虚拟仪器技术
虚拟仪器技术
传统仪器:特定功能和仪器外观. 传统仪器:特定功能和仪器外观.
虚拟仪器(VI,Virtual Instrumentation):是一种以 虚拟仪器(VI, Instrumentation):是一种以 ): 计算机和测试模块的硬件为基础 以计算机软件为核 硬件为基础, 计算机和测试模块的硬件为基础,以计算机软件为核 所构成的, 心所构成的,并且在计算机显示屏幕上虚拟的仪器面 以及由计算机所完成的仪器功能, 板,以及由计算机所完成的仪器功能,都可由用户软 件来定义的计算机仪器. 件来定义的计算机仪器.
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《虚拟仪器技术》 虚拟仪器技术》
如:虚拟示波器
Vi
输入电路
A/D
RAM
控制系统
PC机
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《虚拟仪器技术》 虚拟仪器技术》
虚拟数字电压表
基于虚拟仪器的 温度检测与控制
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《虚拟仪器技术》 虚拟仪器技术》
2. 虚拟仪器的特点
从虚拟仪器的组成结构上来看: 从虚拟仪器的组成结构上来看: (1)虚拟仪器的硬件是通用的(包括通用计算机硬件平台和通用 )虚拟仪器的硬件是通用的( 的测量功能硬件);
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《虚拟仪器技术》 虚拟仪器技术》
1990年代,虚拟仪器得到业界广泛认可和应用, 1990年代,虚拟仪器得到业界广泛认可和应用,相继 年代 推出了基于GPIB总线 总线( 推出了基于GPIB总线(General Purpose Interface Bus), -DAQ( Bus),PC-DAQ(Data Acquisition)和VXI总线 ),PC Acquisition) VXI总线 Instrumentation,1987年 (VMEbus eXtension for Instrumentation,1987年), PXI总线 PXI总线(PCI eXtension for Instrumentation,1997年) 总线( Instrumentation,1997年 等多种虚拟仪器系统. 等多种虚拟仪器系统. 虚拟仪器软件采用面向对象和可视化编程技术. 虚拟仪器软件采用面向对象和可视化编程技术. 底层驱动和上层应用软件融为一体. 底层驱动和上层应用软件融为一体. 虚拟仪器软件的标准化: VPP(VXI即插即用 即插即用, 虚拟仪器软件的标准化: VPP(VXI即插即用, VXIplug&play,1993年 VXIplug&play,1993年) 和VISA(Virtual VISA( Instrument Software Architecture, 虚拟仪器软件体系 Architecture, 结构). IVI( Instruments, 结构). IVI(Interchangeable Virtual Instruments, 可互换式虚拟仪器,1997年 可互换式虚拟仪器,1997年).
自动化系统中的虚拟仪器技术
自动化系统中的虚拟仪器技术自动化系统中的虚拟仪器技术是一种通过软件仿真实现仪器功能的技术。
它可以模拟真实的物理仪器，使得实验设备的开发、测试和运行更加简便高效。
本文将介绍自动化系统中的虚拟仪器技术的原理、应用和未来发展趋势。
一、虚拟仪器技术的原理虚拟仪器技术的核心原理是将物理仪器的功能通过软件仿真实现。
它通过搭建仪器模型、添加信号处理算法和界面设计等步骤，将仪器的测量和控制功能转化为算法的处理过程。
虚拟仪器技术可以利用计算机的处理能力和灵活性，实现多种仪器功能在同一硬件平台上的集成。
虚拟仪器技术一般包括以下几个方面的内容：1. 算法建模：将真实仪器的测量和控制过程抽象为数学模型和算法实现。
2. 界面设计：通过人机交互界面，实现用户对虚拟仪器的控制和监测。
3. 数据处理：对仪器测量数据进行分析、处理和展示，以实现各种功能要求。
4. 硬件接口：将计算机与真实的物理设备连接，实现虚拟仪器对实际环境的感知和干预。
二、虚拟仪器技术的应用虚拟仪器技术在自动化系统中有着广泛的应用。
以下列举几个典型的应用领域：1. 实验教学：虚拟仪器技术可以替代传统的实验设备，使得学生能够在计算机上进行实验操作和数据分析，提高实验教学的效果和效率。
2. 自动化测试：虚拟仪器技术可以快速搭建测试平台，实现对各种设备和系统的测试和验证，大大提高了测试的灵活性和自动化水平。
3. 工业控制：虚拟仪器技术可以替代部分物理仪器，实现对生产过程的监测和控制，并且能够快速调整参数和算法，适应不同的工况需求。
4. 仪器研发：虚拟仪器技术可以用于仪器的原型开发和测试，大大节省了成本和时间，加速了新产品的上市进程。
三、虚拟仪器技术的未来发展趋势随着计算机和通信技术的不断进步，虚拟仪器技术在自动化系统中的应用前景十分广阔。
以下是一些虚拟仪器技术未来的发展趋势：1. 多模态集成：虚拟仪器技术将更多的仪器功能集成在同一平台上，使得用户可以通过一个界面进行多种任务和操作。
虚拟仪器技术
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。
9.1 虚拟仪器技术概述
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
01 02
虚拟仪器技术的概念
虚拟仪器技术是一种基于计算机的自动化测试和测量技术，利用计算机 软件来控制和操作测试测量设备，实现数据的采集、处理、分析和显示 等功能。
虚拟仪器技术的起源
虚拟仪器技术起源于20世纪90年代，随着计算机技术和数字信号处理 技术的不断发展，逐渐形成了以计算机为基础的自动化测试测量系统。
加强资金监管
政府应加强对虚拟仪器技术研发和应用项目的资金监管，确保资金用 于实质性的研发活动，提高资金使用效益。
推进产学研合作与协同创新
建立产学研合作机制
政府应积极推动企业、高校和研究机构之间的产学研合作 ，建立长期稳定的合作关系，实现资源共享和优势互补。
支持协同创新平台建设
政府可以支持建设虚拟仪器技术协同创新平台，为产学研 各方提供交流、合作和创新的平台，促进技术转移和成果 转化。
企业应用现状
中国电科
中国电科在虚拟仪器技术的应用方面，积极探索新的应用场景，开发了一系列 基于虚拟仪器的测试与测量系统，广泛应用于航空、航天、兵器等领域。
华为技术
华为技术将虚拟仪器技术应用于通信设备的研发和生产过程中，大大提高了设 备的测试效率和精度。
政府支持与政策
国家科技部
国家科技部将虚拟仪器技术列为重点发展的关键技术之一， 通过多项科技计划的支持，推动虚拟仪器技术的发展和应用 。
虚拟仪器技术的国 内外
2023-11-10
contents
目录
• 引言 • 国内虚拟仪器技术发展现状 • 国外虚拟仪器技术发展现状 • 虚拟仪器技术发展趋势与挑战 • 我国虚拟仪器技术与发达国家的差距及原
因分析
contents
目录
• 加快我国虚拟仪器技术发展的对策建议 • 结论与展望
计算机虚拟仪器技术的概念
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。
虚拟仪器技术的国内外
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》课程设计
虚拟仪器技术》课程设计一、教学目标本课程的学习目标主要包括知识目标、技能目标和情感态度价值观目标。
知识目标要求学生掌握虚拟仪器技术的基本概念、原理和应用；技能目标要求学生能够运用虚拟仪器技术进行实验设计和数据分析；情感态度价值观目标要求学生培养创新意识、团队合作精神和对科学技术的热爱。
通过本课程的学习，学生将能够：1.描述虚拟仪器技术的基本概念和原理。
2.解释虚拟仪器技术在实际应用中的优势和局限。
3.运用虚拟仪器技术进行实验设计和数据分析。
4.展示创新意识、团队合作精神和对科学技术的热爱。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括虚拟仪器技术的基本概念、原理和应用。
教学大纲将按照以下顺序进行安排和进度：1.虚拟仪器技术的基本概念：介绍虚拟仪器技术的定义、特点和分类。
2.虚拟仪器技术的原理：讲解虚拟仪器技术的工作原理和相关技术。
3.虚拟仪器技术的应用：介绍虚拟仪器技术在各个领域的应用案例。
教材将为学生提供理论知识的学习，同时配合实验设备进行实践操作，以加深学生对虚拟仪器技术的理解和掌握。
三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性，本课程将采用多种教学方法相结合的方式。
包括：1.讲授法：教师讲解虚拟仪器技术的基本概念、原理和应用。
2.讨论法：学生分组讨论虚拟仪器技术的实际应用案例，分享心得体会。
3.案例分析法：分析具体案例，让学生了解虚拟仪器技术在不同领域的应用。
4.实验法：学生亲自动手进行实验操作，培养实际操作能力和数据分析能力。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，我们将选择和准备以下教学资源：1.教材：提供理论知识的学习，为学生打下扎实的理论基础。
2.参考书：为学生提供更多的学习资料和扩展知识。
3.多媒体资料：通过视频、动画等形式，生动展示虚拟仪器技术的工作原理和应用案例。
4.实验设备：为学生提供实际操作的机会，培养实际操作能力和数据分析能力。
五、教学评估为了全面、客观、公正地评估学生的学习成果，本课程将采用多种评估方式。
虚拟仪器实验报告
虚拟仪器实验报告摘要：虚拟仪器是一种基于计算机技术的仿真实验方法，通过模拟和模型计算来代替传统仪器设备进行实验。
本文主要介绍了虚拟仪器实验的原理和应用，以及在教学和研究领域中的潜力和优势。
通过对虚拟仪器的实验，可以提高实验效率、降低实验成本，并且具有实验数据可重复性高、操作更加安全等优点。
1. 引言虚拟仪器是指利用计算机技术和软件工具来实现仪器设备的模拟和仿真。
与传统的实验仪器相比，虚拟仪器不需要实际的硬件设备，通过软件工具就可以模拟实验的过程和结果。
虚拟仪器的出现，极大地提高了实验的效率和安全性，同时降低了实验成本，被广泛应用于教育和研究领域。
2. 虚拟仪器实验的原理虚拟仪器实验的原理主要包括仪器模型的建立和实验过程的仿真。
首先，通过数学建模和计算机编程，将真实仪器的工作原理和特性抽象成数学模型。
然后，使用虚拟化技术和算法，将这些数学模型转化为计算机程序，实现仪器的仿真运行。
在实验过程中，通过人机交互界面，用户可以进行实验的设置和操作，并观察实验结果。
3. 虚拟仪器实验的应用虚拟仪器实验在教学和研究领域中具有广泛的应用。
在教学方面，虚拟仪器可以提供更加灵活和多样化的实验内容，满足不同层次和不同需求的学生。
虚拟仪器可以模拟各种复杂的实验条件和操作步骤，帮助学生更好地理解和掌握实验原理。
在研究方面，虚拟仪器可以用于快速验证和评估科研方案的可行性，节省时间和成本。
虚拟仪器还可以模拟复杂的实验环境和操作过程，帮助科研人员深入理解和分析实验结果。
4. 虚拟仪器实验的优势和潜力虚拟仪器实验具有一系列的优势和潜力。
首先，虚拟仪器可以提高实验效率，缩短实验周期。
通过虚拟化技术，实验数据和实验过程可以在计算机上进行记录和分析，大大提高了实验数据的质量。
《虚拟仪器技术》课程简介
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.。
虚拟仪器技术
什么是虚拟技术?
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.
上世纪80年代,美国国家仪器公司NI (National Instruments)提出"软件 即是仪器"的概念,推出了LabVIEW直观 的流程图编程风格的软件开发和运行平台, 引发了测控技术领域的一场重大变革 .
首先,在网关服务器上采用Labview 构建控制温度的控制设备虚拟仪器和相应 的VI服务程序,之后对虚拟仪器进行web Server配置,最后利用Labview内嵌的 Web Publishing Tools Tools将服务器的程序发 布到Web上,产生客户端的运行程序.这 样,用户就可以通过浏览器运行应用服务, 实现远程监控家庭电气设备的温度状况.
结合嵌入式Internet技术与基于web的虚拟仪器技术的基础上,在 智能家庭研究中提出的一简单模型设计
基于Web的虚拟仪器技术智能家庭应用
系统基本组成
在该系统中,用户终端和嵌入式网关Web服 务器之间的连接建立在TCP/IP协议基础上,并 应用Http协议通过网页发布信息.网关利用USB 接口连接虚拟仪器的数据采集系统和信号调理系 统,读取家电设备上的温度传感器的感应信息, 并对信息进行分析判断.
在PC和工业控制计算机中插入基于PC 总线(ISA,PCI)的数采板卡构成硬件系 统.编写Windows系统平台的驱动程序和 软面板实现软件功能,成为业界的主要解 决方案.
但是在恶劣环境下测试任务的实践过程 中,我们发现基于PC或工控机的虚拟仪器 暴露出很多问题,如:体积大.不便于携 行;插卡式结构.接触易松动,不紧固; 以机械硬盘为主要存储介质,抗震性能差 等等.
第9章 虚拟仪器技术
④
⑤
停止按钮，终止程序运行。 暂停按钮，暂停程序运行。
⑥ 指示灯按钮，点击该按钮后，在流程图编 辑窗口中可以看到数据流的流动动画。 ⑦ 单步（入)按钮,按节点顺序单步执行程序， 每单击一次，程序执行一步。
⑧ 单步（跳）按钮，单击此按钮，按 节点顺序单步执行程序（不进入循环、 SubVI内部）。 ⑨ 单步（出）按钮 ，单击此按钮， 退出单步执行，进入暂停状态。 ⑩ 对齐列表框单击此按钮，可选择图 标的对齐方式。 分布列表框，单击此按钮，可选择 图标的分布方。 重新排序列表框 ，为选定对象重 新设定在窗口中的前后顺序。
9.1.4 虚拟仪器的应用领域 1.应用于电子工程、机算机工程、机械工程、 生物工程、物理系、化学工程等工程领域中的 测试测量和自动化应用。 2.应用于实验室科学研究 3.可以非常灵活地为教学中的原理设计实验并 进行直观的演示。
期刊网检索情况统计 “虚拟仪器” 2529篇
4368篇
0 篇
19791988
9.2.2 LabVIEW编程环境 以LabVIEW 7 Express为例，介绍LabVIEW系统安 装、基本组成、编程环境。 1．LabVIEW系统安装 将LabVIEW 7 Express光盘插入CD驱动器后，只需 运行安装光盘中的Setup程序，按照屏幕提示，选 择必要的安装选项即可完成。为了控制DAQ、VXI、 GPIB等硬件设备，在LabVIEW系统安装完成后，还 必须安装NI公司提供的仪器驱动程序。
第9章 虚拟仪器技术
本章重点 1．虚拟仪器基本知识 2．图形化软件编程平台LabVIEW介绍 3．LabVIEW模板（工具模板、控制模板、功能模板） 4．LabVIEW的数据类型 5．LabVIEW的程序结构 6．LabVIEW的显示功能 7．LabVIEW编程入门 本章难点 LabVIEW的程序结构控制和显示功能。
虚拟仪器
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。
虚拟仪器实习报告
虚拟仪器实习报告在当今科技迅速发展的时代，虚拟仪器技术作为一种创新的测量和控制手段，正逐渐在各个领域展现出其独特的优势和广阔的应用前景。
为了更深入地了解和掌握这一前沿技术，我进行了一次虚拟仪器实习。
通过这次实习，我不仅获得了宝贵的实践经验，还对虚拟仪器的原理、应用和发展有了更全面的认识。
实习的开始，我首先对虚拟仪器的基本概念和工作原理进行了系统的学习。
虚拟仪器是基于计算机的测量和控制设备，它将传统仪器的硬件功能通过软件实现，利用计算机强大的计算和处理能力，实现对数据的采集、分析和显示。
与传统仪器相比，虚拟仪器具有灵活性高、成本低、可扩展性强等显著优点。
在实习过程中，我使用了一款广泛应用的虚拟仪器开发平台——LabVIEW。
LabVIEW 采用图形化编程方式，通过拖拽和连接各种功能模块，能够快速构建出复杂的测量和控制系统。
这种直观的编程方式大大降低了开发难度，提高了开发效率。
我所参与的第一个项目是设计一个温度测量系统。
首先，需要选择合适的温度传感器，并通过数据采集卡将传感器输出的模拟信号转换为数字信号输入计算机。
在 LabVIEW 中，利用相应的函数和模块对采集到的数据进行处理和分析，计算出温度值，并以直观的图表形式显示出来。
同时，还设置了报警功能，当温度超过设定的阈值时，系统会发出警报。
在这个项目中，我遇到了一些问题。
例如，由于传感器的精度和线性度问题，采集到的数据存在一定的误差。
通过查阅相关资料和反复调试，我采用了线性拟合的方法对数据进行校准，有效地提高了测量精度。
此外，在数据处理和显示过程中，也出现了数据更新不及时、图表显示不清晰等问题。
通过优化程序结构和调整显示参数，最终解决了这些问题。
通过这个项目，我深刻体会到了虚拟仪器在实际应用中的优势。
它不仅能够快速搭建起测量系统，还能够根据实际需求灵活地修改和扩展功能。
同时，虚拟仪器强大的数据处理和分析能力，能够为我们提供更准确、更有价值的测量结果。
虚拟仪器名词解释
虚拟仪器名词解释
虚拟仪器是一种现代计算机技术,允许计算机在执行某些计算任务时,使用外部设备(如测量仪器、分析仪器等)来进行数据处理和分析。
虚拟仪器是一种将外部设备嵌入到计算机系统中的技术,使得这些设备可以与计算机中央处理器(CPU)并行运行,从而提高计算效率。
虚拟仪器通常由一个或多个虚拟仪器库提供,这些库提供了一组标准的虚拟仪器接口,可以被应用程序所使用。
虚拟仪器库可以包括不同类型的虚拟仪器,如测量浮点数的浮点测量库、分析仪器的仪器分析库等。
应用程序可以使用虚拟仪器库中的虚拟仪器来进行数据处理和分析,并将结果输出到标准输出或文件。
除了提高计算效率外,虚拟仪器还可以带来一些其他的优点。
例如,虚拟仪器允许应用程序使用外部设备的数据,而不必手动读取和转换数据。
虚拟仪器还可以降低系统复杂性,因为应用程序不必考虑如何与外部设备通信,而是直接使用虚拟仪器库提供的接口进行数据处理。
随着虚拟仪器技术的不断发展,虚拟仪器的应用越来越广泛。
例如,在人工智能、医学诊断、天文学、化学分析等领域,虚拟仪器已经成为不可或缺的工具。
虚拟仪器技术还可以用于开发更加高效、精确的测量和数据分析应用程序。
虚拟仪器是一种强大的计算机技术,可以提高计算效率和降低系统复杂性,为各种应用程序提供更加可靠的数据处理和分析功能。
虚拟仪器技术
– 仪器控制
• GPIB仪器、带网络接口的仪器、串口等
– 插卡式仪器：VXI、PXI – 嵌入式仪器
• 研究范围
– 数据采集、仪器控制、测量自动化及运动控制。
四、发展现状
• 代表厂商：美国国家仪器公司(National Instruments Corp.简称NI) 网址： • 软件工具：LabVIEW • 主要硬件产品
储罐底板漏磁检 测器
脑电数据采集
声源定位 振动测量 声音照相机（１）
声源定位 振动测量 声音照相机（２）
声源定位 振动测量 声音照相机 （３）
六、虚拟仪器举例
1. 声卡构成的虚拟仪器（１）
１.声卡构成的虚拟仪器（２）
1．声卡构成的虚拟 仪器（３）
2．相量电压表
３．示波器
４．扫频仪
５．Chirp信号
x(t ) A sin(at bt)
2
七、仪器与测量观念的变化
1 比较
• 传统方式 • 现代方式
仪器：硬件构成
测量＝检测+显示
仪器：硬件与软件组成
测量＝采集+计算+显示
充分利用了计算机强大的 数据处理能力
２．间接测量和软测量
• 例：动态称重 –m、c0和c1分别为秤重装置的 质量、弹簧的弹性系数和装置 内的机械阻尼系数，M是待测 物体的质量。装置中使用位移 传感器，x(t)代表m和M共同的 位移，x(k)则是对x(t)进行采样 并量化了的数字信号序列。
八、如何学习和应用虚拟仪器技术
• 不能因循守旧，不要刻舟求剑
某一测量的原理（注重这个原理而不是别的原理）和方法 （建立这样的方法而不是别的方法）都是和当时测量工具— —仪器的发展水平密切相关的。用旧的教科书 上讲的测量原理和方法设计虚拟仪器很可能要 犯错误！这里确实需要有创新的思维。
虚拟仪器技术课程介绍
编程语言选择依据及推荐
• 平台支持: 确保所选编程语言与软件开发平 台和硬件平台兼容。
编程语言选择依据及推荐
推荐语言
输标02入题
• LabVIEW G语言: 对于使用LabVIEW平台的项目， 推荐使用图形化的G语言进行编程，它直观易用， 适合快速原型开发。
01
03
• Python: 对于数据分析、算法开发和科学计算等应 用，推荐使用Python语言，它语法简洁、库丰富， 适合快速开发和原型验证。
虚拟仪器技术将与计算机科学、电子工程、 机械工程等多学科深度融合，推动相关领 域的创新发展。
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知识掌握程度
通过课程学习，学生对虚拟仪器技术的 基本概念、软硬件开发平台及系统设计
方法有了较深入的了解。
团队协作与沟通能力
在课程项目实践中，学生学会了与团 队成员协作、沟通，共同完成任务。
实践能力提升
通过课程实验和项目实践，学生的动 手能力和解决问题的能力得到了显著 提高。
创新思维培养
课程鼓励学生自主思考、创新，通过 课程设计等环节培养学生的创新意识 和能力。
基于计算机的仪器模拟
图形化编程
虚拟仪器利用计算机强大的计算和处 理能力，通过软件模拟传统仪器的功 能和操作界面。
虚拟仪器使用图形化编程语言，如 LabVIEW等，使得用户可以直观地设 计和开发仪器界面与功能。
模块化设计
虚拟仪器采用模块化设计思想，将仪 器功能划分为不同的模块，方便用户 根据需求进行组合和配置。
利用LabVIEW的调试工具对 程序进行单步执行、断点设置 和变量监视等操作，确保程序 的正确性和性能。同时，通过 优化算法和代码结构提高程序 的执行效率。
什么是虚拟仪器技术？
什么是虚拟仪器技术？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。
灵活高效的软件能帮助您创建完全自定义的用户界面，模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成，标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。
这也正是NI近30年来始终引领测试测量行业发展趋势的原因所在。
只有同时拥有高效的软件、模块化I/O硬件和用于集成的软硬件平台这三大组成部分，才能充分发挥虚拟仪器技术性能高、扩展性强、开发时间少，以及出色的集成这四大优势。
虚拟仪器技术的三大组成部分：1．高效的软件软件是虚拟仪器技术中最重要的部份。
使用正确的软件工具并通过调用特定的程序模块，工程师和科学家们可以高效地创建自己的应用以及友好的人机交互界面。
NI公司提供的行业标准的图形化编程软件——NI LabVIEW，不仅能轻松方便地完成与各种软硬件的连接，更能提供强大的数据处理能力，并将分析结果有效地显示给用户。
此外，NI还提供了许多其它交互式的测量工具和系统管理软件工具，例如连接设计与测试的交互式软件SignalExpress、基于ANSI-C语言的LabWindows/CVI、支持微软Visual Studio的Measurement Studio等等，这些软件均可满足客户对高性能应用的需求。
拥有了功能强大的软件，您就可以在仪器中创建智能性和决策功能，从而发挥虚拟仪器技术在测试应用中的强大优势。
2．模块化的I/O硬件面对如今日益复杂的测试测量应用，NI提供了全方位的软硬件解决方案。
无论您是使用PCI, PXI, PCMCIA, USB或者是IEEE 1394总线，NI都能提供相应的模块化硬件产品，产品种类从数据采集及信号调理、模块化仪器、机器视觉、运动控制、仪器控制、分布式I/O到CAN接口等工业通讯，应有尽有。
NI高性能的硬件产品结合灵活的开发软件，可以为负责测试和设计工作的工程师们创建完全自定义的测量系统，满足各种灵活独特的应用需求。
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绘图过程分解：
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第八章、计算机虚拟仪器技术
8、催生虚拟仪器的土壤
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芯片 硬件
软件
网络 总线
LANs AT
Internet
计算机技术的进步
第八章、计算机虚拟仪器技术
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9、基于虚拟仪器的新型工业测控系统架构
自动化 软件
数据采集
个人计算机或 工作站 公司 Intranet or Internet
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工业自动化
石油化工 – Shell, Mobil Research 纺织 – Instron, Dupont, Eli Lilly, Albany International 制造 – Ericcson, Duracell 食品加工 – Sara Lee, Ben & Jerry抯, Shiner 医药 – Johnson & Johnson, Proctor & Gamble
工程测试技术基础
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第八章、计算机虚拟仪器技术
本章学习要求：
1.了解虚拟仪器的构成和工作原理 2.了解常用的虚拟仪器开发平台
第八章、计算机虚拟仪器技术
1. 虚拟仪器定义
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虚拟仪器是在计算机上显示传统仪器面板，它将硬件 电路完成的信号调理和处理功能由计算机程序完成，这种 硬件功能软件化是虚拟仪器的一大特征。
2.虚拟仪器技术的发展过程
第八章、计算机虚拟仪器技术
3.仪器定义和功能的转变
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M RO
礟
Y LA SP D OL DI AN TR N CO
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RT PO 488
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用户界面
软件驱动
第八章、计算机虚拟仪器技术
IVI 结构：
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Applications Program IVI Class Driver IVI Instrument Specific Driver VISA(Virtual Instrument System Architecture)
目的：LabView，VEE过于庞大，不适合在现场使用，缺乏面向某一 特定领域的专用控件。
虚拟仪器技术简介
1) 虚拟仪器主体程序设计(COM容器)
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MFC Exe Support ActiveX Control
第八章、计算机虚拟仪器技术
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该简单的样例程序就可以插入任何ActiveX控件(COM组件)，如 下图所示：
g nin itio nd Co
Flo w Con tro lP anel
DISPLAY AND CONTROL
礟
D A/
A/D D/A Co /O DI nd itio I/O nin T g
Tim ing
ST OP
TI /O
US RB SO CES Ma O PR 礟 th
Tim ing
D/ A
开发与维护开销高
技术更新周期长(5～10年) 关键是硬件 价格昂贵 厂商定义仪器功能 封闭、固定 功能单一的独立设备
第八章、计算机虚拟仪器技术
11、虚拟仪器技术的主要应用领域 测试和测量
通讯 – AT&T, Alcatel, Ericsson 计算机 – IBM, Apple, Dell 半导体 – Motorola, TI, ThomsonCSF 汽车 – Ford, Chrysler, Nissan, Toyota 电子 – Sony, Siemens
PC Plugin
GPIB
PXI
VXI
第八 章、计算机虚拟仪器技术
6、常见的虚拟仪器软件平台
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LabView
Agilent VEE
DASYLab
DirectView
ProcessControl
第八章、计算机虚拟仪器技术
7、小型虚拟仪器系统开发
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虚拟仪器为计算机在工业领域中的应用提供一项很好的技术解决 方案，在制造业中我们可以借鉴它来进行机床操作面板设计等工作。
串行口
PLC
现场总线 图象 过程 分布式 I/O 动作
第八章、计算机虚拟仪器技术
10、虚拟仪器技术的优点
VI
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传统仪器
软件使得开发与维护费用降至最低
技术更新周期短(1～2年) 关键是软件 价格低、可复用与可重配置性强 用户定义仪器功能 开放、灵活，计算机技术同步发展 与网络及其它周边设备互联
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DAQ Card
Motion Control Card
IMAQ Card
Field Point
第八章、计算机虚拟仪器技术
5、虚拟仪器软件驱动模块
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为简化硬件板卡编程和控制，提高代码复用程序。NI和 Agilent已标准化了数百种常用仪器、板卡的驱动，屏蔽了直接控制 这些硬件的复杂性，它们已成为虚拟仪器开发平台的有机组成部分， 开发时可直接复用这些硬件驱动代码。并出台了可互换虚拟仪器驱动 程序设计软件接口标准 (Interchangeable Virtual Instrument)。
MEMORY
P 488 T OR
ROM
/O DI
传统仪器:厂商定义
虚拟仪器:用户定义
第八章、计算机虚拟仪器技术
4.虚拟仪器的组成
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程 GPIB Motion 硬件板卡 软件驱动模块 软件
第八章、计算机虚拟仪器技术
4、常用虚拟仪器板卡
设计完成的容器程序
Windows日期控件
LabView选钮控件
第八章、计算机虚拟仪器技术
2)虚拟仪器控件设计(COM组件)
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MFC ActiveX
第八章、计算机虚拟仪器技术
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重载绘图方法部分
设计完成的控件
第八章、计算机虚拟仪器技术
3)虚拟仪器图形控件设计简介