虚拟仪器的应用
虚拟仪器技术的应用与发展
虚拟仪器技术的应用与发展随着科技的不断进步，虚拟仪器技术已经成为了现代化实验室的必备工具。
虚拟仪器技术是一种基于计算机软件和硬件技术实现的仪器技术，它可以模拟和替代传统的物理仪器，使得科研人员、工程师和学生能够更加方便、快捷地进行实验和研究。
本文将从虚拟仪器技术的定义、应用、优势和发展等方面进行介绍。
一、虚拟仪器技术的定义虚拟仪器技术是一种基于计算机软件和硬件技术实现的仪器技术，它可以模拟和替代传统的物理仪器，实现测试、控制、监测和分析等功能。
虚拟仪器技术主要包括虚拟测量仪器、虚拟控制仪器和虚拟分析仪器等。
虚拟测量仪器可以通过计算机软件和硬件来模拟传感器、示波器、频谱分析仪等传统的物理测量仪器；虚拟控制仪器可以通过计算机软件和硬件来模拟运动控制器、逻辑控制器等传统的物理控制仪器；虚拟分析仪器可以通过计算机软件和硬件来模拟数据分析仪、图像处理仪等传统的物理分析仪器。
二、虚拟仪器技术的应用虚拟仪器技术的应用非常广泛，可以在各个领域中得到应用。
以下列举几个典型的应用场景：1、科研实验室虚拟仪器技术可以在科研实验室中得到广泛的应用。
科研人员可以通过虚拟测量仪器来模拟实际的测量仪器，进行各种物理量的测量和分析。
虚拟控制仪器可以模拟实际的控制仪器，实现各种运动控制和逻辑控制。
虚拟分析仪器可以模拟实际的数据分析仪器，进行各种数据分析和图像处理。
2、工业自动化虚拟仪器技术可以在工业自动化领域中得到广泛的应用。
工程师可以通过虚拟测量仪器来模拟各种传感器和测量仪器，实现对工业生产过程的实时监测和控制。
虚拟控制仪器可以模拟各种运动控制器和逻辑控制器，实现对工业生产过程的自动化控制。
3、教育培训虚拟仪器技术可以在教育培训领域中得到广泛的应用。
学生可以通过虚拟测量仪器来模拟实际的测量仪器，进行各种物理量的测量和分析。
虚拟控制仪器可以模拟实际的控制仪器，实现各种运动控制和逻辑控制。
虚拟分析仪器可以模拟实际的数据分析仪器，进行各种数据分析和图像处理。
虚拟仪器实验报告
虚拟仪器实验报告虚拟仪器实验报告引言虚拟仪器是一种基于计算机技术的新型实验设备，它通过软件模拟各种实验仪器的功能，使得学生可以在电脑上进行实验操作和数据分析。
本文将探讨虚拟仪器在教育中的应用，并通过一个具体的实验案例来展示其实验效果和优势。
一、虚拟仪器在教育中的应用1. 提供实验资源丰富虚拟仪器可以模拟各种实验设备，如示波器、信号发生器、光谱仪等，为学生提供了丰富的实验资源。
学生可以通过虚拟仪器进行多种实验操作，从而拓宽实验内容和范围。
2. 提高实验操作的安全性传统实验设备操作存在一定的风险，如高压电、有毒气体等。
而虚拟仪器通过模拟实验操作，避免了学生在实验过程中受伤的风险。
这对于初学者来说尤为重要，可以让学生在安全的环境下进行实验操作。
3. 提供实验数据的准确性虚拟仪器能够精确记录实验过程中的各种数据，避免了人为因素对数据的影响。
学生可以通过虚拟仪器获取准确的实验数据，并进行数据分析和处理，提高实验结果的可靠性。
二、虚拟仪器实验案例：电路实验以电路实验为例，通过虚拟仪器进行实验操作和数据分析。
1. 实验目的本次实验旨在通过虚拟仪器模拟电路实验，探究电路中电流、电压和电阻之间的关系，并验证欧姆定律。
2. 实验步骤首先，通过虚拟仪器搭建电路实验装置，包括电源、电阻、导线等元件。
然后，设置电源电压，并通过虚拟仪器测量电路中的电流和电压。
记录数据后，进行数据分析和处理。
3. 实验结果通过虚拟仪器获取的实验数据，可以绘制电流-电压曲线和电流-电阻曲线。
通过曲线分析，可以验证欧姆定律，并得出其他相关结论。
4. 实验优势通过虚拟仪器进行电路实验，不仅可以提供安全的实验环境，还可以准确记录实验数据。
学生可以通过虚拟仪器进行多次实验，观察不同条件下的实验结果，加深对电路原理的理解。
结论虚拟仪器在教育中的应用具有重要意义。
它丰富了实验资源，提高了实验操作的安全性，同时也提供了准确的实验数据。
通过一个具体的电路实验案例，我们可以看到虚拟仪器在实验过程中的优势和效果。
虚拟仪器试验报告
虚拟仪器试验报告实验报告：虚拟仪器在实验中的应用一、引言：虚拟仪器是指利用计算机技术和虚拟现实技术来模拟和替代传统仪器的一种技术手段，它能够实现对实验的模拟、仿真和控制。
虚拟仪器的应用已经越来越广泛，例如电路实验、物理实验、化学实验等领域。
本实验将通过使用虚拟仪器来进行电路实验，以验证虚拟仪器在实验中的应用效果。
二、实验目的：1.了解虚拟仪器的原理和应用；2.掌握使用虚拟仪器进行电路实验的方法；3.验证虚拟仪器在电路实验中的应用效果。
三、实验仪器与材料：1. 虚拟仪器软件：LabVIEW；2.计算机；3.电路实验板；4.各种电路元件：电阻、电容、开关等。
四、实验步骤：1. 安装并打开LabVIEW软件；2. 根据实验要求，在LabVIEW中导入电路图；3.连接电路实验板并正确连接电路元件；4. 使用LabVIEW中的仪器控制模块，设置电流、电压等参数；5.执行电路实验，记录实验结果。
五、实验结果与分析：在使用虚拟仪器进行电路实验的过程中，我们可以实时监测电流、电压、功率等参数，并且可以通过LabVIEW软件进行实时分析和数据处理。
这使得实验结果更加直观、准确，并且可以轻松获得实验数据的变化趋势。
在本次实验中，我们设计了一个简单的电路，通过测量电阻上的电压和电流，来验证欧姆定律。
实验结果显示，电压和电流成正比，符合欧姆定律的要求。
虚拟仪器的应用还存在一些优势和挑战。
首先，虚拟仪器能够减少实验成本，省去了购买昂贵仪器的费用。
其次，虚拟仪器的使用更加方便灵活，可以实时调整参数和观察实验结果。
同时，虚拟仪器还可以进行实时模拟和仿真，对实验结果进行预测和分析。
然而，虚拟仪器也存在一些挑战。
例如，虚拟仪器的准确性和稳定性需要得到保证；同时，对于一些需要进行物理操作的实验，虚拟仪器可能无法完全取代传统仪器。
六、结论：本实验通过使用虚拟仪器进行电路实验，验证了虚拟仪器在实验中的应用效果。
虚拟仪器能够提高实验的准确性和效率，并且能够实时分析和处理实验结果。
虚拟仪器程序设计及应用
虚拟仪器程序设计及应用虚拟仪器程序设计及应用是指通过计算机软件模拟和实现各种仪器的功能，来实现仪器的自动化控制、数据采集、数据处理和实时显示等功能。
虚拟仪器程序设计能够提供灵活性和可扩展性，帮助人们更方便地进行科学研究和工程实验。
在虚拟仪器程序设计中，首先需要确定自己想要实现的虚拟仪器的功能和性能要求，然后根据这些要求选择适当的编程语言进行开发。
常用的编程语言有LabVIEW、Python、C++等。
虚拟仪器程序设计主要包含以下几个方面的内容：1. 仪器控制和数据采集：虚拟仪器程序设计可以通过软件来控制和操作各种硬件设备，例如传感器、执行器和电子仪器等。
通过虚拟仪器程序，可以实现对实验仪器的远程控制和自动化操作，数据采集和传输。
2. 数据处理和分析：虚拟仪器程序设计可以对采集到的数据进行处理和分析，例如进行数学运算、滤波、变换、统计分析等。
通过虚拟仪器程序设计，人们可以更方便地对实验数据进行处理和分析，以获得更准确的结果。
3. 实时显示和可视化：虚拟仪器程序设计可以实时显示实验数据和结果，并将其以图表、曲线、动画等形式显示出来。
通过可视化方式，人们可以直观地观察数据的变化趋势和结果的变化，便于分析和判断。
4. 用户界面设计：虚拟仪器程序设计中，需要设计友好的用户界面，以便用户能够方便地操作和控制仪器。
界面设计应该简洁明了，功能齐全，并且适应不同的操作习惯和需求。
虚拟仪器程序设计在科学研究和工程实验中有广泛的应用。
以下是一些实际应用场景：1. 科学研究：在科学研究中，虚拟仪器程序设计可以用于实验室设备的自动化控制和数据采集，实时显示和分析实验数据，辅助科研人员进行实验研究。
2. 工程实验：在工程实验中，虚拟仪器程序设计可以用于测试和监测各种设备和结构的性能和参数。
通过虚拟仪器程序设计，可以实现对实验设备的远程控制和实时数据采集，减少人工操作和降低实验风险。
3. 生产和质量控制：虚拟仪器程序设计可以用于生产线上的质量控制和监测。
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。
电气工程虚拟仪器技术应用
电气工程虚拟仪器技术应用提纲：一、电气工程虚拟仪器技术的基本概念1.1 电气工程虚拟仪器的概念和分类1.2 虚拟仪器技术的优势和应用领域二、电气工程虚拟仪器在建筑行业中的应用2.1 虚拟仪器在电力系统中的应用2.2 虚拟仪器在照明设计中的应用2.3 虚拟仪器在室内空气质量检测中的应用三、电气工程虚拟仪器技术的挑战与发展3.1 仪器模型与数据识别技术3.2 仪器建模与仿真技术3.3 仪器接口设计与传输技术四、电气工程虚拟仪器技术在建筑行业中的应用案例分析4.1 案例一：虚拟仪器在电力系统设计中的应用4.2 案例二：虚拟仪器在照明设计中的应用4.3 案例三：虚拟仪器在室内空气质量检测中的应用4.4 案例四：虚拟仪器在节能设计中的应用4.5 案例五：虚拟仪器在智能家居设计中的应用五、结论一、电气工程虚拟仪器技术的基本概念1.1 电气工程虚拟仪器的概念和分类电气工程虚拟仪器技术是指基于计算机仿真技术的电气仪器设备，通过软件仿真技术实现对电气工程的测量、测试、监控、维护等过程的模拟和虚拟操作。
虚拟仪器可以用于对各种类型的电气信号进行测量，包括电压、电流、功率，频率等。
根据仪器的功能和实现方式不同，电气工程虚拟仪器可以分为三类：模拟仪器、数字仪器和虚拟仪器。
模拟仪器是根据电气信号的物理特性制造的仪器，可以模拟电气信号的实际波形和幅值，如模拟示波器、模拟发生器等；数字仪器是采用数字信号表示和处理技术的电气仪器设备，能够实现数码化、计算化、自动化的测量、调试、分析与监测等功能，如数字示波器、数字万用表等；虚拟仪器是基于通用计算机设备、通用软件平台实现的电气测量和测试工具，其实现和操作均基于计算机软件虚拟环境，如虚拟示波器、虚拟信号发生器等。
1.2 虚拟仪器技术的优势和应用领域在现代电气工程中，虚拟仪器技术具有以下优势：（1）具有良好的可重用性和扩展性，可与多种不同制造商的设备兼容；（2）使用方便，对于不同复杂程度的用户，都能很快地掌握其使用方法；（3）具有高度的灵活性和可定制性，可根据实际需要进行灵活的配置和定制；（4）具有高度的自动化，能够实现自动化测量、自动化设置和自动化报告等功能；（5）良好的数据处理和记录功能，可轻松地记录、分析和存储测试数据和测量结果。
虚拟仪器技术的应用与发展
虚拟仪器技术的应用与发展随着科技的不断发展，虚拟仪器技术成为了当今科技领域的一个重要方向。
虚拟仪器技术是指将计算机技术与仪器技术相结合，利用计算机软硬件模拟、控制和测量物理量的过程，使得仪器的功能得到进一步的扩展和提高。
虚拟仪器技术具有很高的灵活性、可靠性和实用性，已经广泛应用于各个领域。
一、虚拟仪器技术的应用1. 电子测量仪器虚拟仪器技术可以用于电子测量仪器的开发和制造。
传统的电子测量仪器需要在硬件上进行改变才能扩展其功能，而虚拟仪器技术可以通过软件的方式实现仪器功能的扩展。
例如，可以利用虚拟仪器技术实现数字信号处理、数据采集、信号分析、波形显示等功能。
2. 医疗设备虚拟仪器技术在医疗设备中的应用也越来越广泛。
例如，可以利用虚拟仪器技术实现医学影像的获取、处理和分析，从而提高医疗诊断的准确性和效率。
此外，虚拟仪器技术还可以用于生命体征的监测、药物输送的控制等方面，为医疗领域带来了很多便利。
3. 工业自动化虚拟仪器技术在工业自动化中的应用也非常广泛。
例如，可以利用虚拟仪器技术实现生产过程的监测、控制和优化，从而提高生产效率和产品质量。
此外，虚拟仪器技术还可以用于工业机器人的控制、自动化装配线的设计等方面，为工业生产带来了很多便利。
4. 教育培训虚拟仪器技术在教育培训中的应用也非常广泛。
例如，可以利用虚拟仪器技术实现实验教学的虚拟化，从而节省实验设备的成本和时间，同时还可以保证学生的安全。
此外，虚拟仪器技术还可以用于模拟实际操作过程、提供虚拟实境培训等方面，为教育培训带来了很多便利。
二、虚拟仪器技术的发展虚拟仪器技术的发展与计算机技术的发展密不可分。
随着计算机技术的不断进步，虚拟仪器技术也在不断发展。
1. 软件技术的发展虚拟仪器技术的核心是软件技术。
随着软件技术的不断发展，虚拟仪器技术也得到了很大的提升。
例如，计算机图形学、人工智能、机器学习等技术的应用，使得虚拟仪器技术的功能得到了进一步的扩展和提高。
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实验报告
实验题目
基于虚拟仪器技术的
涡流传感器位移测量实验
专业测控技术与仪器班级仪112班
学号3110241032
学生王金利
同组人王俊俊，王琦
指导教师晏克俊
2014 年
一、实验内容
本实验是利用所学虚拟仪器编程实现涡流传感器位移特性的测量，涡流传感器的基本工作系统由探头，前置器以及被测体构成，当前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈时由电磁感应定律可知，交变电流会在探头头部的线圈中产生交变磁场。
当有被测金属体靠近这一磁场时在金属表面会产生感应电流，由于其呈漩涡状故称之为电涡流。
与此同时该电涡流场也会产生一个与头部线圈方向相反的交变磁场与其反作用，以使得头部线圈的高频电流幅度和相位得到改变，这一改变与金属导体的磁导率、电导率、线圈的几何形状、几何尺寸、电流频率以及头部线圈到金属导体表面的距离等参数有关。
当控制金属导体的磁导率、电导率等参数相同时，电涡流的强度大小就只与头部线圈到金属导体表面的距离有关，通过前置器电子线路的处理，即可将头部线圈与金属导体之间距离的变化转换成电压的变化，输出信号的大小岁探头到被测体便面之间的间距而变化，电涡流传感器根据这一原理实现对金属物体位移的测量。
虚拟仪器是在以计算机为核心的硬件平台上配备相应的板卡，由用户设计定义，具有虚拟面板，其测试功能由软件实现的一种计算机仪器系统。
本次实验通过对被测的电涡流相应电压强度的变化量信号的采集和分析利用波形图、波形图表和数字表格形象生动的描述出涡流传感器的位移特性。
并利用虚拟仪器所编程序完成对电涡流传感器的灵敏度、非线性度、最大偏差、最大位移等参数的测量。
二、实验仪器
1：带虚拟仪器软件的计算机一台；
2：NI6014数据采集卡；
3：数字万用表；
4：涡流传感器实验平台。
三、实验步骤
1：首先进行实验编程，利用LabVIEW软件画图并设置DAQ助手。
2：按照实验原理图进行实验电路的连接，连接数据采集卡。
3：在Measurements&Automation Explorer软件上进行外部设备和端口的设置为实验开始做准备。
4：开启电源，打开程序软件点击run运行程序，每次位移0.5mm 进行一次数据采集记录20点，利用程序进行数据的线性拟合最后用X\Y图画出记录曲线和拟合曲线并计算最大输出、最小值，非线性度、最大偏差、灵敏度等参数。
5：对实验测得的数据结果进行分析验证数据结果的可靠性，加以改进程序使系统更加智能化、人性化并重新调试记录实验数据与之前测得结果进行比对加以分析。
6：待实验完毕后关闭电源并整理实验台。
四、实验硬件介绍
涡流传感器：通过交变电流的线圈产生交变磁场，当金属体处在交变磁场时，根据电磁感应原理，金属体内产生电流，该电流在金属体内自行闭合，并呈旋涡状，故称为涡流。
涡流的大小与金属导体的电阻率、导磁率、厚度、线圈激磁电流频率及线圈与金属体表面的距离ｘ等参数有关。
电涡流的产生必然要消耗一部分磁场能量，从而改变激磁线圈阻抗，涡流传感器就是基于这种涡流效应制成的。
电涡流工作在非接触状态(线圈与金属体表面不接触)，当线圈与金属体表面的距离ｘ以外的所有参数一定时可以进行位移测量。
数据采集板卡：是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采非电量或者电量信号，送到上位机中进行分析，处理。
数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。
数据采集卡，即实现
数据采集(DAQ)功能的计算机扩展卡，可以通过USB、PXI、PCI、PCI Express、火线(1394)、PCMCIA、ISA、Compact Flash、485、232、以太网、各种无线网络等总线接入个人计算机。
本实验所采用的数据采集板卡数据采集(NI6014)是由研华生产的从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采非电量或者电量信号，送到上位机（PC机，嵌入式控制器等）中进行分析、处理。
数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。
其为68通道的差分型数据采集板卡。
实验使用的数据采集卡型号为NI 6014，其基本特性如下：
1.200kS/s的采样率、16位精度的16路模拟输入；
2.2路模拟输出、16位精度（只指PCI-6014）；
3.数字触发；
4.4组不同的模拟输入范围；
其引脚图如上图。
五、实验编程前面板：
程序框图：
六、实验数据及处理（数据及曲线）
实验数据：
数据处理：
设拟合直线方程为y=Kx+B
1)最小二乘法拟合直线的原理就是使错误！未找到引用源。
为
最小
错误！未找到引用源。
=错误！未找到引用源。
=min
就是使错误！未找到引用源。
对K和B一阶偏导数等于零
K=错误！未找到引用源。
B=错误！未找到引用源。
灵敏度=K
相对误差=错误！未找到引用源。
2)若实际校准测试点有n个，则第i个校准数据与拟合直线响
应值之间的残差为:错误！未找到引用源。
i=Yi-(KXi+B)
最小二乘法拟合曲线：
七、实验分析
涡流传感器的各参数如下：
1.最大偏差：0.121693V
2.极差（电压）：4.81781V
3.灵敏度：1.09931V/mm
4.非线性度：2.70429%
通过实验数据处理得出以上结果，线性误差比较小，从显示图线上可以看出本次实验数据较为精确，究其原因是操作过程比较规范，认真，对实验及仪器的基本原理较为熟悉和理解。
八、实验总结与收获
通过本次实验的学习将硬件与软件结合起来，通过软件虚拟仪器编程实现了涡流位移传感器的数据采集与分析处理的全过程。
掌握了实验的编程、调试、原理以及处理实验数据分析实验结果达到了实验的目的。
虚拟仪器对于日常生产生活的广泛应用激发了向更高级系统的设计与研发的兴趣。