计算机虚拟仪器技术
虚拟仪器发展历程
虚拟仪器发展历程虚拟仪器（Virtual Instrumentation）是指利用计算机技术和软件编程技巧来实现仪器仪表功能的一种技术。
它可以替代传统的实体仪器，使仪器的功能更加灵活、易用、可扩展。
虚拟仪器的发展历程可以追溯到20世纪80年代中后期。
在过去，仪器仪表通常是由硬件和固定功能的嵌入式软件组成的，定制化程度高，开发和维护成本较高。
然而，随着个人计算机的普及和计算机技术的发展，人们开始意识到利用计算机来实现仪器功能的潜力。
虚拟仪器的发展可以追溯到计算机的发展。
20世纪80年代，计算机的性能开始提升，运算速度和存储容量大大增加。
这为虚拟仪器的开发提供了足够的硬件基础。
在20世纪90年代，虚拟仪器的概念逐渐成型。
美国国家仪器公司（National Instruments）成为虚拟仪器的领军者。
他们开发了一种名为LabVIEW的软件平台，实现了虚拟仪器的开发与使用。
LabVIEW可以通过简单易用的图形化界面进行编程，将各种仪器功能抽象为可编程的模块，用户可以通过拖拽和连接模块来实现各种功能。
这种创新的方式大大简化了虚拟仪器的开发过程，降低了开发门槛。
随着计算机硬件的不断发展，虚拟仪器在20世纪90年代末和21世纪初迅速流行起来。
越来越多的科研机构、企业和教育机构开始采用虚拟仪器来替代传统仪器。
与传统仪器相比，虚拟仪器有以下几个优势：首先，虚拟仪器具有灵活性。
通过软件编程，用户可以自定义仪器的功能，实现不同的实验需求。
虚拟仪器的功能不再受限于硬件，而是由软件来实现，因此具有更大的灵活性。
其次，虚拟仪器易于使用。
传统仪器通常需要熟练掌握专业知识才能操作，而虚拟仪器使用图形化界面，对用户更加友好。
用户可以通过简单的拖拽、连接和配置来实现各种功能。
这大大降低了使用门槛，使虚拟仪器更加易于上手。
再次，虚拟仪器可扩展性强。
在虚拟仪器平台上，用户可以根据需要添加新的模块和功能。
这样，虚拟仪器可以随着科研工作或实验需求的变化而不断扩展和升级。
虚拟仪器技术简介
虚拟仪器的发展方向
• 虚拟仪器的标准化、模块化、网络化。 • 网络技术应பைடு நூலகம்到虚拟仪器领域中是虚拟 仪器发展的大趋势。 • 21世纪的仪器应具有参与性。 • 21世纪的仪器应最大限度实现绿色化。
虚拟仪器的应用领域
• • • • • 应用于生产检测 应用于研究和分析 应用于过程控制和工业自动化 应用于机器监控 图象处理（机械视觉技术）
虚拟仪器的特点
（1）硬件标准化模块化，强调“软件即仪器”的 新概念。 （2）系统集成化，打破了传统仪器小而全的现状。 （3）仪器自定义，便于工作和管理。 （4）程序设计图形化（G语言），计算可视化。 （5）内嵌丰富的数据信号处理功能 （6） 基于计算机网络技术和接口技术，利用虚拟 仪器技术可方便地实现测量、控制过程的网络化。
本书的结构
• 第1-2章：Labview 入门，前面板和程序框图设计方法，这是 Labview编程最基本技能。 • 第3章：程序结构 • 第4章： 数组、簇、波形 • 第5章：图形控件和图形数据显示 • 第6章：Express VI • 第7章：字符串和数据文件 • 第8章：硬件内容：数据采集及信号调理 • 第9章：数据分析与处理 第10章：动态程序控制 • 第11-20章：专题内容： • 第11章：仪器控制、 • 第15章：频率测量 • 第19章：网络应用
模拟仪器->数字化仪器->智能仪器; 单台仪器->层叠式仪器系统阶段 从80年代进入虚拟仪器系统时代, 虚拟仪器技术是21世纪仪器的发展方向！ 虚拟仪器将在许多品种和领域内逐步取代 传统硬件仪器，使成千上万种传统仪器演 变为计算机软件！
The Software is The Instrument!
虚拟仪器的构成及分类
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
虚拟仪器技术的应用案例
虚拟仪器技术的应用案例一、引言虚拟仪器技术是指利用计算机技术和现代传感器技术，将实验仪器的硬件部分和软件部分相结合，形成一种新型的、集成化的实验仪器。
虚拟仪器技术的应用已经得到了广泛的推广和应用。
本文将介绍虚拟仪器技术在生物医学领域中的应用案例。
二、生物医学领域中虚拟仪器技术的应用1. 生物医学信号处理生物医学信号处理是指对人体生理信号进行采集、预处理、特征提取等过程，以便于进行疾病诊断和治疗。
虚拟仪器技术可以通过采集人体生理信号，并对其进行数字化处理，然后再进行特征提取和分类诊断。
例如，在心电图检测中，可以使用虚拟心电图分析系统来自动检测心电图波形，并对其进行诊断。
2. 生物医学成像生物医学成像是指利用各种成像设备来获取人体内部结构和功能信息的过程。
虚拟仪器技术可以通过将不同成像设备获取到的数据整合起来，并进行图像处理和分析，来得到更为准确的诊断结果。
例如，在核磁共振成像中，可以使用虚拟成像技术来对成像数据进行重建和处理，以便于更好地显示人体内部结构。
3. 生物医学仿真生物医学仿真是指利用计算机技术来模拟人体生理过程和疾病发展过程的过程。
虚拟仪器技术可以通过将人体生理模型与实验数据相结合，来进行生物医学仿真。
例如，在心脏病模拟中，可以使用虚拟心脏模型来模拟不同类型的心脏病发展过程，并对其进行预测和诊断。
三、案例分析以生物医学信号处理为例，介绍虚拟仪器技术在该领域中的应用案例。
1. 心电图检测系统心电图检测系统是一种基于虚拟仪器技术开发的心电图分析软件。
该系统可以自动检测心电图波形，并对其进行分类诊断。
该系统采用了多种信号处理算法和人工智能算法，能够从复杂的心电信号中提取出相关特征，并根据不同的特征进行分类诊断。
该系统还具有良好的用户界面，能够方便地进行数据的输入和输出。
2. 脑电图信号处理系统脑电图信号处理系统是一种基于虚拟仪器技术开发的脑电信号分析软件。
该系统可以自动检测脑电波形，并对其进行特征提取和分类诊断。
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。
虚拟仪器实践心得体会
随着科技的飞速发展，虚拟仪器技术作为一种新型的测试测量手段，已经在各个领域得到了广泛应用。
我有幸参与了虚拟仪器实践项目，通过这次实践，我对虚拟仪器技术有了更深入的了解，也收获了许多宝贵的经验和体会。
以下是我对虚拟仪器实践的一些心得体会。
一、虚拟仪器的概念及特点虚拟仪器（Virtual Instrument）是利用计算机技术，结合硬件和软件，实现对传统仪器的功能和性能的拓展和提升。
虚拟仪器具有以下特点：1. 高度集成化：虚拟仪器将传统的测试、测量、控制等功能集成在一个计算机平台上，大大提高了系统的集成度和可靠性。
2. 高度智能化：虚拟仪器通过软件编程，实现对测试数据的采集、处理、分析和显示等功能，提高了系统的智能化水平。
3. 高度灵活性：虚拟仪器可以根据用户需求进行定制，实现不同功能的测试、测量和控制。
4. 高度开放性：虚拟仪器采用开放性标准，便于与其他系统和设备进行连接和交互。
二、虚拟仪器实践过程1. 硬件平台搭建在虚拟仪器实践中，首先需要搭建硬件平台。
我们选择了基于PCI总线的数据采集卡作为硬件核心，配合各种传感器和执行器，实现了对被测对象的实时监测和控制。
2. 软件开发软件开发是虚拟仪器实践的核心环节。
我们采用LabVIEW作为软件开发平台，利用其图形化编程语言和丰富的库函数，实现了对硬件平台的控制、数据采集、处理和分析等功能。
3. 系统调试与优化在软件开发过程中，我们遇到了许多问题，如数据采集不稳定、信号处理不准确等。
通过不断调试和优化，我们逐步解决了这些问题，提高了系统的稳定性和准确性。
4. 系统测试与应用完成软件开发后，我们对虚拟仪器系统进行了全面测试，验证了系统的功能、性能和可靠性。
在实际应用中，虚拟仪器系统表现出了良好的性能，满足了用户的需求。
三、虚拟仪器实践心得体会1. 虚拟仪器技术具有广泛的应用前景通过虚拟仪器实践，我深刻认识到虚拟仪器技术在各个领域的广泛应用。
在科研、工业、医疗等领域，虚拟仪器都可以发挥重要作用，提高测试、测量和控制水平。
虚拟仪器技术的应用案例
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。
虚拟仪器仿真实验报告
一、实验目的1. 了解虚拟仪器的概念和组成；2. 掌握虚拟仪器的应用领域；3. 熟悉虚拟仪器仿真软件的使用方法；4. 通过虚拟仪器仿真实验，验证相关理论，提高实验操作能力。
二、实验原理虚拟仪器（Virtual Instrumentation）是一种基于计算机技术的仪器，通过计算机软件实现对传统仪器的功能模拟，实现数据采集、处理、分析和显示等功能。
虚拟仪器仿真实验利用虚拟仪器技术，模拟真实实验环境，使实验过程更加直观、高效。
三、实验仪器与软件1. 实验仪器：计算机、虚拟仪器仿真软件（如LabVIEW、MATLAB等）2. 实验软件：虚拟仪器仿真软件（如LabVIEW、MATLAB等）四、实验内容1. 虚拟信号发生器实验（1）熟悉虚拟信号发生器软件界面；（2）设置信号发生器参数，如频率、幅度、波形等；（3）观察信号发生器输出信号；（4）分析信号特性。
2. 虚拟示波器实验（1）熟悉虚拟示波器软件界面；（2）设置示波器参数，如时间基、垂直基等；（3）观察示波器显示信号；（4）分析信号特性。
3. 虚拟信号分析仪实验（1）熟悉虚拟信号分析仪软件界面；（2）设置信号分析仪参数，如频谱分析、时域分析等；（3）观察信号分析仪输出结果；（4）分析信号特性。
4. 虚拟仪器编程实验（1）熟悉虚拟仪器编程环境；（2）编写虚拟仪器程序，实现信号发生、采集、处理、显示等功能；（3）运行程序，观察实验结果；（4）分析程序性能。
五、实验步骤1. 打开虚拟仪器仿真软件，创建新项目；2. 根据实验内容，选择相应的虚拟仪器模块；3. 设置模块参数，如频率、幅度、波形等；4. 运行程序，观察实验结果；5. 分析实验结果，验证理论；6. 修改参数，观察实验结果变化；7. 记录实验数据，撰写实验报告。
六、实验结果与分析1. 虚拟信号发生器实验（1）设置信号发生器频率为1kHz，幅度为1V，波形为正弦波；（2）观察信号发生器输出信号，验证正弦波特性；（3）改变频率和幅度，观察信号变化。
计算机虚拟仪器技术
9、催生虚拟仪器的土壤
芯片
硬件 软件 网络 LANs 总线 AT
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Internet
计算机技术的进步
计算机虚拟仪器技术
10、基于虚拟仪器的新型工业测控系统架构
数据采集
自动化 软件
串行口 PLC
公司 Intranet or Internet
个人计算机或 工作站
过程
现场总线
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2020/12/8
计算机虚拟仪器技术
80 0
计算机虚拟仪器技术
设计样例：
-50
50
数字电压表
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x=120 y=70 Fillbar x,y,140,120,10904646 Arc x+70,y+100-15,80,45,135,14 Fillcircle x+70,y+90,4,14 Line x+70,y+100-10,x+14,y+27,14 Line x+70,y+100-10,x+127,y+27,14 Line x+70,y+5,x+70,y+15,14 Textout x+30,y+70,15,"-50" Textout x+90,y+70,15,"50" Textout x+35,y+100,15,"数字电压表" Line x,y,x+140,y,15 Line x,y,x,y+120,15 Line x+140,y,x+140,y+120,8 Line x,y+120,x+140,y+120,8 Line x+70,y+100-10,x+100,y+20,12 Line x+71,y+100-10,x+100,y+20,12 Line x+69,y+100-10,x+100,y+20,12
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。
《计算机虚拟仪器技术》实验指导书
《计算机虚拟仪器技术》实验指导书机械与电气工程学院舒华胡晓编2010年秋季2007级信息工程专业1班用广州大学2010年目录实验1 熟悉LabVIEW编程环境 .......................................................................................... - 1 - 实验1-1............................................................................................................................... - 1 - 实验1-2............................................................................................................................... - 4 - 实验2 控件与程序框图应用................................................................................................. - 5 - 实验2-1............................................................................................................................... - 5 - 实验2-2............................................................................................................................... - 6 - 实验3 子VI程序设计 .......................................................................................................... - 8 - 实验3-1............................................................................................................................... - 8 - 实验3-2............................................................................................................................. - 10 - 实验4 程序结构（1）......................................................................................................... - 13 - 实验4-1............................................................................................................................. - 13 - 实验4-2............................................................................................................................. - 14 - 实验4-3............................................................................................................................. - 15 - 实验5 程序结构（2）......................................................................................................... - 17 - 实验5-1............................................................................................................................. - 17 - 实验5-2............................................................................................................................. - 18 - 实验6 数据的图形显示....................................................................................................... - 20 - 实验6-1............................................................................................................................. - 20 - 实验6-2............................................................................................................................. - 21 - 实验6-3............................................................................................................................. - 22 - 实验6-4............................................................................................................................. - 23 - 实验7 非连线的数据传递方式........................................................................................... - 25 - 实验8 文件操作................................................................................................................... - 28 - 实验9 网络通讯................................................................................................................... - 32 -实验1 熟悉LabVIEW编程环境实验1-1目的：创建一个VI程序，完成两个数加、减、乘、除法的运算功能。
《虚拟仪器简介》课件
目 录
• 虚拟仪器概述 • 虚拟仪器的核心技术 • 虚拟仪器的优势与局限性 • 虚拟仪器的典型案例 • 虚拟仪器的发展趋势与未来展望
01
虚拟仪器概述
定义与特点
01
02
03
定义
虚拟仪器是一种基于计算 机的测试和测量系统，通 过软件实现传统仪器的功 能。
特点
可定制性、灵活性、高效 性、易用性、可扩展性。
案例三：基于虚拟仪器的远程实验系统
总结词
该பைடு நூலகம்统利用虚拟仪器技术，实现远程实验的实时监测和控制，具有方便、安全和高效的 特点。
详细描述
基于虚拟仪器的远程实验系统通过互联网等技术手段，实现对远程实验的实时监测和控 制。该系统具有强大的数据传输和处理能力，可以实时传输实验数据、控制实验设备， 并提供友好的用户界面和数据分析工具。该系统广泛应用于科研、教学、工程等领域，
为远程实验提供了方便、安全和高效的解决方案。
05
虚拟仪器的发展趋势与未来展望
发展趋势
云计算技术的融合
人工智能与机器学习的应用
随着云计算技术的不断发展，虚拟仪器将 与云计算技术深度融合，实现远程控制和 数据共享。
人工智能和机器学习技术在虚拟仪器中的 应用将进一步拓展，提高测试和测量效率 。
无线连接与物联网的集成
信号处理
对采集到的数据进行滤波、放 大、转换等处理。
相关技术
数字信号处理、频谱分析、小 波变换等。
应用领域
测试测量、自动化控制、故障 诊断等。
仪器驱动程序与接口标准
仪器驱动程序
作用
用于控制和操作实验仪器的软件程序 。
实现虚拟仪器与硬件设备的通信和控 制。
虚拟仪器可分为五种类型
在计算机辅助教学（CAI）广泛应用的今天，基于计算机技术的虚拟仪器系统也随之出现，它是传统仪器与计算机技术高度的结合，随着计算机集成电路技术的发展。
对测试技术与测试设备的要求也越来越高，虚拟仪器的普及势在必行。
目前虚拟仪器主要有两种，一种是纯软件的虚拟仪器（即仿真技术）；另一种是软件硬件相结合的虚拟仪器VI（Virtual Instruction）1 虚拟仪器的内涵虚拟仪器又称个人计算机仪器，由个人计算机、仪器硬件和应用软件组成。
其基本设计思想是利用当前广泛使用的个人计算机来管理、组织仪器系统，进而逐步代替传统仪器完成某些功能。
如数据的采集、分析、显示、存储及波形产生等，最终达到取代传统电子仪器的目的。
1.1 仿真技术。
在仿真技术中，根据仿真对象的不同，可分为两类，一类是对电子电路的分析仿真工具-EDA技术；另一类是应用于通信、信号处理和控制方面的仿真工具-MATLAB。
①EDA技术。
一套完整的EDA软件是多个设计工具系统集成化的结果，它包含计算机辅助设计CAD、计算机辅助分析CAA和计算机辅助制造CAM等。
市场中的EDA软件主要有Pspice、Mutisim、Wewb和Protel四种。
它们的仿真功能用的是同一个仿真引擎-伯克利分校的Pspice仿真引擎。
②MATLAB软件。
主要工具箱有信号处理、控制系统、神经网络、图像处理、鲁棒控制、非线性系统控制设计、系统识别、最优化、分析与综合、模糊逻辑、小波分析、样条、通信和统计等。
这两种仿真技术都只需要一台计算机和相应的软件，而无需任何硬件的支持，也就是说这种虚拟仪器是纯软件性质的，无论电路、系统本身还是分析工具都是由软件实现的。
1.2 虚拟仪器可分为五种类型。
①PC总线-插卡型虚拟仪器。
这种方式借助于插入计算机内的数据采集卡与专用软件LabVIEW相结合，通过三种编程语言Visual C++、Visual Basic和Labview/cvi构成测试系统。
计算机虚拟仪器技术
计算机虚拟仪器技术简介计算机虚拟仪器技术是在计算机技术的基础上，将软件技术与仪器技术相结合，实现对各类仪器进行虚拟化的技术。
它通过软件模拟的方式，将传统的硬件仪器虚拟化为软件仪器，实现了在计算机上进行各类仪器的模拟、仿真和操作，具有灵活、便捷和高效等特点。
发展历程计算机虚拟仪器技术起源于20世纪80年代，当时主要用于代替传统的硬件仪器进行信号采集和分析。
随着计算机技术的发展，虚拟仪器技术也得到了迅速的发展和应用。
90年代，虚拟仪器技术开始应用于自动测试系统，实现了对多种测试设备的集成和统一管理。
2000年代以后，随着云计算和大数据技术的兴起，计算机虚拟仪器技术得到了进一步的发展，不仅应用于实验室和工业界，还被广泛应用于医疗、教育、科研等领域。
技术原理计算机虚拟仪器技术主要包括以下几个方面的技术：1. 信号采集与处理在计算机虚拟仪器技术中，模拟信号需要通过数据采集卡进行采集，并输入到计算机中进行处理。
计算机利用模拟-数字转换技术将模拟信号转换为数字信号，并进行数字信号处理。
2. 仪器仿真与建模利用计算机虚拟仪器技术，可以通过编程语言或专门的建模工具对仪器进行仿真。
根据仪器的特性和功能，可以利用数学模型和物理模型进行仿真，以实现对仪器的模拟和仿真。
3. 用户界面设计计算机虚拟仪器技术依赖于用户界面的设计，通过直观的图形界面和友好的操作方式，使用户能够方便地模拟和控制虚拟仪器。
用户界面设计要考虑用户的使用习惯和操作需求，提供清晰的操作指导和可视化的数据展示。
4. 数据处理与分析在计算机虚拟仪器技术中，数据处理与分析是非常重要的环节。
通过对采集到的数据进行处理和分析，可以得到实验结果和相关参数，并通过可视化的方式展示给用户。
数据处理与分析的方法包括滤波、频谱分析、峰值检测等。
5. 仪器控制与管理计算机虚拟仪器技术可以实现对各类仪器的远程控制和集中管理。
通过网络技术和远程控制接口，可以实现对分布在不同地点的仪器的控制。
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。
[整理版]虚拟仪器技术综述
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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。
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9、催生虚拟仪器的土壤
芯片
硬件 软件 网络 LANs 总线 AT
Internet
计算机技术的进步
10、基于虚拟仪器的新型工业测控系统架构
数据采集
自动化 软件
串行口 PLC
公司 Intranet or Internet
个人计算机或 工作站
过程
现场总线
图象
分布式 I/O 动作
11、虚拟仪器技术的优点
用“个人测试实验室”设 计一个简易声级计。
开发虚拟声级计 (Visual Sound Instrument)
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
工业自动化
石油化工
– Shell, Mobil Research 纺织
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。
1) 虚拟仪器主体程序设计(COM容器)
MFC Exe
Support ActiveX Control
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：
Windows日期控件
设计完成的容器程序 LabView选钮控件
用户界面
软件驱动
IVI 结构： Applications Program IVI Class Driver
Plug&Play
IVI Instrument Specific Driver
VISA(Virtual Instrument System Architecture)
PC Plugin
GPIB
– 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
动手做：
VI 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
传统仪器 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
12、虚拟仪器技术的主要应用领域
计算机虚拟仪器技术
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
1. 虚拟仪器定义
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
3.仪器定义和功能的转变
PXI
VXI
7、常见的虚拟仪器软件平台
LabView
Agilent VEE
DASYLab
DirectView
ProcessControl
LabView
华中科技开发的虚拟仪器平台
8、小型虚拟仪器系统开发
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。
DISP LAY
COANNTDRO礟L
A/D TI/O
PROCESSOR
BUS 礟 Math
Timing
MEMORY
D/A
488 PORT
ROM
DI/O
传统仪器:厂商定义
虚拟仪器:用户定义
用户定义虚拟仪器的优点：
• 用户定义 • 低费用 • 灵活 • 可再用性 • 可重新配置
4.虚拟仪器的组成 程序解决方案
ROMM礟ath DICSAPONLNDATYROLPROCE礟SSMOREMBUO4SR88YPORT
CoAn/DdDit/iAoDnIi/TnOTgiIm/Oing
Temperature
Flow Pressure Alarm Conditions
Control Panel
STOP
Conditioning
2)虚拟仪器控件设计(COM组件)
MFC ActiveX
重载绘图方法部分
设计完成的控件
3)虚拟仪器图形控件设计简介
绘图过程分解：
80 0
设计样例：
-50
50
数字电压表
x=120 y=70 Fillbar x,y,140,120,10904646 Arc x+70,y+100-15,80,45,135,14 Fillcircle x+70,y+90,4,14 Line x+70,y+100-10,x+14,y+27,14 Line x+70,y+100-10,x+127,y+27,14 Line x+70,y+5,x+70,y+15,14 Textout x+30,y+70,15,"-50" Textout x+90,y+70,15,"50" Textout x+35,y+100,15,"数字电压表" Line x,y,x+140,y,15 Line x,y,x,y+120,15 Line x+140,y,x+140,y+120,8 Line x,y+120,x+140,y+120,8 Line x+70,y+100-10,x+100,y+20,12 Line x+71,y+100-10,x+100,y+20,12 Line x+69,y+100-10,x+100,y+20,12
5、常用虚拟仪器板卡
DAQ Card
MoAQ Card
Field Point
6、虚拟仪器软件驱动模块
为简化硬件板卡编程和控制，NI和Agilent标准 化了数百种常用仪器、板卡的驱动，它们已成为虚 拟仪器开发平台的一部分，开发时可直接复用这些 硬件驱动代码。
PXI DAQ VXI IMAQ GPIB Motion
硬件板卡
软件驱动模块
软件
PXI : PCI Extensions for Instrumentation DAQ(数据采集) VXI :VMEbus Extension for Instrumentation IMAQ(图像采集) GPIB: General Purpose Interface Bus