虚拟仪器的应用及发展前景
虚拟仪器技术的现状与前景
和公司 , 很注意 USB 通用串行总线和 IEEE1394 串行 总线虚拟仪器的开发 , 一是因为虚拟仪器系统主控常 采用 PC 机 , 而当今 PC 机已经更多地采用 USB 总线 和 IEEE1394 总线 , 二是因为 USB 总线已经得到 Mi-
crosoft,Sun 和 Digital 等 国 际 著 名 公 司 广 泛 的 支 持 。 USB 和 IEEE1394 的 设 计 出 发 点 不 同 ,IEEEl394 是 一
于开放原则 , 又具有定时与同步精确 、 模块可重复利 用 、 结构紧凑 、 数据吞吐能力强和众多仪器厂家支持 的优点 , 很快得到了广泛应用 。 经过十多年的发展 ,
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图1
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虚拟仪器内部功能划分
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传统仪器 开发与维护费用高 关键是硬件 价格昂贵 厂商定义仪器功能 技术更新周期长 (5‘10 年 ) 封闭 、 固定 功能固定 、 互联有限
abc 测 试 系 统 , 以 GPIB、VXI 、 串 行 口 和 现 场 总 线 等 标准总线仪器为硬件组成的 GPIB 系统 、VXI 系统 、 串 口系统和现场总线系统等多种形式 。 由图 2 可知 , 无
→串口 USB / FireWare 方式 (1999 )的技术路线 。
过去二十多年间 , 科学家与工程师已在自动化仪 器系统中广泛使用通用接口总线 GPIB 。
[4]
GPIB 是为
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
虚拟仪器技术发展前景广阔
虚拟仪器技术发展前景广阔
导语：虚拟仪器技术的概念已经在市场上获得了广泛认同和采用，但是仍然在不断的发展。
获得新的飞越。
这主要得益于硬件和软件两方面：软件方面，labview图形化编程环境已经日益成为最普遍的应用工具。
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。
虚拟仪器技术包括高效的软件、模块化的I/O硬件和用于集成的软硬件平台，拥有性能高、扩展性强、开发时间少、无缝集成等优点。
虚拟仪器技术的概念已经在市场上获得了广泛认同和采用，但是仍然在不断的发展。
获得新的飞越。
这主要得益于硬件和软件两方面：软件方面，labview图形化编程环境已经日益成为最普遍的应用工具。
硬件方面：数据转换器（ADC）、数据总线/总线架构以及处理器技术功不可没。
随着ADC不断进入更多的应用领域，半导体供应商们在该项技术获得了极大的发展，现在ADC不仅能够提供足够的性能，还由于大规模量产获得了低成本优势。
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。
虚拟仪器技术技术特点及发展前景
虚拟仪器技术的技术特点及发展前景探讨摘要：现代工业生产中，一个操作区域内大量具备不同功能的仪器设备分散在不同的地理位置上，不易于操作与维护，因而迫切需要一种能对一个操作区域内仪器设备集中监控的系统。
论文的思想是建立一种通用的基于虚拟仪器开发的自动控制系统，它可以满足同时控制多台设备并从设备中取值到电脑中进行相应的处理的功能。
从而使得大量的人力物力得到节省，并且容易实现实时数据采集和监测。
关键词：仪器仪表；虚拟仪器技术；智能仪表；灵活性；可扩展性；智能系统；网络技术1引言现代生活中，随着科学技术的不断发展，计算机技术的迅速普及，通信技术、仪器技术水平的不断提高，社会生产高度自动化已经成为现实中越来越迫切的需要。
在这种情况下，传统仪器的测量方法已经远远不能满足现实生活的需求，在工程上越来越需要将测试用的电子仪器设备与计算机相连接，从而组成一个由计算机控制的智能系统，即自动测试系统。
其中最重要的一项技术就是虚拟仪器技术。
这种新的测试仪器理念推动传统的测量仪器朝着数字化、智能化、模块化的方向发展。
虚拟仪器将计算机资源与仪器硬件、数字信号处理技术结合，把厂家定义仪器功能的方式转变为由用户自己定义仪器功能。
用户可根据测试的需要，自己设计所需要的仪器系统，利用一种或多种功能的通用模块，调用不同功能的软件模块，组成不同的仪器功能。
在虚拟仪器中，计算机成为仪器的一部分，使得计算机的作用可以得到充分发挥。
2虚拟仪器的基本内涵电子测量仪器发展到今天，其发展过程大致上可以分为四代:模拟仪表、数字化仪表、智能仪表和虚拟仪器。
这4次技术革新具有里程碑式的意义，这4次革新解决了当时的需求和挑战的同时，也孕育着下一次的技术飞跃。
第一代模拟仪表，即磁机械式仪表，相对于数字式仪表而言。
其基本结构是电磁机械式的，借助指针来显示最终结果。
如模拟电压表、模拟电流表、模拟转速表等。
这类仪器仪表常用在要求精度不高、定性指示的场合。
第二代数字化仪表，主要是借助于单片机设计的专用化仪器仪表。
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虚拟仪器的应用及发展前景
作者：王新
来源：《科技与企业》2013年第13期
【摘要】虚拟仪器技术是电子测量技术和计算机技术集成发展的结晶，虚拟仪器代表了现代仪器和测试技术发展的最新方向。
本文着重介绍虚拟仪器的发展和应用，并对虚拟仪器的未来做出理性的分析。
【关键词】虚拟仪器；发展；应用
1.引言
随着计算机技术、大规模集成电路技术和通信技术的飞速发展，电子测量技术领域发生了巨大的变化；仪器结构的日趋复杂，仪器性能的不断提高，仪器的测试技术已成为测量领域的研究重点。
美国国家仪器公司于20世纪80年代中期首先提出基于计算机技术的虚拟仪器的概念，把虚拟测试技术带入了新的发展时期，随后研制和推出了多种总线系统的虚拟仪器。
虚拟仪器技术的提出与发展，标志着21世纪测试技术与仪器技术发展的一个重要方向。
虚拟仪器代表着从传统的以硬件为主的测量系统到以软件为中心的测量系统的根本性改变。
2.仪器发展过程
到目前为止，电子测量仪器的发展大致分为4代，第1代为模拟仪器，如指针式万用表；第2代为数字化仪器，如数字频率计，此类仪器目前应用甚为广泛；第3代是智能仪器，不但可以自动检测，还能处理数据；第4代就是虚拟仪器，完全由计算机控制。
一台独立的装置是传统仪器的特征，传统仪器由操作面板、信号输入端口、检测结果输出等几部分组成。
传统仪器用硬件电路或固化软件实现其功能。
这种只能由仪器厂家来定义、制造的框架式结构决定了传统仪器的用户无法随意更改其结构和功能。
从而也推动了虚拟仪器的面世。
所谓虚拟仪器，就是用户在通用计算机上加上软件和硬件，根据自己的需求定义和设计仪器的测试功能，使得使用者在操作这台计算机时，就像在操作一台他本人设计的专用传统仪器一样。
虚拟仪器由计算机、应用软件和仪器硬件组成。
其核心思想就是利用计算机的软、硬件资源，将原本需要硬件完成的任务软件化，所以应用软件是虚拟仪器的核心。
其硬件系统又分为仪器硬件和计算机硬件。
3.虚拟仪器的应用
随着虚拟仪器的发展，现在根据采用总线方式的不同可以将其分为5类：PC总线-插卡式虚拟仪器、并行口式虚拟仪器、GPIB总线式虚拟仪器、VXI总线式虚拟仪器、PXI总线式虚拟仪器。
其功能和性能不断地提高，虚拟仪器不仅有着比传统仪器更为先进的功能。
虚拟仪器的已经在各个领域得到广泛的应用，例如基于VXI总线的军工虚拟仪器和基于虚拟仪器的边界扫描测试系统等。
（1）虚拟仪器在测量方面的应用。
虚拟仪器系统的开放性和灵活性以及可以与计算机技术发展保持同步，使得它在测量方面不仅能提高精确度，降低成本，还能节省用户的开发时间。
（2）虚拟仪器在监控方面的应用。
用虚拟仪器可以随时采集和记录从传感器传来的数据，并进行统计、数字滤波、频域分析等处理，从而实现监控功能。
这一应用已经在氡室温度监测和水质监测以及锅炉监控等系统中得到充分体现。
（3）虚拟仪器在工程处理中的应用。
在工程处理的每一个阶段，虚拟仪器均能提供出色的服务：从研发、设计到生产测试。
比较典型的是基于LabVIEW的虚拟仪器，它集报警管理、历史数据追踪、安全、网络、工业I/O、企业内部连网等功能于一身。
在生产过程中，这些功能可以轻松地将多种工业设备集成在一起使用，减少传统仪器设备的数目。
（4）虚拟仪器在远程教育方面的应用。
越来越多的教学部门开始用虚拟仪器建立教学系统，不仅节省开支，而且由于虚拟仪器系统具有灵活、可重复利用性强等优点，使得教学方法也更加灵活了。
（5）虚拟仪器报表生成技术的应用。
LabVIEW生成的计量检定报表及访问Access测试信息数据库可以方便快捷的完成出具记录、鉴定报告这一任务。
使得工程技术人员以一定格式的报表形式输出测试结果和测试信息更为方便。
4、虚拟仪器的发展展望
虚拟仪器是与计算机软硬件技术、通信技术及网络技术同步发展的，后者的高速发展给前者提供了广阔的天地。
高效、高速、高精度和高可靠性以及自动化、智能化和网络化的测控仪器即将面世。
虚拟仪器将因为开放式数据采集走上标准化、通用化、系列化和模块化的道路。
4.1虚拟仪器对军事领域的影响
我国虚拟仪器的构想是在我国国防工程核试验中萌发和实现的，由此可见虚拟仪器和军事领域的密切关系。
在虚拟仪器系统中仿真无人飞机、导航和控制。
现代军事野战中，军用电站是强有力的后备军，但是传统仪器不能灵活地对军用电站进行谐波分析。
为了取代EMC系统和谐波分析仪昂贵且功能固化且不能满足不同场合对军用电站
的谐波分析这个问题，我们利用虚拟仪器研发了基于LabWindows/CVI的军用电站谐波分析系统。
这个系统功能可以根据需要扩展，为未来自动化测试奠定了基础。
4.2虚拟仪器在现代农业中的应用前景
虚拟仪器系统可用于农产品的自动检测，农产品自动划分等级，农田的自动化监测以及种子和细胞生物特性的研究。
根据我们在计算机中模拟植物在现实中的生长状况得到的植物形态结构和生长规律，从而更好地提高农产品的质量。
提高农作物产量是农业发展的根本目的。
众所周知，袁隆平院士被称为“杂交水稻之父”，依据他的理论，我们可以通过计算机设计不同的植株并模拟其生长，从而选出理想的植株作为母本造福人类。
现代农业中，已经有中国农业大学研发的精播机虚拟系统和美国基于LabVIEW的自动化灌溉系统这样得到广泛应用的虚拟仪器。
相信虚拟仪器的设计和研发在现代农业中将有着不可估量的作用。
此外，虚拟仪器在汽车、导弹方面也有深远影响。
如汽车的防抱制动系统。
我国自主研发的DASP虚拟仪器产品在1988年用于钱塘江大桥模态试验、1995年用于长三捆运载火箭全箭模态试验、1996年用于“神舟”号载人飞船移动发射平台模态试验、2004年用于航天员超重训练设备臂架系统和2008年用于北京奥运会场馆鸟巢的动态测试都获得了成功。
这些都充分证实了虚拟仪器不可限量的发展前景。
相信在创新的基础上，虚拟仪器将会与物联网和云计算等高端科技集成更高级的仪器并成为未来测量机器的核心。
5.结语
功能和规模固定，只可以连接有限的设备并且技术更新慢，由仪器厂商定义的传统仪器。
由于它复杂的工艺，至今在我国还没有形成一定的规模，大部分依赖进口，这使我国在世界测量仪器市场很被动。
虚拟仪器取代传统仪器已经成为必然。
作为新兴的虚拟仪器，各国都处于研究初期阶段，这给我国提供了一个大好机会，我们应着眼未来，使虚拟仪器在我国有突飞猛进的发展。
参考文献
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[4]徐科军，马修水，李晓林等.传感器与检测技术[M]（第三版）.北京：电子工业出版社，2011：266-271.。