虚拟仪器技术论文大全11篇

虚拟仪器技术论文篇（1）

本设计采用的传感器型号是Vaisala公司生产的气象变送器WXT520，是一个轻巧的小型变送器，采用紧凑式包装，可提供6种气象参数。WXT520用于测量风速、风向、降水、气压、温度和相对湿度。传感器外壳的等级为IP65/IP66，适合于我国北方的恶劣天气。WXT520采用32VDC，并使用可选择的通信协议输出串行数据:SDI－12、ASCII自动和轮询。有4个串行接口可供选择:RS－232、RS－485、RS－422和SDI－12;并配备了一个安装用8针M12接头和一个维护用4针M8接头。

1．2主控系统

主控系统包括数据采集器与控制器，具体包括控制器、采集器、通讯模块、供电电源和存储模块等部分。主控器通过嵌入式软件与供电、采集、通讯、存储等单元协调工作来完成。自动气象站的核心是数据采集器，负责数据收集、传输、统计分析和数据存储［4］。采集器电路主板包括主板和底板。主板是嵌入式工控主板，具有良好的扩展性，操作性、支持第三方控制器，包括时钟管理、实时及周期间隔定时器、复位、关机、高级中断及调试单元(DBGU)。通讯单元为西门子6GK7型工业以太网通讯单元，可以做到网络统一，可与支持EtherNet/IP的设备连接，结合使用Ethernet功能使其具有传感器监控器及控制值备份等现场实际应用功能，要想完成任务下达命令和数据上传功能需要通过网络来实现。通讯模块起到关键作用，所以要求其具备以下功能:①支持国际标准通讯协议，如TCP/IP(6．0)、UDP或者PPP，具有标准RS232串口;②可以自动监测联网状态，短线1min内自动拨号重新连接，防止数据的丢失;③接口速率为可选的1200～9600kB/s范围。存储单元:因采集数据的频率较短和跟踪监测的时间范围较长，因此采用存储容量为闪迪256G固态硬盘，用于保证存储容量及数据的安全性、稳定性和读取速度，同时存储单元可以记录系统工作状态。防雷单元:由于监测系统需要全天候连续工作，所以需要面对复杂天气状况，因此加装防雷设备对于整个系统的安全性尤为关键，本系统采用的是雷太LY1－B系列电涌保护器(一级防雷器)。供电单元:由于本系统需要在田间进行监测，不宜采用城市供电，因此选用了太阳能电池进行供电，对电池的容量要求为在无光线的环境中可以连续供电10天。扩展单元:新型传感器需要有相应的端口或接口与主控系统相连接，以满足系统升级或新添设备需要。

2系统设计

农田气象信息远程监测系统的主控器选用的是Atmel公司的ARM9系列的AT91SAM9260处理器。该处理器可以采用Linux操作系统，通过嵌入式应用控制程序，实现农田环境多要素气象数据的采集、处理及存储的功能。被采集到的气象要素基于TCP/IP协议的通讯网络，采用无线GPRS方式，根据实际情况选择最佳的组网方案，实现无线气象数据传输，并基于LabVIEW开发农业气象信息管理软件，使气象信息能够被读取。

2．1采集控制设计

采集系统可以实现采集并对采集到的气象要素信号进行处理。采集系统内部设有存储器，可以进行信息清除并对采集到的各气象要素的数据进行存储，有接口USB实现信息数据的备份功能。系统设有通讯接口RS232/RS485，可以通过该接口与GPRS/CDMA等通讯设备连接。该系统有时钟校准功能，通过监控中心下达指令，对气象站的时间进行校准。数据处理的方法需要设计采集数据的时间间隔。气象数据的监测主要为定时扫描各传感器的数据，通过通讯模块将数据的电信号传到主控系统中经既定程序(LabVIEW)计算;通过屏幕可以直接读取实时数据，针对特定时间段的数据可以进行有目的的分析，如平均值，不同时间点的变化趋势数据以及不同周、月份、年份的数据统计分析等［5］。收集数据默认为温度、相对湿度、降雨量、风向、风速及气压;当增加传感器时，在主控系统中重新设置就可以进行增加项目数据的收集。各气象数据中气温、相对湿度、雨量、气压的数据传感器每10s测定一次，根据气象学上常规的统计方法，通过程序收集到1min内每10s的瞬时气象数据。气温、相对湿度、雨量、气压在1min内会收集到6个数据，舍弃一个最高值和一个最低值，使用其余的4个测定数据来计算算术平均值，此值为监测系统最终在屏幕中实时显示的瞬时数值。风向、风速的监测频率为1次/min，系统计算每5min内5次测定值的算数平均值，此数据在LabVIEW程序界面中实时显示。所有测定的数据在数据库中均有保存，如统计部门需要对数据进行特殊分析，均可在数据库中将数据导出。在数据库中如有异常数据，一般以超过临近时间点两倍的数据值进行特殊标记，以便提醒管理员对相应数据进行核实和异常情况的分析。

2．2通讯设计

前端采集部分与后端监控中心系统通信采用无线GPRS通信方式，由于农田气象站放置在室外，因此不适宜采用光纤传输，而采用GPRS无线能够解决此问题［6］。GPRS采用的组网方式是公网固定IP的方式。GPRS拥有传递及时、通信信号好等优势，在并组网时减少对原有网络资源的浪费，节约了成本，并可以在室外复杂环境中实时进行监测，而且具有一定的安全性。室外自动气象站与气象信息管理系统需要建立点对点的网络连接，在连接过程中需要以无线方式登陆到以太网络来获得网络地址。要实现网络服务器地址和端口映射在气象管理系统中，需要气象信息管理系统软件采用其网络子网地址，这样在管理系统显示软件中就可以实现气象数据的双向通讯，进行有效的信息传递和收集［7－8］。图2为基于GPRS无线通讯的气象信息系统示意图。

2．3软件设计

气象信息管理系统可以通过网络来查看气象信息。本研究天气显示采用的软件是LabVIEW，此软件是美国国家仪器公司推出的一门图像化编程语言，同时也是著名的虚拟仪器开发平台［9－10］。作为一门图形化编程语言，LabVIEW秉承了其简单易用的一贯作风，使用户能够快速编写出强大的应用程序。本研究的LabVIEW编写程序图，如图3所示。为了方便叙述，本文把风向、风速、温度、湿度、雨量和气压多种气象数据统称为气象信息值。气象系统天气前面板显示图，如图4所示。通过该系统对哈尔滨市香坊区东北农业大学校内气象信息值进行监测，与气象台预报数据作为参考进行对比，气象信息值监测结果如表1所示。表1中实测的时间跨度是实验当天早6:00至晚18:00。从数据中可以看出，实测日期当天监测到的温度、湿度、雨量、风速和气压与参考值相比，具有良好的线性关系，系统可以准确计算出当天所监测气象信息的平均值。此收集到的气象数据只是一天中的部分数据，所以经过系统分析计算出来的数据只能代表所监测时间范围内的气象信息，与气象台的参考值有偏差。

虚拟仪器技术论文篇（2）

1.引言

传统示波器是电子工业、科学研究和教学实验领域中一种必备的仪器，并且都在这些领域中占有重要的地位。在高速发展的现代科技技术下，对传统测控仪器提出了新的技术要求，主要包括智能化、自动化、多样化等等[1]。传统仪器跟其他传统测控仪器一样，越来越不能满足这些新技术的要求，与此同时，新仪器的开发对开发商与用户都带来了更大的挑战。基于上述原因，新型的测控仪器设备的出现是当务之急，虚拟仪器这个概念变得不再陌生。

虚拟仪器的开发基于强大的计算机软件和硬件，把传感器技术，自动化控制技术等有效的融合在一起[2]。软件设计平台的灵活性，依据用户不同的特殊需求创建出人机友好操作界面，实现并取代各类特殊、昂贵的测试仪器的功能。

实现用户友好操作界面的软件操作平台有很多，例如，Labview软件，MATLAB软件，Visual Basic软件，JAVA软件等，本文将对实现虚拟示波器用户操作界面的开发性软件进行比较。

2.虚拟仪器的发展

2.1 国外发展状况

近年来，世界各国的虚拟仪器公司开发了不少的虚拟仪器开发软件，方便了开发商利用这些开发软件组建自己的虚拟仪器或测试系统，并编制测试软件，最具影响力的是NI公司的Labview和Labwindows/CVi开发软件，美国HP公司的HP-VEE和HPTIG平台软件，美国Tektronix公司的Ez-Test和Tek-TNS软件以及HEM Data公司的Snap-Master平台软件等都是国际上公认的优秀虚拟仪器开发平台[3]。从1988年陆续有虚拟仪器产品面市，当时有五家制造商推出30种产品。此后，虚拟仪器产品每年成倍增加，到1994年底，虚拟仪器制造厂已达95家共生产1000多种虚拟仪器产品，销售额达2.93亿美元，占整个仪器销售额73亿的40%。美国是虚拟仪器的诞生地，也是全球最大的虚拟仪器制造国，生产虚拟仪器的主要厂家有HP公司目前生产100多种型号的虚拟仪器，Tektroflix公司目前生产约80多种型号的虚拟仪器。

2.2 国内发展状况

国内虚拟仪器的开发和研究起步相对比较晚，清华大学，重庆大学，西安交大以及东方震动和噪声技术研究等高校和公司对虚拟仪器的产品和设计平台以及NI产品做了大量的研究工作，所研究和开发的结果在某些方面都得到了很好的应用，比较突出的是重庆大学测试中心所研究的虚拟仪器，目前，部分院校的实验室也引入了虚拟仪器系统，包括上海复旦大学，上海交通大学，华中科技大学等[4]。于此，又开发了一批新的虚拟仪器系统用于教学和科研，其中华中科技大学机械学院所开发出的Inventor可重构虚拟实验台、深圳蓝津信息技术有限公司开发出的DRVI快速可重组虚拟仪器平台等影响力比较大，中国农业大学的研究人员利用虚拟仪器开发平台开发了用于精密播种机性能检测的实验室自动化系统。山东大学医学院基于虚拟仪器技术研究了胸双极立体心电图及其三维可视。

2.3 未来的发展趋势

虚拟仪器正在持续且迅速地发展，它即将取代测量技术在传统领域的各类仪器，使仪器的功能和技术性能方面具有了灵活性和经济性，因而更适应当代科学技术迅速发展和科学研究所提出的更高更新的测量需求[5]。并且随着计算机技术、仪器技术和网络通信技术的不断完善，虚拟仪器技术也会在向网络化方向发展，即基于网络的虚拟仪器。网络技术和虚拟仪器技术相结合，产生了基于网络的虚拟仪器，使用的网络化虚拟仪器，可以在任何地点，任何时间获取测试的数据，因此图像化编辑平台的发展将带动和完善虚拟仪器的发展。国内专家预测未来的几年内我国将有50%的仪器为虚拟仪器，国内将有大批企业使用虚拟仪器系统对生产设备的运行状况进行实时监测。

3.几种虚拟示波器常用开发环境的特点

3.1 基于Labview的虚拟示波器

Labview是一种基于图形编程语言的可视化优秀开发平台，它与传统编程语言最大的区别是使用图形语言，以框图的形式编写程序[6]。它与VisualC++、visual basic、LabWindows/CVI等编程语言不同，是使用图形化程序设计语言G，而不是基于文本语言的程序代码，用方框图代替了传统的程序代码，一个Labview程序主要包括前面板、框图程序、图标/接线端口3部分[7]。为用户提供一个便捷、轻松的设计环境，利用它设计者可以像搭积木一样，轻松组建一个测量系统或数据采集系统，并可以任意构建仪器面板，而无须进行任何繁琐的计算机程序代码的编程，从而可以大大简化程序的设计。

在设计虚拟示波器时，程序包括数据采集，波形显示，信号处理，波形存储和回放几个模块。因而硬件部分的主要功能就是采集外部的信号，可以是PCI、USB、DAQ等数据采集装置，然后是信号调理，目的就是完成信号缓冲、放大、滤波等功能[8]，Labview开发平台自带的函数具有强大的信号处理功能，充分发挥Labview的优势所在。在它的前面板上可以非常直观地显示出旋钮，开关，波形等示波器应有的界面设置，参数设置，可以根据开发者的想法自行定义，具有很强的灵活性[9]，真正的操控系统的是后面板，建立功能模块，元器件的连接，按键功能的实现等等，模块化的实现使虚拟示波器的功能更加完善。

3.2 基于MATLAB的虚拟示波器

MATLAB是Matrix和Labortaty前三个字母的缩写，意思是“距阵实验室”[10]。是一套功能十分强大的计算机辅助和设计教学软件，MATLAB具有以下的主要功能：数值计算功能，符号计算功能，图形处理功能及可视化功能，可视化建模及动态仿真功能。

基于MATLAB平台设计的虚拟示波器可以充分发挥它的数据分析功能，不仅方便了实验研究，也可以为控制系统的设计与优化提供了有效的途径[11]。基于MATLAB的虚拟示波器硬件系统主要是完成数据采集系统的设计，主要有MCU、数字I/O、A/D、数据通信接口，以及电源部分组成。而对计算机串口以及数据输入的控制，由MATLAB软件的仪器控制工具箱中的函数来完成。通过调用MATLAB的数据采集，画图程序来完善虚拟示波器的功能。MATLAB是很好的数据分析处理软件，而将其与Labview相结合编程可以极大的提高系统的数据采集、分析、故障诊断的能力，具有很强的技术提升空间。

3.3 基于Visual Basic的虚拟示波器

Visual Basic简称VB，是Microsoft公司推出的一种Windows应用程序开发工具。在界面设计、文件处理、多媒体应用、数据访问等方面提供了有力的帮助，具有易懂、易学的优点。对于虚拟示波器开发而言，VB在数据处理和图形显示方面不如Labview。在使用VB开发工业测量与控制系统应用软件时，需要对待测量信号进行实时采集、显示、以及实时处理等VB并不擅长。对此类应用程序的开发，最为理想的解决方案是将VB的图形用户界面开发及其他方面的优势和LabVIEW在数据采集、显示与处理方面的优势结合起来[12]，互相取长补短，从而开发出功能更加强大的测控软件系统。

MATLAB与VB的结合主要有两种方式。其一是在VB中引入MATRIXVB，使得VB可以调用MATLAB函数。其二是将在MATLAB中编写的文件编译成VB可以调用的DLL文件。通过混合编程，利用VB和MATRIXVB，快速、简洁地生成虚拟仪器[13]。

3.4 基于JAVA的虚拟示波器

JAVA是由Sun Microsystems公司推出的JAVA程序设计语言和平台的总称。面向对象的一次编译随处运行的高级语言，提供了强大的网络支持，用Java实现的HotJava浏览器跨平台、动感的Web、Internet计算的功能。推动了Web的迅速发展，常用的浏览器均支持Java applet[14]。基于JAVA开发网络化的虚拟测控系统具有强大的网络和跨平台的优势。

基于JAVA的网络化虚拟示波器，利用socket和多线程技术实现，使用双缓存技术解决了波形显示时的闪烁问题，由系统启动用户界面线程，同时启动不断侦听对客户连接请求的线程。如果侦听到客户的连接请求，就开辟一个新的线程来处理其连接请求。与此同时还要查询数据是否已经传送完毕，一旦完成便要通知用户界面线程更新界面。

除了上述的几种开发平台外，还有C++ Bulider，Visual ，VC等都可以是结合多种软件的虚拟仪器开发平台，另外国内也有一些虚拟仪器开发系统，如吉林大学自主研发的图形化虚拟仪器开发平台LabScene，重庆大学研制的虚拟仪器开发系统VMIDS等等[15]。并在相应领域取得了一定的成果。

4.结束语

在各领域的应用中，虚拟仪器正在取代着传统仪器，它的优势也是显而易见的，它的出现是仪器界的一次革命，具体表现为：智能化程度高，处理能力强;复用性强，系统费用低;可操作性强等等。对于虚拟仪器的设计而言，软件设计是核心，对于每一种虚拟仪器的开发平台都有它自己的特色与缺陷，MATLAB是一款数字处理与图形化处理的强大软件，在设计虚拟示波器时可以发挥它强大的数据处理功能，对于Visual Basic而言，它的缺陷是存在的，但它是一款作为结合型开发软件的好处;利用JAVA的开发的虚拟仪器是现在乃至未来的重要开发平台，它是仪器朝着网络化的发展，就目前而言，Labview是虚拟示波器开发软件的首选，它的图型化编程语言使用户和开发者都能比较容易理解。在实际应用中，我们不仅仅局限于单种软件开发工具，可以将它们结合起来使用，取长补短，各抒其长，会使所开发的虚拟仪器得到更全面的设计。再者在实施方案前，对开发平台进行分析探讨、比较，最终选择适合的虚拟平台，对之后的工作会带来更多的便利。

参考文献

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[5]王美刚.基于声卡的虚拟仪器[D].太原理工大学硕士学位论文，2006.

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[7]朱红林，刘武.基于Labview的虚拟示波器的设计[J].电子工程师.2006.32（11）：17-19.

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[9]朱治国，郑建荣，刘小平等.虚拟仪器及常用开发软件[J].现代仪器，2004，1：28-31.

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[12]宋波，陈一民.关于虚拟仪器开发工具的比较与选取[J].国外电子测量技术，2006，25（8）：1-5.

虚拟仪器技术论文篇（3）

1常用虚拟技术

1.1虚拟仪器技术

虚拟仪器是基于计算机强大的数据存储、处理和显示能力，利用软件编程，模拟仪器各项功能，通过友好互动的图形界面让使用者在计算机上操作就像使用仪器操作一样。目前世界上最著名的3个虚拟仪器开发平台是LabWindows/CVI，Labview和HPVEE，也有学者利用3dmax，Unity3D等三维模型软件构建模拟三维虚拟仪器。

1.2虚拟现实技术

虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统。它主要是利用计算生成所设定的三维立体虚拟环境或物体，使用人体感知技术将人类的思维、动作、感觉等经过三维交互设备与计算机交互反应，让人有身临其境的真实感觉。虚拟现实技术是现今仿真研究领域的前沿和热门，应用范围遍及各行各业。

1.3虚拟地理环境

虚拟地理环境是一类以地理特征、地理规律为本源，以地理感知、地理分析为目的，利用网络、计算机、虚拟现实等技术构建的开放式地理环境及空间［2］。虚拟地理环境技术涉及计算机、地理学、认知科学、GIS、RS、网络技术和虚拟现实技术，是对现实三维或四维地理环境的认知、抽象和模拟。

2虚拟技术测绘在实践教学中的应用形式

2.1虚拟测绘设备

测绘工程常用的仪器有全站仪、GPS接收机、水准仪、测距仪、平板仪等，种类繁多。不同厂家生产导致同种仪器型号众多。测绘仪器价格昂贵，动辄上千元，甚至上万元、几十万元。高校作为一个教学单位，很难在仪器上经常性地投入大笔资金。因此，采用虚拟仪器技术模拟各类物理仪器，学生可以通过计算机随时学习各类测绘仪器操作。通过虚拟测绘仪器实践教学，学生在接触物理仪器前，已经比较熟悉仪器操作，这样在实际操作物理仪器时就会避免不合理地操作，从而大幅减少仪器的损坏率。虚拟测绘仪器的制作可通过3种方式：（1）利用3dmax，Unity3D等三维建模软件模拟各类实体测绘仪器，生成测绘仪器三维模型，利用开发软件实现仪器模拟操作、语音告知等功能。这种方式最为简单，功能也最弱；（2）利用Labview虚拟仪器开发平台和计算机物理元件等，开发半软件、半物理的虚拟测绘仪器。这种方式较难，功能有所增强；（3）采用虚拟现实技术，利用虚拟设备，完全模拟测绘仪器操作过程。这种方式很难，真实性最强，功能也最多，使用者有最真实的感受。

2.2虚拟实习环境

测绘工程师经常会在野外工作，工作环境复杂，有城市、乡村，有山地、平原；工作任务也多样，有道路、桥梁，有地铁、煤矿等等。学生在大学学习过程中除了在校外实习基地能有简单的野外测绘机会，很难在毕业前经历多样的工作环境和工作任务。利用虚拟地理环境技术、GIS技术等，在计算机中构建各类三维地理环境和三维工作场所，让学生体验在复杂环境下如何进行项目测量，完整、真实地学习测绘项目。

2.3测绘工程虚拟仿真实验室

如果资金、技术和人才能够得到保证，建设测绘工程虚拟仿真实验室能从根本上改变测绘工程专业实践教学模式。测绘工程虚拟仿真实验室是利用虚拟教学技术开发的测绘工程项目实践模拟系统。从系统组成上，这个系统包括测绘工程虚拟现实应用开发平台、高性能图像生产及处理系统、虚拟三维显示系统、虚拟现实交互系统和集成应用控制系统。从内容上，这个系统包括仪器操作、各类工程项目实施、大地测量等。

3虚拟技术对实践教学模式的影响

3.1测绘工程专业传统实践教学模式

测绘工程专业的传统实践教学模式主要是围绕理论学习，以仪器操作为手段，建立起校内和校外实践教学体系。校内实习主要包括课内仪器操作和学期仪器操作，实习地点在高校校园内，其中，课内仪器操作是在教师讲授理论课后，按照课程教学安排仪器使用。校外实习是指在校外实习基地进行较长时间的仪器操作。传统的实践教学模式可以用“课上讲理论，课下将就练”来总结。测绘工程专业传统的实践教学模式是将实践教学环节从属于课堂理论教学，实践教学是为了配合理论教学，基本是属于解释型实践教学，是为了让学生更好地理解理论教学内容。另外，由于传统的实践教学主要是学生操作测绘仪器，但是由于测绘仪器较少，很难做到人手一台，且一个教师面对几十个学生，导致教师很难将实践教学内容传授给每一个学生，学生接触仪器的时间也很短，很难真正掌握实践教学内容。另外，测绘仪器价格较高，类型较多，学生很难接触到新款测绘仪器。学生由于操作不熟练导致仪器损坏，更加剧了仪器数和学生数的差距。这些都导致学生对仪器了解少，操作少，动手能力差。

3.2基于虚拟技术的新实践教学模式

基于虚拟技术的新实践教学模式是以实践为核心，理论教学围绕着实践展开，建立“虚拟实践教学+物理实践教学”教学模式。教师在课堂上利用虚拟技术讲授实践教学内容，并用理论解释，学生在课堂上既可以观看教师采用虚拟技术讲授的实践过程，也可以亲自动手模拟演练。在虚拟实践教学环节完成后，学生就可以操作真正的物理仪器，再一次熟悉实践过程。基于虚拟技术的新实践教学模式可以打破传统的实践教学无法课堂讲授的情况，把实践教学也搬到课堂上，让实践教学课上课下都可以进行，打破时间对实践教学的束缚。新实践教学模式也可以打破地域限制。由于场地和经费的限制，大学生很难接触到多样的工作环境和工作场景，通过虚拟技术，学生就可以在各类工作环境和工作场景中实习锻炼。新实践教学模式可以真正实现课程学习以实践教学为核心，激发学生的学习热情和主动性，提高学生的操作能力和实践能力，尽量避免“高分低能”现象的出现。

4结语

虚拟技术在测绘工程专业实践教学中的应用将会改变传统的测绘工程专业实践教学模式。它具有节省资金、更新快、全天候、全方位的特点，可以在很大程度上克服传统实践教学模式自身的缺陷，利用高新技术补齐高校传统教学模式在实践教学环节上的短板，具有很好的发展前景和利用价值。

参考文献

虚拟仪器技术论文篇（4）

1 电子技术演示实验中虚拟仪器应用现状

1.1 虚拟仪器的概述

近几年以来，计算机技术得到了迅猛的发展。随着计算机的发展，数字信号处理技术也得到了相应的发展，这时在计算机中信号处理的作用被全面实现，软件也彻底替代了硬件。另外，加上计算机自身特有的操控和展示图形的作用，就实现了用计算机软件显示数据显示与仪器控制这两个部分的所有内容，这样最终形成的仪器就是虚拟仪器。这里所说的虚拟就是指仪器面板是虚拟的、通过软件进行数据的测量与记录而不是从实物中直接记下来的等等。因此，通俗地讲，虚拟仪器就是一种以计算机软件为主，拥有自主测试的控制系统的仪器。在进行具体的电子技术实验演示时，虚拟仪器的各种软件都可以得到最大限度的利用。平时在实验室中的传统仪器可以通过软件显示在计算机上，以学生为代表的使用者就可以通过计算机的鼠标、键盘等控制虚拟仪器的具体运行，最终得到实验所需测试的结果。为了更加直观，示波器中的输出、输入波形可以选择不同的颜色显示出来。

1.2 虚拟仪器在电子技术演示实验中的应用

随着虚拟仪器技术在电子技术演示实验中的快速发展与不断完善，现在的虚拟仪器设备已经具备了很多诸如电流表、电压表、示波器以及信号发生器等仪器的全部功能。同时，它完全取代了之前的手动进行测量、记录以及对数据的复杂处理的工作。到目前为止，现在的虚拟仪器技术已经相当成熟，它不仅为高校或者企业节省了资金的投入，而且实用易于操作。

在具体的演示实验中，由演示者把实验设备与该虚拟仪器正确的连接在一起就可以实现实验的全部操作过程，最终得出实验结果。这样，既简单又直观，还可以节省很多时间。因为虚拟仪器技术已经得到了很好的发展，所以，现在学校和企业的很多电子演示实验都是采取了虚拟仪器技术进行演示的。这些实验包括操作比较简单的二极管伏安特性曲线演示实验、共射极单管放大演示实验、低频功率放大器演示实验以及三端稳压器W7805稳压性能演示实验、交流负反馈对放大倍数稳定性演示实验、静态工作点稳定电路频率响应演示实验等等操作比较复杂的演示实验。只要实验中需要使用到相关的测量仪器，基本上都可以采用虚拟仪器技术来完成演示实验。

1.3 虚拟仪器的演示实验系统

所谓虚拟仪器演示实验系统，它是由负责实验部分的电路版块、负责测量部分的数据采集器和扮演着很多角色的计算机组成的。其中的实验电路部分主要是一个类似于面包板的板子，在它上面有着针对不同演示实验的多个不同接口。然而，负责虚拟仪器测量部分的主要是计算机系统与数据采集卡。这里的计算机不是普通、单纯的计算机系统，它必须要安装特定的可以辅助演示实验的虚拟仪器。在演示实验中，计算机扮演着多种角色，它不仅可以充当很多仪器的测量功能，它的显示屏还可以作为很多仪器的显示屏幕。现在大部分学校或者企业采用的都是美国NI公司的教学实验虚拟仪器套件。

此软件现在已经可以完全实现信号分析、数字万用表、信号源、定时以及直流电源等等的功能。所以，这套设备现在已经可以完成电子技术演示实验中绝大部分的实验了。在具体的演示实验中，首先把数据采集卡和该软件的工作台相连。检测无误后，按照具体要求在工作台的板子上构建出所需的电路图。最后，将计算机的投影仪打开，把显示的内容投影到屏幕上，方便老师的操作以及学生的观察。

2 电子技术演示实验

2.1 二极管伏安特性曲线演示实验

二极管伏安特性曲线演示实验中，可以按照图1所示，把虚拟信号发生器、二极管、电阻和虚拟示波器用导线连接。检查无误后，开启计算机以及虚拟仪器。接下来，就是对虚拟仪器的反复调整。这时就可以通过计算机桌面上的虚拟仪器面板对其进行适当地调节。二极管等效为电阻是需要在低频小信号的条件下的，因此，经过调节，使虚拟发生器的频率达到一个恰当的值，就可以输出正确的正弦信号值。根据教程内容可知，交流信号与输出电压可以忽略不计。那么，测量过程中，直流电压表上的读数可以认为是图中电阻R的直流电压值。最终，经过对虚拟示波器的反复调节，使通道值和衰减幅度值等等处于一个最合适的数值，这样就得到了一个稳定的波形，这就是最后需要的二极管伏安特性曲线。

2.2 单级低频放大器演示实验

单极低频放大器演示实验中，根据图2所示，把虚拟信号发生器、5个电阻、2个电容、1个滑动变阻器和虚拟示波器连接在一起。然后，把该实验电路图经过投影仪到大屏幕上，这样可以便于学生的观察。接下来，需要经过调试将单极低频放大器的输入与输出电压的波形通过虚拟仪器显示出来。这个实验中，连接必须要完全正确。所以，根据测量需要，放大器的输入端应该与虚拟示波器的CH2探头相连，其输出端与虚拟示波器的CH1探头连接，而虚拟发生器与放大器的输入端连接。最后一步也是很重要的，按照教程的要求，选择所需的波形与频率，把幅度和时间安置在正确的位置上，这样才可以得到所需的波形。以上就是整个单极低频放大器演示实验的所有过程。

图3是虚拟示波器和计算机上显示的波形。从图4可以看出，输出与出入电压的相位正好相反。通过具体计算，该电压被放大了80倍左右。根据实验的具体要求，如果需要虚拟放大器的两种失真状态，即截止失真和饱和失真，可以适当调整三极管静态工作点的位置。那么，虚拟放大器的饱和失真波形如图7所示。如果要研究单极低频放大器频率特征，可以把虚拟示波器换为虚拟频率特性来测量。

2.3 共射级单管放大电路演示实验

共射级单管放大电路演示实验中，按照图5所示，把虚拟信号发生器，若干电阻、电容以及虚拟示波器用导线连接起来。类比上个实验，将该实验电路图展示在投影仪屏幕上面。接着，在虚拟发生器与虚拟示波器连接正确的条件下，需要设置合适的静态工作点。其一般的要求是：信号幅度较小时，在保证输出信号不失真的情况下，常选择较低的静态工作点，以降低放大器的噪声和减少电源的能量损耗。输入信号较大时，工作点适当提高，直至负载线的中点位置。在共射级单管放大电路演示实验中，对静态工作点的设置要求很是严格。当静态工作点的设置不恰当时，势必会造成饱和失真或者截止失真现象的出现。饱和失真的情况出现在静态工作点太高的时候；截止失真的情况则出现在静态工作点太低的时候。最后，该实验还可以测出放大倍数。通过推断与演算，还可以知道影响静态工作点的主要因素。

3 虚拟仪器在电子技术演示实验中存在的问题

3.1 简便的虚拟仪器导致了实验的盲目性

虚拟仪器技术的引入，带给使用者更多便利的同时，它的弊端也随之而来。因为该项技术可以很方便的使用，在实验过程中，很多本身就缺乏相关的理论知识的实验者会把太多的精力集中在计算机软件的使用或者是对虚拟仪器程序的编写上，而忽略了与实验相关的理论知识，更不会顾忌实验的拓展部分以及实验本身的局限性给实验带来的影响等等方面的问题。如果是这样，那么演示实验就失去了它本身特有的目的与功能，虚拟仪器技术也得不到最合理的使用。

3.2 虚拟仪器本身的局限性

在实验完成后，数据的记录与处理是必不可少的。在电子技术演示实验中，利用计算机记录与处理数据带来不少方便的同时，也产生了很多不利的地方。对于不同的计算机，其本身的性能和实时性都各不相同，这些都会或多或少的影响到最后数据的准确性。而网络本身的不畅通，不仅造成了测量数据的迟缓，而且也使数据的测量变得不再精确。与此同时，负责测量的数据采集卡也有很多不稳定的因素存在，其中的分辨率、响应时间等等都有待进一步的提高。

4 总结

这是一个注重实践与理论相结合的时代，虚拟仪器在电子技术演示实验中的成功应用正迎合了这个时代的需要。作为学校现在教学与科研必不可少的一种手段，虚拟仪器在演示实验中已经成为了一种不可阻挡的趋势，对电子技术的发展有着不可估量的作用。在日后的不断完善与改进下，相信电子技术及其相关领域会得到很大的发展，虚拟仪器技术也一定会有更加重大的突破与创新之处。

参考文献

[1]李文联.虚拟仪器在电子技术演示实验中的应用[J].实验室研究与探索，2004（01）.

[2]时秋兰，赵伟，侯国屏.引入虚拟仪器仪表， 提高电工实验水平[J].实验室研究与探索，2002（04）.

[3]张毅刚.虚拟仪器技术介绍[J].国外电子测量技术，2006（06）.

[4]李云志.虚拟仪器技术及其发展趋势[J].电子科学技术评论，2005（08）.

[5]王小明.虚拟仪器在电子技术演示实验中的应用[J].中国科技信息，2006（09）.

[6]刘晓琳.模拟电子技术演示实验数字化教学资源建设[J].中国现代教育装备，2013（01）.

[7]李文群，李文联.电子技术多媒体演示实验[J].实验教学与仪器，2004（01）.

[8]毛鑫锋，杨军.声卡虚拟仪器及其在《电子技术》演示实验中的应用[J].科技致富向导，2012（35）.

作者简介

虚拟仪器技术论文篇（5）

【中图分类号】G42 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2008)09(b)-0044-01

1 研究背景

实验教学是许多专业必须进行的一项教学活动,而掌握测量仪器和设备的操作使用方法是每个学生进行科学实验基本前提。传统的实验教学方法是学生在教师的指导下进行实验操作,此法工作量大故而教师很难对所有学生进行全面指导,既影响教学效果又容易造成仪器损坏。

虚拟实验室能借助于现代化信息技术可有效地扩大办学规模,通过网络技术为广大用户提供先进的虚拟实验平台,使得用户接触到以前根本不可能接触到的仪器设备,更方便、更直接地接受先进的实验教学,进行个性化的选择学习。

现代远程教育以网络的开放性、广泛性和灵活性吸引着社会上越来越多的受教育者,给学校的教学、工作方式带来了巨大的变化。网上现代远程教育就是利用计算机网络技术和计算机多媒体技术,在网络上通过电子教室、电子白板等手段,使学生和教师可以在异地进行的新型教学模式。

将虚拟仪器技术与计算机虚拟实验、网络虚拟现实相结合,则可以开展网上教学和远程实验,实现教学手段现代化。基于虚拟仪器的远程实验教学平台是现代多媒体教学与网络技术相结合的产物。在现有的高等教育条件下,采用网上现代远程教育形式,扩大高校教学资源的覆盖面,可以有效地缓解我国教育资源的不足与信息化时代巨大的社会教育需求之间的矛盾。

2 所解决的主要问题

“实验先于理论,实验是科技之母。”可以说,没有实验就没有现代科学技术,忽视实验教学就难以培养出高素质人才。本课题针对高校学生教学管理的实际情况,研究开发基于虚拟仪器的远程实验教学系统,使教学工作实现科学化与规范化、信息化与自动化,提升办公效率,提高教育质量。

远程教育平台可以充分利用LabVIEW的强大的网络通讯功能,采用远程控制技术,开发虚拟实验教学系统中的各种虚拟仪器,并利用该教学系统进行远程电工电子类实验的教学。

3 国内同一研究领域的现状与趋势

我国的高等学校中,教学、科研需要大量的测量分析仪器设备,特别是电子类实验教学,每种仪器都必须配置多套,而且有的仪器设备价格昂贵,因此仪器设备所需投资巨大,一般学校很难满足,造成许多学校仪器设备缺乏和过时陈旧等现象,严重影响教学科研。

传统仪器下的高校实验教学,已严重滞后于信息时代和工程实际的需要。其根本原因在于实验教学内容依附于课程设立,基本处于割裂状态,仪器设备不可能实现资源共享,在科学技术以摩尔定律发展的今天,高校不可能支付巨额的仪器设备更新资金,而且现代化生产要求电子仪器品种多、功能强、精度高、自动化程度高,而且要求测试速度快、实时性好、具有良好的人机界面。

随着信息通信技术的发展和互联网的广泛应用,教育管理智能化、规范化、集成化已经成为一种势在必行的趋势。

4 理论价值、实践意义和创新性

基于虚拟技术的虚拟实验是我国普通高校和远程高等教育实验教学中易于构建、可以推广的模式。在远程教育的环境中,通过操作虚拟仪器可以替代真实仪器的操作,并显示直观的实验结果,从而在网络中建立一个虚拟的实验环境,同样使学生能够“身临其境”的进行“实际”操作和观察实验现象,实现实验教学远程化,弥补现行实验教学中实验教学仪器的不足;通过本平台,还可以与异地学习者进行交流与合作。这对现代远程教育具有十分重要的意义。

将虚拟仪器技术和计算机模拟仿真技术结合起来,通过数据交换共享结合起来建成虚拟仿真实验室,对一些科学现象和规律进行仿真实验,能够代替部分实际实验项目,供教师和学生进行教学与研究;另外,还可利用计算机模拟仿真软件对硬件实验进行模拟仿真,仿真的结果通过虚拟仪器系统进行观察、分析、处理。由于仿真软件和虚拟仪器均具有人机交互能力,因此,这个虚拟的交互式仿真能创造一种近乎进行真实实验的感觉。

目前,远程教学的内容主要是文字、音视频,而远程实验教学的实现是公认的难题。利用Internet资源和技术,如ASP(Active Server Pages,动态服务器主页)、Socket(套接字)等,将Internet与虚拟仪器技术结合起来,构建起远程虚拟实验室,可以为远程教育中实验教学提供一种全新的解决方案。

5 思路设计(技术路线)

虚拟仪器的主要功能大多是由软件来体现的。我们可以利用虚拟仪器的软件开发平台――NI公司(美国国家仪器公司)的LabVIEW 8.5所提供的图形化、交互式的编程设计环境,利用网络环境,由鼠标和键盘操作虚拟化仪器界面(如同操作传统的电子测量仪器一样)。使用该平台学生可以实现远程的实验教学;同时,利用LabVIEW,学生还可以自己定义、设计仪器系统,以满足不同的要求。

针对本远程实验教学平台,开展本项研究的技术思路如下:

(1)技术准备。进一步确定方案;搜集、消化国内外虚拟仪器在远程教育中的成功经验和相关技术资料,为下一步的理论分析作好准备;

(2)理论研究。根据所确定方案确定各实验模块的具体功能;

(3)联网试验。将各实验模块到网上,并调试其功能;

虚拟仪器技术论文篇（6）

随着现代计算机和信息技术的不断发展，数字信号处理在当今高科技领域有着极为重要的地位和广泛的用途[1]。然而它的基础课程却处于教难、学更难的境况中，并且，学生即使掌握了理论知识，也很难灵活应用至实践中[2]。调研国内外数字信号处理课程教学，上述问题主要归因于两个方面：一方面是传统的教学形式单一，仅依赖文字帮助理解基本理论[3-5]；数字信号处理课程不同于其他课程，它是基于“高等数学”、“大学物理”等公式和推导较多的学科，理论性强，极具抽象性，有大量的算法和晦涩难懂的基本理论[6]。在课堂教学中教师仅采用Powerpoint软件编制的课件不够直观，许多内容学生很难透彻理解。其次，数字信号处理是适应高速数字集成电路的面市应运而生的，其大量的计算算法适于在计算机上实现，对于人来说则运算量大且烦琐，学生们难以亲手验证，因而经常得不到形象化的结果，使得对理论的理解难以透彻，实际应用中总有一层障碍。另一方面是受限于传统实验室的模式和格局，数字信号处理课程的实验教学环节严重缺失[7-9]；信息类专业课程有很强的实用性，其受众广，且信息量大，然而因实验场地、设备、资金等因素，目前单一的传统实验室已完全不能满足学校完成教学任务，很难开展实验教学，很多院校根本没有配套开设实验教学。然而，实验教学是高等院校培养高素质合格人才的重要实践性环节，在培养学生的实践能力、研究能力、创新能力和综合素质等方面有着其他教学环节所不能替代的独特作用。若学生们缺乏实验教学环节，在实际应用时则会显得有些束手无策，实际动手能力和创新能力也亟待增强。若不能在教学中突破以上两个瓶颈问题――单一的教学形式和传统的实验室建设模式及格局，数字信号处理课程的教学质量和教学效果将大打折扣。

二、虚拟仪器技术在教学应用中的优势

伴随着虚拟仪器技术的发展及其在国内的普及，它可为数字信号处理课程的教学提供新的思路和巨大变化。突破传统教学手段，深入融合虚拟仪器技术，全面创新数字信号处理课程教学方法应运而生[10-11]。虚拟仪器是将现有的计算机技术、软件技术和高性能模块化的硬件结合在一起而建立的功能强大又灵活易变的仪器，其强调硬件是基础，软件是核心，使用者可通过修改软件，方便地修改和增加仪器的功能和规模，性价比高[12]。模块化硬件体积小，便于携带，可“装入”计算机，即能与计算机互联互通。软件开发平台可选择图形化编程语言LabVIEW，它具有功能强大的数据分析函数，可以非常灵活地为教学中的理论知识设计各种虚拟仪器。同时，它也将使用者从复杂的文本编程语言中解脱出来，将重心专注于软件的功能。这使得教师可在很短的时间内开发出虚拟仪器课堂应用，把书本上理论性较强的知识转换成直观性很强的动态图形，加深对理论知识的理解。由于虚拟仪器使用的硬件大多是通用的，各种专业仪器的功能主要依靠软件实现，将虚拟仪器引入至实验教学中，必将大量减少设备经费的支出和节省实验场地的空间，学生们也能感受和应用先进的科学技术和手段，积极主动地学习。因此，根据数字信号处理课程的特点，基于虚拟仪器技术开发虚拟辅助教学软件和构建虚拟实验教学平台，全面创新数字信号处理课程教学方法和体系。这对活跃课堂气氛，增强学生学习兴趣，提升学生基本技能，提高教学质量，巩固教学效果等将具有非常重要的意义。

三、创新课程教学形式，开发虚拟辅助教学软件

虚拟辅助教学软件是基于虚拟仪器技术开发的教学演示子系统。针对数字信号处理课程中许多难以理解的抽象概念与性质，对应每一章的内容相应制作多个精致的演示程序，用丰富而具有动感的彩色图形把课程中疑难之处用生动形象的形式展现出来，使学生加深理解。下面以“窗函数”为例，具体阐述虚拟辅助教学软件如何进行辅助教学。在数字信号处理课程中，为了减少频谱能量泄漏，可采用不同的截取函数对信号进行截短，截断函数称为窗函数，简称为窗。在教学演示子系统中，基于虚拟仪器技术开发出窗函数比较动态演示程序，其前面板和程序框图分别如图1和图2所示。针对同一个信号施加不同的窗函数，让学生观察频域波形的变化，从而体会窗函数的性质和特性。这样动态形象的演示让学生能感性地认识到窗函数之间的不同，加深对窗函数的理解。

从以上应用实例可发现，通过利用虚拟辅助教学软件，不仅能够采用文字和静态图形直观地展示教学内容，还能通过动态图形生动形象地阐述教学内容，更易于学生理解所学内容。采用PPT课件和虚拟辅助教学软件结合授课，教学形式新颖，教学内容生动，教学效果更好。

四、完善课程教学体系，构建虚拟实验教学平台

虚拟仪器使用的硬件大都是通用的，各种专业仪器的差异主要靠软件实现。依托虚拟仪器技术、计算机技术、电子技术和通信技术等，融合多种模块化硬件设备构建高校虚拟实验教学平台，具有无可替代的优势和广阔的发展前景。图3为虚拟实验教学平台架构，由n台计算机及相关硬件如采集卡、信号调理箱、电工实验箱等组成，形成一个局域网，并与校园网连接，方便学生随时随地接入进行实验。

虚拟仪器技术论文篇（7）

1 前言

虚拟仪器（Virtual instrumentation）是二十世纪九十年展起来的一项新技术，其核心思想为“软件即仪器”［1］［2］。它是指通过应用程序，将通用计算机与功能化模块硬件结合起来，由用户根据友好界面来操作计算机，自己定义和设计仪器。在测控领域应用越来越广泛，利用NI虚拟仪器技术，用户可快速组建自己的测试系统，从而完成对被测试量的采集、分析、处理、判断及显示等一系列功能。开放式虚拟仪器开发平台（LabVIEW）在教育领域也得到迅速推广与发展，许多高校建立了相关的虚拟仪器的课程。它给传统的教学研究带来了巨大的变化，尤其在实验教学和科研中起着越来越重要的作用，它不仅是大学教学活动的重要实践环节，而且是教育部本科教学评估的一项重要内容。因此，进一步加强实验室建设，不断改革实验教学是十分必要的。

2 虚拟仪器特点及优势

传统仪器的硬件是其关键，功能由厂商定义，因此其扩展性能较低。而虚拟仪器由于其面向应用的系统结构，所以功能可由用户定义，软件是其关键。主要特点如下:

(1)由于其以PC为核心，使得许多数据处理的过程不必像过去那样由测试仪器本身来完成，而是在软件的支持下，利用PC机CPU的强大的数据处理功能来完成，使得基于虚拟仪器的测试系统的测试精度、速度大为提高，可实现自动化、智能化、多任务测量。

(2)可方便地存贮和交换测试数据，测试结果的表达方式更加丰富多样。

(3)虚拟仪器可在较高性价比的条件下，降低系统开发和维护费用，缩短技术更新周期。

(4)近年来，随着网络技术的发展，已经形成了网络虚拟仪器。这是一种新型的基于Web技术的虚拟仪器使得虚拟仪器测试系统成为Internet/Intranet的一部分实现现场监控和管理［3］。

虚拟仪器与传统仪器的优势主要体现在以下几个方面［4］：

虚拟仪器技术发展非常迅速，所有测量测试仪器的主要功能可由数据采集、数据测试和分析、结果输出显示等三大部分组成，其中数据分析和结果输出完全可由基于计算机的软件系统来完成，因此只要另外提供一定的数据采集硬件，就可构成基于计算机组成的测量测试仪器。基于计算机的数字化测量测试仪器就称之为虚拟仪器。注意：这里所指的虚拟仪器和EDA仿真软件中的虚拟仪器概念完全不同，它可以完全替代传统台式测量测试仪器。而EDA仿真软件中的虚拟仪器是纯软件的、仿真的。

虚拟仪器在实验教学中的优势主要体现在［5］：

（1）在一些实验条件不具备或不完全具备的高校，能够开设虚拟仪器的实验教学。由于学校的人力、实验设备的数量和时间的限制，导致不可能让每个学生都能单独地完成若干次实验，而虚拟仪器能省时、有效地解决实验设备短缺三方面的问题。

（2）在虚拟的实验平台上，能够方便、具体地进行各种参数的设置和操作，对于虚拟仪器本身不受实验环境、条件及设备精度的影响，测量的数据稳定、可靠。

3 虚拟仪器在大学实验中应用

虚拟仪器技术是测试技术和计算机技术综合集成的产物，代表了现代测试技术和仪器技术发展方向。在大学实验中，主要针对测试技术、机电专业等相关专业。利用LabVIEW功能强大的图形化的开发环境，完成仿真、数据采集、仪器控制、测量分析和数据显示等任务。在配备数据采集卡的基础上，使用LabVIEW即可在单个环境下提供广泛的采集、分析和显示功能。因此，通过大学实验，与理论更好地结合起来，更好地发挥学生主观能动性和加深对硬件、软件的理解，这样使教学达到事半功倍的效果。对于一般的物理量（速度、位移、力等等）的测试过程都是差不多的。下面举一个综合性测试技术应用实例：利用位移传感器和数据采集卡，通过LabVIEW来完成数据采集、电机的控制、数据处理与显示。

具体的操作步骤如下：

（1）安装：把电感式位移传感器安装在某一结构上，该结构与电机连接，主要是为了能自动的测量某一圆管的直径。

（2）标定：为了保证测量的准确性，对于任何传感器在使用之前，必须先对其进行标定。针对该实验使用的电感式位移传感器的标定方法是如图1所示：通过测量标准圆管两次，即可算出该组传感器的灵敏度。

（3）测量与控制：通过数据采集卡来获取传感器的测试的数据，利用LabVIEW来对这些数据进行处理，然后直接显示在界面上如图2所示。为了能实现自动测量的目的，同样利用LabVIEW来控制脉冲的数量，即可控制电机的速度，如图3所示。

这个应用实例包括了三个基本的实验：传感器数据的采集、数据处理和结果显示。经过这些基本的实验训练，学生能够更好地掌握自动控制的内容和虚拟仪器编程技术；能够在LabVIEW这个功能强大又方便灵活的虚拟仪器开发平台上，创造出比传统的测试仪器具有更高智能、更高性能价格比、更加可靠及便于操作的先进仪器。也有些学生根据课程上学到的知识，自己选择实验内容，或者另行设计实验方案，在LabVIEW环境中，进行自己感兴趣的实验，这样既拓宽了学生的知识面，又增加了学生的积极性。由于我们的实验环境软硬件完全是工业标准的产品，学生在实验中开发的许多虚拟仪器完全可以直接应用到生产实践中去，对于提高他们的工程素质带来极大的好处，使他们在未来工作中能够从容面对测试技术领域的挑战。

4 结论

利用虚拟仪器技术，通过大学实验的方式，学生可以自己开发实验的虚拟仪器，来完成实验，在这个过程中LabVIEW起到了不可替代的作用。这样不仅显著降低了实验设备投资，而且培养了学生的创新精神，提高了学生的工程素质，为高等工程教育实验教学带来了革命性的变化。人机交互的特点尤其适用于个性化教育，是因人施教、因材施教，培养高素质的综合型人才的重要手段。

在LabVIEW这个高效的虚拟仪器开发平台上，学生自己可以用图形语言开发出各种仪器，综合应用所学过的各学科知识，在普通的计算机上构建一个个人实验室［6］，从而完成实际测试过程，达到与用实际仪器教学的相同目的。这样教师和学生既可以摆脱功能单一、固定和不易重新配置的现成仪器的束缚，还可以充分发挥自己的积极性和创造性。总之，开发和利用虚拟仪器教学实验系统更快、更新地构建出集成度高、适应性强的实验室虚拟仪器系统，是高校实验教学改革的一个新的发展方向。

参考文献：

［1］汪敏生.LabVIEW基础教程［M］.北京：电子工业出版社，2002.

［2］杨乐平，李海涛，肖凯等．虚拟仪器技术概论［M］.北京:电子工业出版社，2003.

［3］裘伟延.基于LabVIEW的虚拟仪器和虚拟实验［J］.新技术应用，2002，(5):17-20.

虚拟仪器技术论文篇（8）

一、虚拟仪器技术简介

虚拟仪器（VirtualInstruments，简称VI）的概念，最早是由美国国家仪器公司（NationalInstrumentsCorp.简称NI）于1986年提出来的，其基本原理是以计算机为硬件平台，使原来需要硬件实现的各种仪器功能尽可能地软件化，利用高效灵活的软件控制高性能的硬件来完成各种测试、测量和自动化的应用，以便最大限度地降低系统成本，增强系统功能与灵活性。用形象语言来概括虚拟仪器的原理，即“软件就是仪器”[1]。虚拟仪器在组成和改变仪器的功能和技术性能方面具有灵活性与经济性，因而特别适应于当代科学技术迅速发展和科学研究不断深化所提出的更高更新的测量课题和测量需求。

（一）虚拟仪器技术应用于电子与通信类专业的背景

电子与通信类专业在金陵科技学院工程类专业中占有重要的地位，对我校应用型本科专业的建设具有示范作用。然而，在这两个工程类专业的教学中长期存在一些问题，具体表现为：1.重视理论知识的学习，轻视动手能力和实践环节的培养，学生动手能力差，工程实践经验明显不足，而这些问题又反过来弱化学生对于理论知识的理解，最终导致学生对所学专业缺乏兴趣与信心[2]。2.从未或很少将真实的物理信号引入课堂教学中，导致教学过程理论脱离实际，学生对于本专业的理论知识和应用场景缺乏真实的、直观的认识。3.理论学习环节与实践实习环节相脱离，实践实习环节往往安排在理论学习结束之后，间隔时间较长，学生无法及时对所学知识进行巩固与提高，导致实践实习环节效果不理想[3]。本文将介绍虚拟仪器技术在电子与通信类专业教学中的应用，帮助学生将理论学习、工程实践和创新能力结合起来，提高学生在工程实践中获取知识的能力、综合分析的能力、解决问题的能力和实践创新的能力，从而突出我校应用型本科教学的特点。

（二）虚拟仪器技术应用于电子与通信类专业教学中的指导思想

电子与通信类专业的特点是工程实践性强，对学生的动手能力和动手意愿要求较高。这一特点就决定了实践对于专业学习至关重要的作用[4]。所以，虚拟仪器技术应用于电子与通信类专业的教学也主要体现在对于工程实践教学环节的意义，其指导思想如下：1.在工程导论环节，对于刚入学的大一新生，让他们接触各种基于虚拟仪器技术的综合电子系统，如基础机器人系统，传感器与驱动器器系统、人机交互系统等，介绍其中的软硬件知识和技术，增加学生对于所学专业的兴趣和信心。2.在专业课的理论学习环节，教师努力将真实的物理信号引入课堂，如传感器信号、调理信号、AD/DA信号，模拟通信信号、数字通信信号、调制域信号等。真实信号的引入可以增加学生理论联系实际的能力，提高其自主学习的兴趣和动力。3.发挥虚拟仪器作为“口袋实验室”的作用，鼓励学生将真实的信号带回宿舍。宿舍是学生课余活动主要的场所，如果学生能将宿舍时间有效地利用起来进行专业实践和创新，无疑将对提高学生专业能力产生极大的帮助。

（三）虚拟仪器技术创新教学案例

我们将介绍几个在教学中使用虚拟仪器进行教学创新的案例，来阐述使用虚拟仪器技术的特点。1.共基极放大电路的教学。共基极电路是一类重要的基本放大电路，如何让学生掌握电路特征并计算电路参数，如发射极电流、集电极电流、电压增益、输入/输出电阻等，一直是教学中的重点。我们在教学中是采用基于虚拟仪器技术的仿真结果和真实电路结果相比较的方法。电路仿真采用NIMultisim，该软件主要是为工程师提供先进的电路分析和设计能力。图1为共基极放大电路在Multisim中的仿真。可以使用Multisim提供的万用表测量仿真结果中的电压和电流。并可以很方便的在软件中修改电路参数进行重复实验，得出不同工作状态下电路的参数。不同于传统的电路仿真，我们在NIElvis面包板上搭建上图所示的电路原理图，如图2。利用NIElvis自带的数字万用表DMM对电路参数进行测量，对于交流信号，可使用Elvis自带的示波器对波形进行测量。将NIElvis的测量结果和软件仿真结果进行比较，可以加深学生对于电路基本特征和参数的认识。同时，NIElvis设备可以很方便的在课堂教学中进行演示，可以起到很好的教学效果。2.无线通信系统教学。射频和无线通信课程的教学长期以来都基于数学公式的推导和仿真来进行的，学生在课堂上很少能接触到真实的通信信号，并且教学的过程中也是分模块进行教学，学生几乎没有设计整条通信链路的机会。在教学中，我们采用NIUni-versalsoftwareradioperiphera（lUSRP）和Labview则可以很好的克服上述问题。利用USRP和Labview，学生可以很轻松的进行诸如信道编码、信号调制、随机码元产生、信号均衡等现代通信技术。最终学生可以完成从发射机到接收机中间完整的通信链路，这在传统的射频和无线通信课程中是很难完成的。利用USRP，可以很轻易地在课堂上演示一个完整的数字通信系统，学生能够看见一个数字调制域信号，能够看见真实的850MHzGSM信号上行链路，可以分析真实信号的频谱。甚至可以组建一个FM广播信号发射和接收台，见图3。

二、结语

虚拟仪器技术结合统一的软件平台加上模块化的硬件平台，使理论学习和实践操作能力得以有效结合，使学生能够实现自行设计实验及实际动手操作，加深其对理论专业知识的理解，促进其对现场专业知识的了解，增强其对专业知识的感性认识，同时提高其实际动手操作能力，培养其创新能力。

作者:刘海陵 徐志国 陈正宇 单位:金陵科技学院

参考文献：

[1]朱岩，余愚.虚拟仪器技术研究现状与展望[J].现代制造技术与装备.2008，（6）：12-14

虚拟仪器技术论文篇（9）

中图分类号：G642.0 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2016）22-0047-02

Teaching Reforms and Practices in Course of Design of Virtual Instrument in Machinery and Electrical Engineering//GENG Qidong， WANG Fuyuan， WANG Jun， LI Chunyan

Abstract The design of virtual instrument is a professional course， because the time of open is too late， the teaching effect is not good. In order to change the status quo， the design of virtual instrument has

been reformed from itself. Respectively from the teaching goal， tea-ching content， teaching methods on the corresponding improvement， finally has obtained a good effect.

Key words machinery and electrical engineering； design of virtual instrument； teaching reforms

1 引言

拟仪器技术是现代计算机技术与仪器技术相结合的产物，它将测量技术、通信技术、信号与数据处理技术、传感器技术等融为一体，在测控领域举足轻重。虚拟仪器技术在教育、交通、通信、工业、农业等各行业也有相应的应用。在短学时、少学时的课程背景条件下，如何提高教学质量及增强学生实践技能，一直是本课程不断改革的方向。

盐城工学院机械工程学院机械电子工程专业从2011年起开设虚拟仪器设计课程，主要讲授虚拟仪器的结构以及LabVIEW软件使用。由于课时较少、硬件设施不全、学生基础薄弱及主动性较差等原因，本门课程的教学效果不佳。从2015年起，虚拟仪器技术教学小组针对本课程的特点，从教学内容、教学方法、教学实验等环节开展教学改革，强化仪器技术的基本概念，增强学生的实践能力。本文将介绍虚拟仪器设计课程教学改革过程及结果。

2 教学目标改革

在以往绝大多数教学中，教学目的以掌握本课程知识为根本。这在很大程度上导致学生学习的目的性不强，为了挣学分而学习、为了拿学分而学习、为了考高分而学习。本门课程的改革首先从教学目的开始，将教学内容引导到学科竞赛及技能认证上。

在教学过程中，将教学内容定位为竞赛服务。从2009级起，本科生教育培养方案中要求学生在校期间完成相应的素质拓展学分。学科竞赛是获得本学分的主要形式，鼓励和引导学生参加虚拟仪器技术的相关竞赛，既可以锻炼能力，也能完成学分要求。

学生在就业过程中，技能认证的证书对于能否成功就业起到非常重要的作用。虚拟仪器设计的学习离不开NI（美国国家仪器公司）开发的相关平台，该公司提供的助理工程师（CLAD）认证是虚拟仪器设计技术水平的一种考量。CLAD认证通过者能够基本熟练地在测试和测量领域应用虚拟仪器设计软件，如LabVIEW、LabWindows/CVI等。CLAD认证的核心是对虚拟仪器开发系统全面和广泛的了解，并能够应用相关知识运行、调试、维护所设计的虚拟仪器模块。拥有此类证书，可以增强学生的就业选择面，提升就业成功率。学生可以在测试及测量等相关领域寻找合适的工作，同时在继续深造方面选择方向也增多。

3 教学内容改革

教学内容在很大程度上决定了学生对本课程的喜爱程度。在实际教学中，往往发现这样的问题，学生总是认为学习本课程没有可用之处。因此，教学改革的重要工作就是对教学内容进行改革。在进行本课程教学前，给学生灌输虚拟仪器技术课程的重要性，同时明确本课程的学习目的。将教学内容定位于学科竞赛及技能认证，在内容上需要进行调整，分为软件学习、软件及硬件结合的项目设计学习和硬件资源学习。

软件方面 LabVIEW是一种程序开发环境，由NI研制开发，类似于C和BASIC开发环境。LabVIEW软件是虚拟仪器设计最为流行的软件，是测试及测量领域的设计核心。在教学中，以学习LabVIEW软件为开始，逐步进入虚拟仪器技术的学习中。首先，熟练安装LabVIEW软件和熟悉软件操作环境；其次，掌握运用基础语言的编程技巧进行初步学习；最后，设计较为综合的虚拟仪器程序。在实际教学中，从虚拟温度计的设计开始，学习VI创建方法、随机数产生方法、输入输出控件使用方法，进一步掌握了VI的创建、数学控件运用、报警、数据记录存储。虚拟温度计设计是一个典型的虚拟仪器设计范例，通过教师课程上演示操作、课程自主学习以及实验中自我体会等形式，最终掌握虚拟仪器设计的基本步骤及原理。

硬件资源 虚拟仪器是由软件和硬件组成的，硬件资源好坏也是虚拟仪器设计成败的关键。现有实验室资源是学生获得的第一手硬件信息，NI提供的硬件资源以各种板卡为主，教学中主要介绍PCI模块、CDIO、SCXI信号调理模块，同时结合NI最新的产品做相关的介绍。NI为各大高校学生参加虚拟仪器设计大赛提供各种设备的租借服务，因此在硬件资源不足的情况下，可以通过此方式尝试使用及掌握相关硬件模块。在实验室中，各个模块的讲解结合实验进行，学生边听讲边实地观察相关设备，有时还进行动手操作，以加强对模块的印象。

综合设计 在软件操作及硬件资源都掌握的基础上进行综合设计。综合设计涉及的知识较多，学生应掌握信号处理技术、传感器技术、控制技术等相关知识。综合设计首先以掌握数据采集卡项目为开始，逐步熟悉虚拟仪器设计步骤及规范，最后以实际项目为考核。

4 教学方法改革

教学方法的优劣决定了教学的效果，改进现有教学方法，增强教学效果，也是教学改革成败的关键。虚拟仪器设计课程教学的重点在于培养学生的实践能力及解决实际问题的能力，引导学生主动学习本门课程比灌输式教学更有效。

采用目标驱动式教学法，首先制定一个合理目标，然后实施教学活动，最后逐步检验目标实现情况并修正目标。整个教学改革分三个阶段。

第一阶段：将现有学时数进行调整，理论课时与实践课时各占一半，主要目的是提高学生动手及实践能力。现阶段的虚拟仪器设计教学内容以理论教学为主，课堂气氛较为沉闷，学生的积极性不高，因此教学效果不好。改变现有学时分配，引导学生主动学习虚拟仪器设计。

第二阶段：要求学生进入虚拟仪器网络论坛初级课程学习，以通过网络初级课程为考核通过标准。在学院资源有限的情况下，充分利用外界资源。利用NI提供的网络平台，组织学生进行学习，从基础课程开始，逐步加深，以通过LabVIEW助理工程师（CLAD）考试为最终目标。同时鼓励学生参加全国虚拟仪器设计大赛，以参赛为目的，锻炼学生的设计能力。

第三阶段：组织考核通过CLAD，目标通过率为5%；组队参加虚拟仪器设计大赛，目标为三等奖。

5 教学改革的意义

长期以来，高等学校的专业教学以应试为目的，注重理论教学而疏忽实践及创新方面的教学。在这样的培养模式下，学生走上工作岗位后，往往存在懂一点儿理论知识，而动手能力弱、毫无创造力的现象。针对这一状况，需要从专业课的教学中做改进。专业课程的教学是学生离开学校前最后接收的知识，这一阶段的教学内容有助于学生认清自身优势。因此，要加强专业课程教学，促进学生理解专业概念，培养创新精神。

虚拟仪器设计课程有一定的特殊性，在实际教学中存在硬件资源不足、软件资源较陈旧的情况。面向学科竞赛和技能认证的目标，旨在改革教学内容、教学方法，使学生能够主动投入该课程的学习之中，利用现有资源，发挥自身的想象力和创造力。在网络时代“人人为我，我为人人”的思想影响下，充分利用现有的网络资源，可以参与各大论坛的学习及交流，参与网络公开课程的学习，参与研讨会的讨论等。

虚拟仪器技术是仪器技术、网络技术、信息技术、传感器技术、控制技术等相融合产生的。该技术一直处于发展之中，虚拟仪器设计课程的教学需要跟随时展的脚步，通过对教学内容、方法、目标进行改革，采用目标推进的方法，逐步实现改革目的。参考文献

[1]谢川，辛昕，倪世宏.“虚拟仪器技术及应用”课程教学改革与实践[J].黑龙江教育：高教研究与评估版，2016（2）：

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[2]钱声强，李晴.“虚拟仪器应用技术”课程教学改革探索[J].职教通讯，2013（33）：17-19.

[3]钟伟红，李园，叶凌箭，等.基于学科竞赛和专业认证的“虚拟仪器技术”课程教学改革与实践[J].工业和信息化教育，2013（10）：44-46.

[4]吴爱华，茅靖峰，华亮，等.虚拟仪器技术课程教学的探索与实践[J].中国教育技术装备，2009（15）：30-31.

虚拟仪器技术论文篇（10）

TP391.9；TN0-4；G642

一、虚拟仿真技术的概念与优势

虚拟仿真技术在电子类实验教学中的应用主要有两种方面：虚拟仪器技术和仿真。最早虚拟仪器这个概念是由美国仪器公司提出的，其主要含义就是“软件就是仪器”通过对应的软件来实现仪器的主要功能。在使用过程中利用LabvIEW编写虚拟的仪器面板，将各种数据信息采集设备和软件的仿真平台搭建出一个不同的仿真系统。仿真则是利用模型进行实验，对电路环境与电路过程中进行模拟，得到真正实验的全过程。虚拟仿真技术的核心内容就是将虚拟与实际结合，从而达到最佳的实验教学效果。同时，在虚拟仿真技术在使用过程中有以下几种优势

（一）节约成本

在传统的教学模式创新中需要不断的增加各种教学仪器设备，增加教学成本，而且要想进行实验只能在实验室进行。虚拟仿真技术的出现更好的解决了这些问题，在教学过程中只需要具备仿真软件计算机就能在任意地点进行实验，方便教师教学。

（二）理论与实际结合，激发学生兴趣

虚拟仿真技术可以将虚拟与实现结合，学生在接受新知识时还锻炼了学生的动手实践能力。将实验教学内容以更直观的形象展现出来，激发学生的学习兴趣，提高学习效率。

（三）实验平台的统一性和可恢复性

在使用虚拟仿真技术时，可以将多门课程实验进行统一，并为学生提供一个设计、原型、科学、的应用平台，这样不会丢失原有的实验信息，还会完成从原型设计到系统部署之前所有工作，从而将虚拟教学内容与实际教学实验的理论、知识更好的结合起来。

（四）教学内容的灵活性与创新性

虚拟仿真技术不同于其他试验箱数量固定的实验内容，在使用其技术时还会根据不同的需求搭建出一个不同的实验电路，让学生更直观的了解教学内容，同时还有利于教师开展一些综合性与设计性的教学实验，从而培养学生的创新能力。

二、虚拟仿真技术在电子类实验教学中的应用

随着电子技术快速发展以及教学内容不断的更新，传统的实验教学模式已经跟不上社会的发展，其中还存在着一些不足，虚拟仿真技术的出现将实验教学进行全新的完善，激发学生的学习兴趣，提高学生学习效率。电子电路课程是电子类专业必修课程，其中包括了：电路分析、模拟器电子技术、数字电子技术。在这三门课程中虚拟电子技术被学生们认为是一个难度最大，理论性较强的的一门课程。一般来讲，虚拟电子技术是与教学理念同步，有时也会落后于教学课堂。在传统的实验教学过程中，学生对实验的电路理论不够了解，对实验中可能出现的问题还没有特别清楚，因此，对于多数学生来说，在实验过程中一旦出现问题找不到任何的突破点，从而降低学习兴趣。在虚拟仿真技术中以二阶段有源低通滤波器为主的教学实验可以帮助学生加深对知识的了解，锻炼学生的动手动脑能力。

（一）二阶有源滤波器的仿真实验

在虚拟仿真技术中，常用的仿真软件有：Multisim、Pspice、Proteus等。在此，本文对Multisim在虚拟仿真技术中的使用以二阶有源滤波器电路进行了仿真。该技术操作简单容易上手，它在使用过程中具有非常多的元器件、虚拟仪器，它的功能强大，在使用过程中还为学生提供专用的万能表、示波器等常用仪表设备，而且还为学生提供了虚拟仿真技术的网络分析仪、频谱分析仪等仪器设备。二阶有源滤波器在教学过程中具有仿真的电路图，只需要在使用时输入信号频率和幅度，就可以通过滤波器的示波器进行观察，并让学生做出总结。同时，在使用时还可以利用波特图测试仪，设定使用频率的反问，保证学生可以更加直观的观看到二阶有源低通滤波器的频率响应线，学生在上课过程中就可以通过幅频特性曲线找到滤波器的频率。这样，学生就可以搭建出一个更为实际的电路，进行实验，从而总结出自己所得结果，并于教师交流。

虚拟仪器技术论文篇（11）

虚拟仪器是第三代自动测试的产品，使用方便，效率很高，容易维护和推广，在测试领域获得了很好的发展。当前，先进的虚拟仪器设备和产品已经在发达国家获得了积极的应用，而在我国还处在起步阶段。本文分析了虚拟仪器这一有着重要推广意义的技术在汽车工程领域的现实应用，并展望了其发展前景。将虚拟技术应用于汽车工程领域，可以提高对汽车的设计、制造和使用能力。

一、虚拟仪器技术

虚拟仪器技术通过计算机软件，将计算机强大的信息处理能力和仪器设备的硬件测量与控制能力加以紧密结合，并通过计算机软件实现对信息的把握、保存和处理。虚拟仪器技术的优点在于可以让用户自己选择专用的仪器系统，发挥灵活性，创造自己的使用方法。虚拟仪器功能强大，可以让用户建立起设计和产品测试的自动化测量装置，也可以方便地实现系统在各种环境下的全面应用，而且操作起来很方便。这种集成式软件的架构方式最大限度地减少了创造复杂测量系统所需要的时间和精力，同时对大型系统管理可以满足测试和控制的需要，完全实现客户化的测试管理，也可以在大型测量系统的服务器上实现收集和分析，提高测试数据的准确性。

二、虚拟仪器的应用

当前在汽车工程领域，虚拟技术主要运用于汽车设计、研究、生产和维修等方面，而且大部分还处在理论研究的阶段，在很大程度上加以应用还需要进行全面的科学研究。

三、汽车功能设计

在汽车功能设计中，过去的设计方法无法实现功能设计和功能实验的共同进步，往往先做出系统，然后在实验层面上进行测试，再验证这个系统的功能。这样的方法消耗了大量的时间和精力，也难以改进系统设计，改进的结果不能立即展示，而且测试系统价格高，使用起来不方便。运用虚拟技术则没有这些缺点，设计人员可以快速对设计系统改进，并了解设计的效果。例如汽车防止抱死制动分析中，用虚拟仪器可以将传统仪器发出的信号输入计算机，从而改进系统的控制办法，增强控制方法内的系统的控制能力、控制精确性，等等。

四、汽车的生产

现代汽车生产有着很强的自动化能力，有着大规模高效率生产的需要。现代汽车生产监控系统越来越复杂，要测试和控制的参量往往有几十个，过去的测试系统设备庞大，监测参量少，维护困难，而虚拟技术下的系统配置适当，就可进行虚拟下的过程控制，并能方便地显示结果，还可以保存在电子文件中，实现远程的监控和数据的收集，缩短数据分析处理的时间。

例如虚拟的汽车测试仪器，只要带有内置的设备，则所有的功能键、显示器等都可以保存在显示器上，操作更加简单，也可以增加或者减少模块，这样可以重新测试，而不会丢失硬件和软件，还可以满足测试要求。因此，计算机和开放软件结合，能输入并记录数据，实现配合，实现多种功能。

多年来，汽车行业都是用工程车运载很多汽车专用的检定仪器巡回测试样品。使用虚拟仪器加以检定，测试系统更简洁，更加容易操作，并增强集成效果，提高性能和稳定性，更有利于巡回测试。

五、汽车的检修

汽车检修一般都是采用仪器设备和人工直观结合的方式进行的，这样检验的结果往往会受到人为因素的干扰而不够准确。应用虚拟技术下，可设计出配光检测系统和车辆尾气系统检测系统。以车灯配光检测系统为例，利用图像处理软件，可实现对汽车部件的自动检测，并实现对各种型号的汽车的自动检测。

国外已将虚拟技术运用到各个领域，在车辆检测和生产中也已经应用多年，而我国的技术发展相对较晚。采用虚拟技术，可以减少资金投入，提高生产效率，实现汽车工程的大面积推广。

参考文献：