信号发生器等多种普通仪器全部功能，配以专用探头和软件还可检测特定系统的参数，如汽车发动机参数、汽油标号、炉窑温度、血液脉搏波、心电参数等多种数据；它操作灵活，完全图形化界面，风格简约，符合传统设备的使用习惯，用户不经培训既可迅速掌握操作规程；它集成方便，不但可以和高速数据采集设备构成自动测量系统，而且可以和控制设备构成自动控制系统。

在仪器计量系统方面，示波器、频谱仪、信号发生器、逻辑分析仪、电压。

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。

虚拟仪器的应用及发展前景作者：王新来源：《科技与企业》2013年第13期【摘要】虚拟仪器技术是电子测量技术和计算机技术集成发展的结晶，虚拟仪器代表了现代仪器和测试技术发展的最新方向。

本文着重介绍虚拟仪器的发展和应用，并对虚拟仪器的未来做出理性的分析。

【关键词】虚拟仪器；发展；应用1.引言随着计算机技术、大规模集成电路技术和通信技术的飞速发展，电子测量技术领域发生了巨大的变化；仪器结构的日趋复杂，仪器性能的不断提高，仪器的测试技术已成为测量领域的研究重点。

美国国家仪器公司于20世纪80年代中期首先提出基于计算机技术的虚拟仪器的概念，把虚拟测试技术带入了新的发展时期，随后研制和推出了多种总线系统的虚拟仪器。

虚拟仪器技术的提出与发展，标志着21世纪测试技术与仪器技术发展的一个重要方向。

虚拟仪器代表着从传统的以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改变。

2.仪器发展过程到目前为止，电子测量仪器的发展大致分为4代，第1代为模拟仪器，如指针式万用表；第2代为数字化仪器，如数字频率计，此类仪器目前应用甚为广泛；第3代是智能仪器，不但可以自动检测，还能处理数据；第4代就是虚拟仪器，完全由计算机控制。

一台独立的装置是传统仪器的特征，传统仪器由操作面板、信号输入端口、检测结果输出等几部分组成。

传统仪器用硬件电路或固化软件实现其功能。

这种只能由仪器厂家来定义、制造的框架式结构决定了传统仪器的用户无法随意更改其结构和功能。

从而也推动了虚拟仪器的面世。

所谓虚拟仪器，就是用户在通用计算机上加上软件和硬件，根据自己的需求定义和设计仪器的测试功能，使得使用者在操作这台计算机时，就像在操作一台他本人设计的专用传统仪器一样。

虚拟仪器由计算机、应用软件和仪器硬件组成。

其核心思想就是利用计算机的软、硬件资源，将原本需要硬件完成的任务软件化，所以应用软件是虚拟仪器的核心。

其硬件系统又分为仪器硬件和计算机硬件。

3.虚拟仪器的应用随着虚拟仪器的发展，现在根据采用总线方式的不同可以将其分为5类：PC总线-插卡式虚拟仪器、并行口式虚拟仪器、GPIB总线式虚拟仪器、VXI总线式虚拟仪器、PXI总线式虚拟仪器。

虚拟仪器在测控技术与仪器专业教学中的应用作者：刘娜来源：《电子世界》2012年第19期【摘要】本文在介绍虚拟仪器的概念及特点的基础上，指出测控专业应用虚拟仪器的必要性及其作用，并分析了虚拟在测控技术与仪器专业教学中的应用。

【关键词】虚拟仪器；测控技术；仪器；教学；应用相比传统仪器，虚拟仪器具有开放性、灵活性并可与计算机技术保持同步发展、能够实时升级、价格低、利用率高、维护成本低等优点，对教学尤其是实验教学有着传统仪器无法比拟的优势。

一、虚拟仪器简介20世纪80年代末期，美国成功研制出了虚拟仪器，其发展也标志着电子测量和自动检测仪器领域的革新。

虚拟仪器英文全称为Virtual Instrument，简称VI，指的是在计算机为核心的硬件平台上，通过用户定义、设计出的一种具有测试功能和虚拟版面的计算机仪器系统。

通过运用PC计算机的显示器的显示功能模拟传统仪器的控制面板，用其他方式代表输出的检测结果，从而完成各项检测功能的一种计算模拟仪器系统。

其中虚拟具体包括两层意思：第一层意思是指虚拟仪器的功能是由软件编程实现。

在硬件平台中，以计算机为核心组成的平台支持下，运用软件编程或软件的组合来实现虚拟仪器的功能，体现着计算机与测试技术深入的结合。

第二层意思是指虚拟仪器的面板是虚拟构成的。

与传统的虚拟仪器不同的是，其虚拟仪器的面板控件是实物和外形相似的图标，代表“放大”、“通”、“断”等等的图标相对应的软件程序。

使用者只要通过鼠标点击面板中的控件就能进行操作，而不是由“触摸”、“手动”来进行操作。

二、虚拟仪器应用于测控教学的必要性我国高等学校工科一般普遍开设例如《控制工程》、《工程测试技术》等专业基础课，这些课程综合和汲取了各学科的新发展、新成就，是一门综合性极强的学科，同时它对新发展的技术有较高的要求，敏锐度较高，这样以来对于学生的学习也就提出了一些新要求。

第一，学生应明确建立频谱的结构概念，掌握数字分析、频谱分析等相关概念与基本原理。

实验三 虚拟仪器的应用班级: 姓名: 同组者: 【实验目的】1. 了解虚拟仪器的组成。

2. 学习数字存储示波器、数字频谱分析仪、函数信号发生器和模拟示波器的使用。

3. 通过对周期性矩形信号进行频谱分析，验证傅利叶变换的结果 【实验原理】1. 虚拟仪器的组成虚拟仪器的工作面板和所有操作功能均由软件编程完成，界面设计成类似通用的测试仪器，所有按钮功能通过鼠标操作完成，显示的数据直观、逼真，并且可以将数据存储和回放。

根据使用的目的不同，虚拟仪器可以形成函数信号发生器、扫频信号发生器、数字存储示波器、数字频谱分析仪、频率特性分析仪、数字频率计和数字多用表等常规测试仪器。

以BRIGHTECH 公司的WH5100系列虚拟仪器为例，该仪器包含有双通道40MHz 存储示波器、FFT 频谱分析、李沙育图形、数据采集四大功能模块，相当于一台双通道数字存储示波器，但相对价格低廉，该仪器为外置式，通过并行口与计算机相连，随机附带的驱动软件可在Windows98操作系统下使用，界面友好，操作简便。

2. 频谱分析根据傅利叶级数分析，任意一种信号均可以表示为一系列不同频率的正弦分量之和，对于周期性信号，其傅利叶级数的展开式为：∑∑∑∞=∞=∞=-Ω+=Ω+Ω+=10110)c o s (2s i n c o s 2)(n n n n n n n t n A A t n b j t n a a t f ϕ （5-1）式（5-1）中：20a ——直流分量⎰-Ω=2/2/c o s )(2T T n t d t n t f T a （n =0，1，2，3………）⎰-Ω=2/2/s i n )(2T T n t d t n t f Tb （n =1，2，3、4………）n a 、n b 称之为傅利叶系数，各次谐波的振幅和相角为：22n n n b a A += （n =1，2，3、4………）nnn a b a r c t g =ϕ （n =1，2，3、4………）⑴.以图5-1(a)所示的对称方波为例，经傅利叶级数分解后的表达式为：)sin 15sin 513sin 31(sin 4)( +Ω++Ω+Ω+Ω=t n nt t t t f π（5-2）式（5-2）中不但存在基波t Ωsin 、而且存在3次谐波t Ω3sin 、5次谐波t Ω5sin ……等奇次谐波，各奇次谐波的振幅与基波相比，分别为基波的31、51、71、……n1, 频谱图见图5-1(b)。

LabVIEW中的虚拟仪器设计与制作虚拟仪器是利用计算机软、硬件来模拟实际物理仪器从而进行测试、测量和控制的技术。

LabVIEW作为一种强大的虚拟仪器设计与制作工具，为工程师提供了各种各样的功能模块和编程环境，可以简化仪器设计过程，提高工作效率。

本文将介绍LabVIEW中的虚拟仪器设计与制作的基本原理和应用示例。

一、LabVIEW虚拟仪器设计原理LabVIEW是一种图形化编程语言，通过将模块进行连接和编程，实现虚拟仪器功能。

主要包括以下几个方面：1. 数据采集与处理：LabVIEW可以通过各种传感器或数据采集卡获取实际物理量，并对其进行实时采集和处理。

用户可以选择不同的数据处理方法，比如滤波、FFT等，以获得所需的测量结果。

2. 仪器控制与操作：LabVIEW提供了丰富的控制和操作功能，可以模拟实际仪器的各种功能和操作。

用户可以设计按钮、滑块等用户界面来控制虚拟仪器的各个参数和状态，实现对实际系统的控制。

3. 数据可视化：LabVIEW具有强大的数据可视化功能，可以通过图形、图像或者曲线等方式展示采集到的数据。

用户可以根据需要选择合适的数据表示方式，以便更直观地分析和理解数据。

二、LabVIEW虚拟仪器设计与制作示例下面以一个温度测量和控制系统为例，介绍LabVIEW虚拟仪器的设计与制作过程。

1. 硬件配置：首先，需要选择合适的温度传感器和数据采集卡，并通过LabVIEW提供的接口将其连接到计算机。

确保硬件正常连接后，开始进行软件配置。

2. 创建虚拟仪器VI：打开LabVIEW软件，在工具栏中选择新建VI，开始创建虚拟仪器的VI。

在VI中，可以添加各种测量、控制和显示模块，实现对温度的实时测量与控制。

3. 设置数据采集和处理模块：通过LabVIEW的模块库，选择合适的数据采集和处理模块，配置数据采样率和采集通道等参数。

根据实际需要，可以添加滤波、数据处理和数据转换等模块，以获得准确的温度测量结果。