虚拟仪器概述分析
虚拟仪器技术分析与设计
STOP
Conditioning A/D
TI/O Timing
ROM
DISPLAY
AND C ONTR OL
礟
PROCESSOR BUS 礟Math
Hale Waihona Puke MEMORYD/A488 PORT
DI/O
虚拟仪器 用户定义功能
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1.2 虚拟仪器的组成
• 虚拟仪器的组成包括 ： 硬件 软件
两个基本要素
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这些报告是由下而上内容不断浓缩的(见图18-3)。
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图18-2
多
决策委员会 业主
项目 报告
项目领导
项目报告
子项目领导 分包商
按子项目、承包商
工程小组
按单位工程、技术
部门、专业领域、工程种类
详细资料、按工作包、成本项目
图18-2
return
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图18-3
子项1报告 概 况 进成质 度 本 量…
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1.1 虚拟仪器的基本概念
Virtual Instrument，VI 什么是虚拟仪器?
虚拟仪器是指在以通用计算机为核心的硬件 平台上，由用户自己设计定义，具有虚拟的操作 面板，测试功能由测试软件来实现的一种计算机 仪器系统。
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虚拟仪器概念的理解
插入
仪器卡
软面板
计算机
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1．信息载体通常有： (l)纸张，如各种图纸、各种说明书、合同、信件、表格等； (2)磁盘、磁带，以及其他电子文件； (3)照片，微型胶片， X光片； (4)其它，如录相带、电视唱片、光盘等；
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虚拟仪器设计知识点
虚拟仪器设计知识点虚拟仪器是一种基于计算机软硬件的测量和控制系统，它使用计算机作为中心处理单元，将传感器、执行器和仪器控制信号进行实时的数字处理和分析。
虚拟仪器的设计涉及多个知识点，本文将分别介绍这些知识点，包括虚拟仪器的概念、功能、设计原则以及在不同领域中的应用。
一、虚拟仪器的概念虚拟仪器是一种基于计算机技术的仪器系统，将传统仪器中硬件部分用软件实现，通过计算机控制并完成测量、分析和控制等任务。
虚拟仪器通过软件定义仪器的功能，实时采集、处理和显示数据，具有灵活性、可重构性和可扩展性等特点。
二、虚拟仪器的功能虚拟仪器常见的功能包括测量、分析、控制和数据处理等。
其中，测量功能是虚拟仪器的核心，可以实现各种物理量的测量、采集和监测，如电压、电流、温度等；分析功能可以对采集到的数据进行实时分析和处理，如频谱分析、波形显示等；控制功能可以通过计算机软件实现对执行器的控制和调节，如机器人、自动化生产线的控制等；数据处理功能可以对采集的数据进行处理和存储，如数据录制、数据传输和数据分析等。
三、虚拟仪器的设计原则虚拟仪器的设计需要遵循一些原则，以确保其功能的可靠性和性能的优越性。
首先，应该根据实际需求选择适当的硬件平台和软件开发环境，如选择合适的传感器、执行器和数据采集卡等硬件设备，并结合软件开发平台进行系统设计；其次，需要制定清晰的系统架构和设计规范，确保系统的稳定性和可扩展性；此外，还应考虑虚拟仪器的易用性和人机交互性，提高用户的使用体验。
四、虚拟仪器在不同领域中的应用虚拟仪器的应用广泛涵盖科研、工业控制、教育培训、医疗等领域。
在科研领域，虚拟仪器可以实现对各种物理量的实时测量和数据处理，为科学研究提供可靠的实验平台；在工业控制领域，虚拟仪器可以实现对生产线的监测和控制，提高生产效率和质量；在教育培训领域，虚拟仪器可以模拟实验环境，帮助学生进行实验操作和数据分析；在医疗领域，虚拟仪器可以实现对患者的监护和治疗，提高医疗水平和效率。
对虚拟仪器的认识资料
认识虚拟仪器学院：电子信息工程学院班级：10级测控技术与仪器2班姓名：朱楠楠学号：20101527248认识虚拟仪器本学期我们接触学习了虚拟仪器这门课程，先是它的名字就吸引了我们的强烈兴趣，“虚拟”！那到底是研究什么的呢？和我们平时见的真实仪器各有什么千秋与优缺特点呢？机房上机的学习方式更是有利于老师操作控制并知道我们的学习，关于LabVIEW软件的演示更能被我们接受和掌握。
我在课余查找搜集了解了更多关于虚拟仪器的相关知识。
一、虚拟仪器的概念虚拟仪器是由计算机硬件资源、模块化仪器硬件和用于数据分析、过程通信及图形用户界面的软件组成的测控系统，是一种计算机操纵的模块化仪器系统。
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。
自1986年问世以来，世界各国的工程师和科学家们都已将NI LabVIEW 图形化开发工具用于产品设计周期的各个环节，从而改善了产品质量、缩短了产品投放市场的时间，并提高了产品开发和生产效率。
使用集成化的虚拟仪器环境与现实世界的信号相连，分析数据以获取实用信息，共享信息成果，有助于在较大范围内提高生产效率。
虚拟仪器提供的各种工具能满足我们任何项目需要。
二、虚拟仪器的优势同其他技术相比，虚拟仪器技术具有四大优势：1、性能高虚拟仪器技术是在PC技术的基础上发展起来的，所以完全“继承”了以现成即用的PC技术为主导的最新商业技术的优点，包括功能超卓的处理器和文件I/O，使您在数据高速导入磁盘的同时就能实时地进行复杂的分析。
此外，不断发展的因特网和越来越快的计算机网络使得虚拟仪器技术展现其更强大的优势。
2、扩展性强NI的软硬件工具使得我们不再受限于当前的技术中。
这得益于NI软件的灵活性，只需更新计算机或测量硬件，就能以最少的硬件投资和极少的、甚至无需软件上的升级即可改进整个系统。
在利用最新科技的时候，我们可以把它们集成到现有的测量设备，最终以较少的成本加速产品上市的时间。
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。
虚拟仪器总结
虚拟仪器总结引言在科学研究和工程领域中，实验仪器是不可或缺的工具。
然而，仪器的购买和维护成本高昂，并且在某些情况下可能不可行。
这就引入了虚拟仪器的概念。
虚拟仪器是一种通过计算机模拟实验仪器功能和响应的工具。
本文将对虚拟仪器进行总结，并探讨其应用和优势。
什么是虚拟仪器?虚拟仪器是一种通过计算机软件模拟实验仪器的功能和响应的工具。
它使用计算机算法和模型来模拟仪器的操作和输出。
虚拟仪器可以模拟各种实验仪器，包括示波器、频谱仪、信号发生器等。
通过虚拟仪器，用户可以在计算机上进行实验和数据采集，而不需要真实的物理仪器。
虚拟仪器通常具有图形用户界面，以便用户可以方便地操作和观察实验结果。
虚拟仪器的应用虚拟仪器在许多领域有广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：1. 教育和培训虚拟仪器在教育和培训中起到了重要的作用。
它可以提供一个实验环境，让学生在不占用实际实验室资源的情况下进行实验。
虚拟仪器还可以提供一个安全的学习环境，避免了可能的实验事故。
教师还可以创建自定义的实验模拟，以满足不同学生的需求。
2. 研究和开发虚拟仪器在科学研究和工程开发中也被广泛使用。
研究人员可以使用虚拟仪器来验证理论模型和算法。
它还可以帮助工程师在产品开发过程中进行实验和优化。
虚拟仪器可以提供快速、准确和可重复的实验结果，加快研究和开发的进展。
3. 远程实验虚拟仪器还可以用于远程实验。
远程实验是一种通过互联网连接到远程实验室进行实验的方式。
虚拟仪器的使用使得远程实验更容易实现。
学生不需要亲自访问实验室，而是可以通过虚拟仪器在计算机上进行实验。
这种方式可以克服时区和地理位置的限制，使得远程教育更具可行性。
虚拟仪器的优势与传统实验仪器相比，虚拟仪器具有以下几个优势：1. 成本效益虚拟仪器的成本远低于实际的仪器。
购买和维护实际仪器是一项昂贵的投资，而虚拟仪器只需要一台计算机和相应的软件。
这使得虚拟仪器成为一种经济实用的替代方案。
2. 灵活性和可扩展性虚拟仪器具有更大的灵活性和可扩展性。
实验报告 虚拟仪器
实验报告虚拟仪器实验报告：虚拟仪器引言：虚拟仪器是指利用计算机技术和虚拟现实技术，模拟实际仪器的功能和操作界面的一种工具。
它能够在实验室环境中模拟各种实验场景，并提供实时数据采集和分析功能，使科学研究和教学更加便捷和高效。
本文将对虚拟仪器的发展历程、应用领域以及优缺点进行探讨。
发展历程：虚拟仪器的发展始于上世纪八十年代，当时计算机技术的迅猛发展为虚拟仪器的出现提供了技术基础。
最早的虚拟仪器是通过软件模拟实验仪器的功能，但由于计算机性能的限制，其在数据采集和实时控制方面存在一定的局限性。
随着计算机硬件和软件技术的不断进步，虚拟仪器逐渐发展成为一种集成了硬件和软件的综合系统，能够实现更加复杂的实验操作和数据处理。
应用领域：虚拟仪器在科学研究和教学中具有广泛的应用。
在科学研究方面，虚拟仪器能够模拟各种实验场景，帮助科学家进行实验设计和数据分析，加快科研进程。
在教学方面，虚拟仪器能够提供真实的实验环境，使学生能够在虚拟实验室中进行实际操作，提高实验技能和科学素养。
此外，虚拟仪器还可以用于产品研发、质量控制等领域，提高工作效率和产品质量。
优点：虚拟仪器相比传统实验仪器具有以下优点：1. 节约成本：虚拟仪器不需要实际的仪器设备，只需要计算机和相关软件，大大降低了实验成本。
2. 灵活性：虚拟仪器可以根据实验需求进行灵活调整和扩展，满足不同实验要求。
3. 安全性：虚拟仪器操作在计算机环境下进行，不会对实验人员的安全造成威胁。
4. 数据分析：虚拟仪器能够实时采集和分析数据，提供更加准确和全面的实验结果。
缺点：虚拟仪器也存在一些缺点：1. 真实性：虚拟仪器虽然能够模拟实验场景，但仍然无法完全替代真实实验，某些实验现象可能无法完全模拟。
2. 操作技能：虚拟仪器的操作相对简单，可能无法培养学生的实际操作技能。
3. 硬件依赖：虚拟仪器的运行需要计算机硬件的支持，对计算机性能有一定要求。
结论：虚拟仪器作为一种新兴的实验工具，具有广泛的应用前景。
虚拟仪器简介
虚拟仪器
测量仪器技术 计算机技术
总线技术
全新旳仪器 技术
3 虚拟仪器旳特点
1 打破了老式仪器旳封闭性
2 把仪器旳绝大部分硬件变成计算机上旳文件
特 点
3 顾客能够自行定义、自行设计、自行组建自己需要旳仪器 4 可将组建旳多种仪器存储在计算机旳仪器库中 5 配以通讯卡和传感器
6 构成功能、性能、外观和操作方式都和老式仪器相同或 超出老式仪器旳新型概念仪器系统
利用计算机强大旳软件 功能实现信号调理和数 据旳运算、分析、处理
利用相应旳接口设备完 成信号旳采集、输入/输 出，从而完毕多种仪器 功能
虚拟仪器和老式仪器旳比较
仪器厂约定义 硬件是关键 仪器旳功能和规模已固定 多为试验室拥有 技术更新慢 开发和维护费用高 价格昂贵 系统封闭，与其他设备旳 连接受限
基于Linux旳虚拟仪器更轻易满足多任务并行处理及现场检测和控制要求
6 虚拟仪器旳发展趋势
PC-DAQ式虚 拟仪器是目前比 较流行旳虚拟仪 器系统，但是， 因为基于PC I总 线旳虚拟仪器在 插入DAQ时都需 要打开机箱等，
比较麻烦
主机上旳PC I插 槽有限，再加上 测试信号直接进 入计算机，多种 现场旳被测信号 对计算机旳安全 造成很大旳威胁
4
5
6
智能化电子仪器仪 表
（以大规模和超大 规模集成电路为基 础）
多功能自动测试系
虚拟仪器技术新阶
统（融合电子测量、 段
自动控制和计算机
技术，是基于物理 硬件为基础旳老式 仪器技术发展旳高
（展二方十一世纪旳发 向）
级阶段）
2 虚拟仪器旳基本概念
在以计算机为关键旳硬件平台上 配合以相应旳输入/输出口 具有计算机显示旳虚拟面板 由测试软件来实现测试功能 一种计算机仪器系统
虚拟仪器VirtualInstrument1虚拟仪器的基本概念
VI中的错误。
连续运行 单击此按钮可使VI程序连续地重复执行。 按钮
停止运行 单击此按钮可停止运行VI。 按钮 暂停按钮
单击此按钮可暂停VI执行，再次单击此 按钮，VI又继续执行。
高亮显示 执行按钮
单击此按钮，可动态显示VI执行时数据 的流动。
单步步入 单击此按钮，按节点顺序单步执行程序， 每单击一次，程序执行一步。如果节点 按钮
参考号标示，这个子选板包括各类参考号。
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13
装饰件 用于对前面板进行装饰的各种图形对象。
14
从文件 调用存储在文件中的控件。 系统选 择控件 用户 控制 把控件放在\National Instruments\LabVIEW 8.5\user目录中时， 将出现在这个子选板中。
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NI数据采集设备
为一个子程序或结构，则进入子程序或 结构内部执行单步运行方式 。
单步步过 单击此按钮，按节点顺序单步执行程序 （不进入循环，SunVI内部）。 按钮 单步步出 单击此按钮，退出单步执行，进入暂停 状态。 按钮 文本字体 设置按钮
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。
对虚拟仪器的认识
对虚拟仪器的认识院系：级别：班级：姓名：学号：日期：通过对本学期的虚拟仪器课程的学习，下面是我对虚拟仪器方面的认识。
一.虚拟仪器概述1.1仪器的发展随着电子技术的发展，仪器的发展经历了四个时期：（1）第一代仪器：模拟仪器如指针式万用表、晶体管电压表，它们的基本特征是采用模拟电子技术实现，采用指针显示结果。
（2）第二代仪器：数字化仪器数字化仪器目前相当普及，如数字电压表、频率计等。
这类仪器将模拟信号的测量转化为数字信号的测量，并以数字方式输出最终结果。
（3）第三代仪器：智能仪器智能仪器内置微处理器，能进行自动测量，具有一定的数据处理能力，可取代部分脑力劳动。
它的全部功能全部都是以硬件（或固化的软件）的形式存在，无论是开发还是应用，都缺乏灵活性。
（4）第四代仪器：虚拟仪器虚拟仪器是现代计算机技术和测量技术相结合的产物，是传统仪器观念的一次巨大变革，是将来仪器发展的一个重要方向。
从1988年开始，陆续有虚拟仪器产品面市。
此后，虚拟仪器产品飞速增加。
1.2虚拟仪器的概念及特点虚拟仪器是由计算机硬件资源、模块化仪器硬件和用于数据分析、过程通信及图形用户界面的软件组成的测控系统，是一种计算机操纵的模块化仪器系统，以通用的计算机硬件系统及操作系统来实现各种仪器功能。
与传统的仪器相比，虚拟仪器具有以下特点：（1）虚拟仪器的软件和硬件具有开放性、模块化、互换化以及可重复使用等特点。
例如，为了提高仪器的性能，可加入一个通用的仪器模块或者更换一个仪器模块，而不必重新购买整个仪器。
（2）在通用硬件平台搭建后，有软件来实现仪器的具体功能，即软件在仪器中具有重要的作用。
（3）虚拟仪器的功能是由用户根据实际需要通过软件来定义的，而不是事先由仪器厂商定义的。
（4）虚拟仪器研制的周期较传统仪器大为缩短。
（5）虚拟仪器的性价比较高。
（6）虚拟仪器技术更新较快、成本较低、测试自动化程度较高，而且可与网络及其他设备互联。
（7）虚拟仪器具有友好、灵活的人机界面。
虚拟仪器概述
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实时上下文帮助窗口
显示VI 路径
锁定上下 文相关帮 助
更多帮助 信息
单击此处访问 更详细的联机 帮助
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实时上下文帮助窗口
选择菜单栏中Help->Show Context Help选项或按下Ctrl+H，就会弹出 Context Help窗口。
当鼠标移到某个对象或函数上时，上下 文帮助窗口就会显示相应的帮助信息。
选择主菜单View->Controls Palette选项 或右击前面板空白处就可以显示控件选板。
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函数选板
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函数选板
函数选板只能在编辑程序框图时使用， 与控件选板的工作方式大体相同。创建 框图程序常用的VI和函数对象都包含在 该选板中。
选择View->Functions Palette或右击 框图面板空白处就可以显示函数选板。
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范例查找器
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范例查找器
LabVIEW提供了大量的范例，这些范例 几乎包含了LabVIEW所有功能的应用实 例，并提供了大量的综合应用实例。
在菜单栏中选择Help->Find Examples 选项可以打开范例查找器。
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编辑前面板
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联机帮助文档
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联机帮助文档
当单击Context Help窗口中Detailed help会弹出相应的完整的帮助信息。这 是一个Windows标准风格的帮助窗口， 包含了LabVIEW全部的帮助信息。
虚拟仪器概述
虚拟仪器概述施荣理双控03 045090070摘要：虚拟仪器是计算机技术与仪器技术完美结合的产物，代表了仪器的发展方向，它实际上是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。
目前这一领域，使用较为广泛的计算机语言和开发环境是美国NI公司的Labview。
Labview与虚拟仪器技术成为测控领域关注的热点技术。
它在数据采集（DAQ）、虚拟仪器软件框架（VISA）、通用接口总线（GPIB）及串口仪器控制、图像处理、运动控制、数据分析和图标显示等方面都具有强大的优势。
虚拟仪器技术与Labview已成为测控系统中的实际工业标准。
关键词：虚拟仪器，labview，测控技术Keyword：virtual instrument，labview，measurement and control technology1 虚拟仪器产生背景传统仪器技术发展到今天，已经经历了模拟仪器、数字仪器和智能仪器等阶段，从20世纪70年代开始进入到了虚拟仪器时代。
通常，在完成某个测试任务时需要很多仪器，如示波器、电压表、频率分析仪、信号发生器等，对复杂的数字电路系统还需要逻辑分析仪、IC测试仪等。
这么多的仪器不仅价格昂贵、体积大、占用空间，相互连接起来很费事、费时，而且经常由于仪器之间的连接、信号带宽等方面的问题给测量带来很多麻烦，使得原来并不复杂的测量变得异常困难。
要提高电子测量仪器的测量准确度和效率，就要求仪器本身具有自动调节、校准、量程转换、计算和寻找故障等功能，能自动存储有关数据并在需要的时候自动调出，这些要求传统仪器很难满足，在以前几乎被视为不可能完成的任务。
计算机科学和微电子技术的迅速发展和普及，有力地促进了多年来发展相对缓慢的仪器技术。
目前，正在研究的第三代自动测控系统中，计算机处于核心地位，计算机软件技术和测控系统更紧密地结合成了一个有机整体，仪器的结构概念和设计观点等都发生了突破性的变化，出现了新的仪器概念——虚拟仪器。
6.1 虚拟仪器概述
工程振动测试技术在前面介绍的仪器相对虚拟仪器来说一般称为物理仪器，独立的物理仪器（滤波器、信号发生器等），在出厂时就被厂家限定了功能，其功能对这台仪器来说都是不能更换的。
虚拟仪器主要是通过计算机语言编程在计算机上实现测试仪器功能的软件，它是利用数字信号分析中的基本原理，运用图形化语言编制的软件（虚拟仪器），是目前实验测试手段发展的一个主要方向之一。
有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）虚拟仪器的起源在20世纪70年代，那时就提出了虚拟仪器（Virtual Instrument，简称VI）的概念。
近年来计算机技术高速发展，数据采集和分析处理技术迅速发展，使得计算机数据采集分析变得比较容易。
由于具有价格优势和升级更新优势。
所以在振动测试领域逐步取代物理仪器。
近年来，图形化编程语言得到了迅速发展，使得计算机编程更加简单。
图形化编程语言一般是为虚拟仪器使用的模块化语言。
只需将各个图标连在一起创建各种流程图表，即可完成虚拟仪器程序的开发。
在普通计算机上，即可实现虚拟仪器编程。
虚拟仪器的组成虚拟仪器是在计算机的基础上，增加相关硬件和软件就可构建而成。
虚拟仪器组成框图一、模块化的I/O硬件硬件是虚拟仪器的基础，虚拟仪器的硬件平台主要包括计算机和I/O接口设备两大部分。
I/O设备主要包括数据采集设备、输出控制设备，也包括机械插件、插槽、电缆等。
二、高效的软件软件是虚拟仪器的核心，可实现数据采集、分析、处理、显示等功能，用户可通过虚拟仪器操作面板实现对仪器设备的控制和应用。
计算机编程语言有许多种，近年来，图形化编程语言得到了迅速发展，使得计算机编程更加容易简单。
图形化编程语言就是用计算机编程语言编制的子程序，然后用图形化来表示，就像windows系统面板一样，便于应用时调用。
进入这个开发环境，只要调出几个图标，连上线，就构成一台虚拟仪器。
下面以DasyLab为例进行介绍。
DasyLab是一个Windows操作系统下的数据采集、过程控制和分析系统，它可以利用Windows提供的全部功能和图形接口。
虚拟仪器的基础知识
优势
灵活性
虚拟仪器允许用户根据需要自 由组合硬件和软件，实现不同
的测量和控制系统功能。
可扩展性
随着技术的进步，用户可以随时更 新软件部分，而无需更换硬件，从 而延长了仪器的使用寿命。
高效性
虚拟仪器通常具有友好的图形 用户界面，简化了操作过程， 提高了工作效率。
成本效益
由于降低了硬件成本和维护成 本，虚拟仪器为用户节省了大
量资金。
局限性
性能限制
受限于计算机的处理能力和内存大小， 虚拟仪器的性能可能无法与专用硬件 相媲美。
实时性能问题
对于需要高精度和高速度的应用，虚 拟仪器可能无法满足实时性的要求。
可靠性问题
由于虚拟仪器依赖于计算机系统，因 此可能存在因软件故障或病毒感染而 导致系统崩溃的风险。
兼容性问题
不同的虚拟仪器系统可能存在兼容性 问题，导致用户在更换或升级系统时 面临困难。
03
LabWindows/CVI 等。
数据采集硬件
数据采集硬件是虚拟仪器的输入设备， 用于获取现实世界中的信号并将其转 换为数字信号，以便在计算机上进行 处理和分析。
数据采集硬件通常包括各种传感器、 信号调理器和数据采集卡等。
信号处理与分析软件
信号处理与分析软件是虚拟仪器的数据处理中心，它能够对采集到的数据进行处理、分析和可视化。
虚拟仪器的基础知识
• 虚拟仪器概述 • 虚拟仪器的核心组件 • 虚拟仪器的应用领域 • 虚拟仪器的优势与局点
定义
可扩展性
虚拟仪器（Virtual Instrument）是一种基 于计算机的测量和分析系统，通过软件实现 传统仪器的功能。
虚拟仪器通过软件编程实现，可以根据需 求添加或修改功能。
简述虚拟仪器
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。
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其中，LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，实验室 虚拟仪器工程平台非 常适于仪器、测量与控制领域的虚拟仪器软 第19页 件开发。
虚拟仪器的系统构成 硬件和软件两大部分构成。
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3.各部分基本功能
虚拟仪器的内部功能，可划分为信号采集与控制、数据分析与 处理、参数输入与结果输出三大功能模块。 信号采集与控制主要由虚拟仪器的通用硬件平台，并配合仪器 驱动程序共同完成，而数据分析与处理、参数输入与结果输出 则主要由用户应用软件完成。
传统仪器 硬件（电子线路） 数据采集
价格 功能可塑性
系统开放性
价格低、可复用与可重配置性强 用户定义仪器功能，柔性
开放、灵活，与计算机技术同步 发展 易与网络及其他周边设备互连
第14页 无限的显示选项、界面友好
价格昂贵
厂商定义仪器功能， 刚性 封闭、固定 功能单一的独立设备
构成复杂系统 能力 人机交互
有限的显示选项
1.3 虚拟仪器的系统结构
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第四代仪器：虚拟仪器
虚拟仪器是现代计算机技术和测量技术相 结合的产物，是传统仪器观念的一次巨大 变革，是将来仪器发展的一个重要方向。
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1.2 虚拟仪器的基本概念
1. 虚拟仪器的定义
传统仪器：特定功能和仪器外观。
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基于虚拟仪器的温度检测与控制系 统
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如：虚拟示波器
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（4）虚拟仪器之“虚拟”含义： 虚拟仪器面板；
软件实现仪器功能。 （5）因此，软件是虚拟仪器的核心。
NI公司提出“软件即仪器”（The software is the instrument）。
“软件定义仪器”
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与传统仪器相比，虚拟仪器技术特点： （1）功能强、性价比高、开放性（可扩充性） 好； 充分利用计算机丰富的软硬资源。 仪器功能可通过软件灵活设计（基于相同的 硬件，通过软件设计可实现不同的虚拟仪 器）。 仪器升级方便，性价比高（一机多用）。 基于计算机网络技术，可实现“网络化虚拟 仪器”。 （2）操作方便； 通过图形用户界面（GUI）操作虚拟仪器面 板。
1. 虚拟仪器的系统构成 硬件和软件两大部分构成。
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2. 虚拟仪器的通用硬件平台
硬件平台由两部分组成： 1、计算机可以是笔记本计算机、PC机或工作站； 2、仪器硬件：可以是插入式数据采集板（含信号 调理电路、A／D转换器、数字 I／O、定时器、D ／A转换器等），或者是带标准总线接口的仪器 (如 GPIB仪器、VXI仪器、RS－232仪器等)。
虚拟仪器技术至今经历了将近30年的快 速发展。
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2. 虚拟仪器的特点
（1）虚拟仪器的硬件是通用的（包括计算机和测试 模块）； 相同的硬件平台下，通过软件设计可实现不同 的虚拟仪器。 （2）良好的人机界面。 虚拟仪器的面板（或称软面板）是虚拟的（通 过“控件”虚拟出面板）； （3）功能强。 虚拟仪器的功能是由用户软件定义的。
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工业自动化
在完成风力涡轮发电塔的装载和安装前，必须对 变速箱的性能进行校验，需要采集如振动、噪声 、润滑油温度及齿轮啮合关系等数据。
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盲人开车
美国弗吉尼亚理工大学的9名大学生设计了盲人驾 驶系统，利用激光测距仪作为环境探测器，扫描 驾驶环境中的交通路标及其它障碍。帮助盲人驾 驶员成功地驾驶汽车，控制汽车速度并在行驶时 避免碰撞。 第25页
利用虚拟仪器技术，可设计出与实际仪器在原理 、功能和操作等方面完全一样的虚拟仪器，降低 了实验室建设与管理成本。
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全国虚拟仪器大赛
中国仪器仪表学会、教育部高等学校仪器科学与 技术教学指导委员会主办，NI公司协办
/vicontest/
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仪器的发展历史
第二代仪器：数字化仪器 数字化仪器目前相当普及，如数字电压 表、频率计等。这类仪器将模拟信号的 测量转化为数字信号的测量，并以数字 方式输出最终结果。
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仪器的发展历史 第三代仪器：智能仪器
智能仪器内置微处理器，能进行自动测量， 具有一定的数据处理能力，可取代部分脑力 劳动。它的全部功能全部都是以硬件（或固 化的软件）的形式存在，无论是开发还是应 用，都缺乏灵活性。 目前，仪器领域正在进行第三次仪器革命，这 次革命是由通用计算机硬软件技术的进步引起 的，这次仪器革命将使仪器形态进入第四个时 期：虚拟仪器时代。
工业自动化 控制工程 石油和天然气工程 工业机器人 SCADA 晶片传送手臂
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食品加工 机器视觉 制药生产 过程自动化 统计流程控制 机械制造
仪器制造业
传统仪器制造成本高，中高档仪器价格昂贵。 虚拟仪器技术降低了市场门槛 。 采用虚拟仪器技术，很多功能可由软件实现， 可开发出质优价廉的仪器。 发达国家的市场退出成本较高，我们及时进入 市场，能形成后发优势。略过传统仪器的发展 阶段，迅速进入下一代仪器发展阶段，造成仪 器技术的跨跃式发展态势。
硬件是基础，软件是核心。
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1.5 虚拟仪器技术应用
应用广泛
从军事到民用； 特别是仪器制造业、工业自动化、实验室建设等领域。 测试测量
声学测试 汽车测试 计量校准 光纤校准 研发调试 通信测试 设备测试 生物医学研究 电子与非电子测试 光学度量和测定 半导体测试 振动测试
工业自动化
家居监控机器人
在2010世博会中展出。通过 网络监控家居环境中的各种 家电，具有语音和人脸识别 等人机交互功能，具有双机 械臂完成一些取物、递送等 任务，并且可以作为智能轮 椅载人移动。
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实验室建设
传统的实验室需购置大量的基础测量仪器，如示 波器、万用表、信号源等，设备投资大，技术更 新快、维护困难。
Serial
VXI
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GPIB 等
2. 虚拟仪器的软件开发环境
（1）通用的可视化软件编程环境
Microsoft公司的Visual C++和Visual Basic、Inprise 公司的Delphi和C++ Builder等。
（2）专用于虚拟仪器开发的软件编程环境
文本编程环境：NI LabWindows/CVI。 图形化编程（G语言）环境：Agilent VEE 、NI LabVIEW；
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本章思考题 1.什么是虚拟仪器？如何理解虚拟仪器中的“虚拟” 二字？ 2.虚拟仪器与传统仪器比较有何特点？ 3.虚拟仪器的系统组成是怎样的？如何理解“软件定 义仪器”？
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硬件（电子线路）
信号处理
硬件（旋钮与显示器）
参数输入与结 果输出
虚拟仪器
硬件（配合驱动程 序）
计算机软件（算法）
计算机硬件 （虚拟旋钮与显示器）
计算机系统资源 第17页
1.4 虚拟仪器的软件系统
1. 虚拟仪器的软件结构
包括I/O接口软件、仪器驱动程序和应用软件三部分
应 用 软 件 仪器驱动程序 I/O 接口软件（VISA 库）
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虚拟仪器与传统仪器的比较：
比较内容 系统构成
开发周期 开发费用 技术更新周期
虚拟仪器 软件和通用硬件。软件是关键
开发时间短、技术要求低、系统 通用性强
传统仪器 专用硬件系统
开发时间长、技术要 求高、系统功能 较专一 开发与维修开销高 长（5~10年）
软件使得开发和维护费用降至最 低
短（1~2年）
虚 拟 仪 器 设 计
主讲教师：陈慧
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第1章 虚拟仪器概述
1.1 虚拟仪器形成背景 1.2 虚拟仪器的基本概念
1.3 虚拟仪器的系统结构
1.4 虚拟仪器的软件系统 1.5 虚拟仪器技术应用
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1.1虚拟仪器的形成背景 仪器的发展历史
第一代仪器：模拟仪器
如指针式万用表，它们的基本特征 是采用模拟电子技术实现，采用指 针显示结果。
全国虚拟仪器大赛
大赛分为软件组和综合组 “2013年第二届全国虚拟仪器大赛”获得 了全国各高校师生的广泛关注，共有来自 全国 132 所高校的 1469 支队伍报名参加， 涉及全国 27 个省 59 个城市。
作品涵盖通信、机器人、智能家居、医疗 、绿色环境、建筑监测、汽车等诸多方面 的创新应用。
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参考文献
[1] NI公司网站： [2] 赵会兵. 虚拟仪器技术规范与系统集成，清华大学出 版社 [3] 詹惠琴、古军、袁亮. 虚拟仪器设计，高等教育出版 社 [4] 袁渊、古军、古天祥、习友宝等. 虚拟仪器基础教程， 电子科技大学出版社 [5] 张重雄．虚拟仪器技术分析与设计．电子工业出版社
基于虚拟仪器的温度检测与控制
虚拟仪器（VI， Virtual Instrument）：是 一种以计算机和测 试模块的硬件为基 础、以计算机软件 为核心所构成的， 并且在计算机屏幕 上显示虚拟的仪器 面板，可由用户软 件来定义仪器功能 的仪器。
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1986年，美国国家仪器公司（NI, National Instruments）提出了虚拟仪器 （Virtual Instrument）的概念。 同年10月正式发布图形化编程的虚拟仪 器设计软件LabVIEW。 1990年代，虚拟仪器得到业界广泛认可 和应用，相继推出了基于GPIB总线、 PC-DAQ和VXI总线、PXI总线等多种虚 拟仪器系统。