第7讲 虚拟仪器技术的最新发展与应用
虚拟仪器技术的新发展
制 导 与 控 制 ， 要 从 事 测 试 计 量 技 术 及 自动 化 仪 器 仪 表 、 主 系
Ｋｅ ｗｏ ｄ Ｖｉｔ ｌｉ ｔ ｕ ｅ ， ｒ ｕ ｌｈａ ｄｗａ ｅ， ＸＩ ｙ ｒ ｓ： ｒ ｕａ ｎｓ ｒ ｍ ｎｔ ｖｉｔ ａ ｒ ｒ Ｖ ｂｕｓ ．
引 言
虚 拟 仪 器 是 以一 种 全 新 的理 念 来 设 计 和发 展 的
虚 拟 仪 器 技 术 的 新 进 展
近 年 来 ， 拟 仪 器 因 其 强 大 的性 能 价 格 比优 势 虚 得 到 了广 泛 的应 用 。随 着 一 些 新 的 Ｐ Ｃ技 术 和 数 据 采 集 技 术 逐 渐 应 用 到 ＶＩ中 ， ＶＩ技 术 也 有 了一 些 新
Ｎｅ Ｔｒ ｎｄ ｔ ＸＩ ｕ ｎｄ Ｖｉ ｔ ａ ｎｓ ｒ ｍ ｅ ｃ ｏ ｏ ｙ ｗ ｅ ｏ Ｖ ｂ ｓ ａ ｒ ｕ ｌＩ ｔ ｕ ｎｔ Ｔｅ ｈｎ ｌ ｇ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｖ Ｉ ｔ ｃ ｓｒ ｃ ： ｅ ｈｎｏ ｏ ｓ ｈｏ — ｏｉ ｓ ｉ ｈｅ ｆｅ ｄ ｏ ｅ ｓ ｒ ｍ ｅ ｔ ａ ｄ ｃ ｎｔ ｏｌ ｌ ｇｙ ｉ ｔ ｐ ｎｔ ｎ ｔ ｉ ｌ ｆｍ ａ ｕ ｅ ｎ ｎ ｏ ｒ ，ａｌｏ ｔ ｅ ｓ ｈ ｒ ｓ ａ ｃ ｒ ｔ ｏ ｈｅ ｉ ｔ ｕ ｅ ｔ ｄｅ ｅ ｏｐ ｅ ｔ ａ ｓｇｎ ｒ ｓ ｅ ｌ ． Ｔ ｈ ｓ ｐ — ｅ ｅ ｒ ｈ ｆ ｏｎ ｆ ｔ ｎｓ ｒ ｍ ｎ ｖ ｌ ｍ ｎ ｎｄ ｄｅ ｉ ｅ ｃ ｎｔｙ ｉ ａ ｐ ｒ ｌ ｏｋｓｂａ ｋ ｔ ｅ ｄｅ ｅ ｏｐ ｎｇ ｐ ｏ ｅ ｓ ｏ Ｉｔ ｃ ｅ ｏ ｃ ｈ ｖ ｌ ｉ ｒ ｃ ｓ ｆＶ ｅ ｈｎｏ ｏ ｌ ｇｙ，ａ ｄ ｅ ｏｕ ｎ ｘｐ ｎｄｓ ｔ ｅ ｈｅ ｒ — ｃ ｎｔｄｅ ｌ ｍ ｅ ｆ Ｖ Ｉｔ ｃ ｏｌ ｙ． ｅ ｖｅ ｏｐ ｎｔｏ ｅ ｈｎ ｏｇ
虚拟仪器的开发和应用
户定义 、 造 自己的仪器 系统 提供 了完 美 的解决 途径 。 构 虚 拟仪 器 由硬件 和 软件 两部 分构 成 。 件 由计 算机 和 硬 Ｉ ／ Ｏ接 口设备 组成 ，按 功 能可分 为 ３个 主要 部分 ：① 信 号 输入： 完成 信 号 的 采 集 、 大 和 ＡＤ转 换 ， 被 测 信 号 变 放 ／ 将 成 标 准信 号 （ 一般 用 电 压信 号 ） 以利 于计 算 机处 理 。对 于 多量程 采集 卡 ， 只需 根据 传感 器 输 出选择 量程 即 可 。②信 号 输 出 ：将 计 算机 产 生 的数 字 信 号经 过 信号 调 理 转 换成 适 合 于被 测 系统 的 激励 信 号 。这 两 部 分 由 Ｉ ／ Ｏ接 口设 备
核 心 技 术 『。 拟 技 术 包 括 虚 拟 加 工 、 拟 测 试 、 拟 控 制 １虚 １ 虚 虚 及 虚拟 环境模 拟 。 虚 拟 仪 器 （ ｉ ａ ｉｓｕ ｔｎ 简 称 为 Ｖ ） 虚 拟 技 术 的 ｖ ｔ ｌ ｎｔ ｃ ｏ ， ｒ ｒ ｉ ｕ Ｉ是
一
与传 统 仪器 相 比 ， 拟仪 器具 有下 面一 些 特点 。 虚
个 重要 组成 部 分 。它是 由计 算 机技 术 、 量 技术 和微 电 测
子技 术 高 速发 展 而 孕育 出的 一项 革 命性 技 术 。这 一 创 新
使得 用 户 能够 根 据 自己 的需要 定 义 仪器 功 能 ，而不 象 传 统仪 器 那样 受 到 仪器 厂 家 的 限制 。 虚拟 仪 器 的 出现 彻 底 改变 了传 统 的仪器 方法 ， 辟 了测控 技术 的新 纪元 。 开 虚拟 仪器是 在 以计 算机 为核心 的硬件 平 台上 ，通过 配 置Ｉ ／ Ｏ接 口设 备 ， 将采 集 到的信 号送 往计 算机 ， 利用计 算 机
虚拟仪器技术的构成及发展趋势
虚拟仪器技术的构成及发展趋势本页仅作为文档封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March虚拟仪器技术的构成及发展趋势摘要：上个世纪80年代，美国NI公司的划时代产品LabVIEW诞生，并随后提出“软件就是仪器”的口号，从而开辟了“虚拟仪器技术”的全新测量概念，成为现代测试技术的发展方向。
本文介绍了虚拟仪器技术的定义、特点，构成、以及虚拟仪器系统的发展过程和今后的发展趋势。
关键词：虚拟仪器计算机 LabVIEW I/O 测试技术1.引言虚拟仪器简称VI(Visual Instruments)，是电子测量技术与计算机技术深层次结合的新一代电子仪器。
虚拟仪器就是利用计算机及其测控系统实现传统仪器的功能，并在计算机屏幕上模拟传统仪器的操作面板，实现人机交互，使得人们在操作计算机的同时就像操作自己设计的仪器一样。
虚拟仪器要比传统的电子仪器更为通用，在组建仪器、确定功能和技术更新等方面更为灵活、更为经济，更能适应故障诊断技术对测量技术和测量仪器不断提出的更新、扩展功能和提高性能的要求。
任何测量与控制都离不开仪器仪表,传统的测量仪器模式为:独立的机箱；有面板操作键和旋钮,有信号的输入与输出端口,有测量结果的显示方式，即指针、表头或数码管窗口等。
以往的仪器包括电子测量仪器、分析仪器、生化仪器、医疗电子仪器等称为传统仪器，它的功能和技术指标是由生产厂家定义好的，用户基本上是被动地操作和使用。
计算机机技术的出现和发展，从根本上影响和改变着仪器技术的发展。
由于计算机可以通过其扩展槽、接口板和装置仓等与外部仪器或设备相连接，使外部仪器设备可以共享其丰富的软件资源，这样就大大增加了仪器的功能，提高了仪器的性能。
通过计算机扩展槽或接口板等装置，把计算机的软件资源和硬件资源(数据采集板或模块)与外部的仪器设备连接起来，形成了一类全新的测试仪器设备，人们称这样一种全新的仪器设备为“虚拟仪器”。
虚拟仪器技术在实验教学中的应用
着微 电子 技 术 、计 算 机 技 术 以及 电 子测 试技 术 的迅
猛发 展 而 出现 的新 型 测 试 技 术 。与 传 统 测 量 仪 器 相 比 ，虚 拟 仪 器 的设 计 理 念 、 系统 结 构 和 功 能 定位 等 方 面都 发 生 了 根 本 性 的 变 化 。 传统 测 量 仪 器通 常由三 可 以在 实 验 中 用 计 算 机 虚 拟 出 示 波
器 ，该 示 渡 器 不 仅 具 有 常 规 示 渡 器 的 功 能 ，同 时 还 可 以显 示 、记 录 、存 储 和 打 印 多 通 道 输 入 的波 形 。 对存 储 的曲线可通 过 “ 放 ”功 能显示 在屏幕 上 ， 回
通 过 软 件 和 软 面 板 ，将 由 制造 商 定 义 的 传 统 仪 器 转 变 为 由用 户 定 义 的 、 由计 算 机 软 件 和 硬 件 模 块 组成 的专 用 仪 器 。虚 拟 仪 器 既 可 作 为 单 台 式 测 试 仪 器 使
用 ，又 可 以 构 成 较 为 复 杂 的测 试 系统 ，甚 至 通 过 高 速 计 算 机 网 络 构 成 分 布 式 测 试 系 统 ，进 行 远 程 测
如 Ｌ ｂ Ｅｗ 等 ） ａ ＶＩ ，就 可 以构 成 足 够 数 量 的 虚 拟仪 器 供 学 生 使 用 。另 一 方 面 ，在 同一 台计 算 机 上 ，通 过
操 作 者 的不 同 的定 义 ，可 以虚 拟 出不 同 的仪 器 ．各 仪 器 之 间 还 可 以通 过 不 同 的 窗 口进 行 切 换 ，因 此 ，
信 号 采 集 与 控 制 、信 号 分 析 与 处 理 、测 量结 果表 达 与 输 出量 等 。其 测 量 仪 器 只 能 由制 造 商 来 定 义 与 设
虚拟仪器的应用及发展前景
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。
《虚拟仪器系统》课件
虚拟仪器系统的发展历程
起源
20世纪80年代，随着计算机技 术的不断发展，人们开始尝试 将计算机应用于测试和测量领
域。
发展阶段
20世纪90年代，随着计算机性 能的提高和软件技术的不断发 展，虚拟仪器系统开始得到广 泛应用。
当前状况
目前，虚拟仪器系统已经成为 测试和测量领域的主流技术之 一，被广泛应用于各种领域。
远程控制技术
远程控制技术是虚拟仪器系统 的关键技术之一，它负责实现
远程控制和监测功能。
远程控制技术需要具备跨网络 、安全可靠和实时性等特点， 以便在不同的地理位置和网络 环境下进行远程控制和监测。
远程控制技术还需要支持多种 通信协议和数据格式，以便与 各种设备和系统进行无缝集成 。
远程控制技术还需要提供易于 使用的API和用户界面，以便开 发人员能够快速地构建远程控 制应用程序。
随着测试数据的不断增加，如何高 效地处理和分析数据成为虚拟仪器
系统面临的技术挑战之一。
B
C
D
可靠性和稳定性
在长时间运行和高负载测试环境下，虚拟 仪器系统需要具备高可靠性和稳定性。
标准化和互操作性
为了实现不同虚拟仪器系统之间的互操作 和数据共享，需要制定统一的标准化规范 。
虚拟仪器系统的应用前景
工业自动化
虚拟仪器驱动技术还需要支持多种通 信协议和数据格式，以便与各种硬件 设备进行无缝集成。
虚拟仪器驱动技术需要具备跨平台、 可移植性和可扩展性等特点，以便在 不同的操作系统和硬件平台上运行。
虚拟仪器驱动技术还需要提供易于使 用的API和用户界面，以便开发人员 能够快速地构建虚拟仪器应用程序。
信号处理技术
数据库管理技术
数据库管理技术是虚拟仪器系 统的关键技术之一，它负责对 各种数据进行分析、处理和管 理。
虚拟仪器的原理及发展
虚拟仪器的原理及发展引言电子测试仪器是电子行业的基础，它在电子行业中长期占据着十分重要的地位，它是一个时代的电子行业发展水平的标志，并随着科学技术的发展而不断地更新变化着。
传统的测试仪器由于功能固定，研制生产周期长等缺点，越来越不能满足信息时代的要求。
这就给一种新型的测量仪器提供了极大的发展空间，由于其硬件结构简单，以软件为主实现各种功能，且随计算机的发展不断提高其性能，具有很强的适应性，所以越来越引起世人的高度关注。
本文就虚拟仪器的产生、发展过程、结构原理、性能特点及应用等方面进行详细的介绍，使读者对虚拟仪器有更深入地了解。
1、虚拟仪器的发展主要利用PC技术，只是添加A/D及D/A变换等少许硬件和以软件为主的仪器称为虚拟仪器。
虚拟仪器通过应用程序将通用计算机与功能化硬件结合起来，用户可通过友好的图形界面来操作计算机，就像在操作自己定义、自己设计的一台仪器一样，从而完成对被测试量的采集、分析、判断、显示、数据储存等。
它是在 PC技术的基础上发展起来的，能在数据导入磁盘的同时，实时地进行复杂的分析。
具有高效的性能、强大的扩展功能、节约开发时间，以及完美的集成性能等技术优势。
早在八十年代初，就有人以个人计算机为基础，在微机内部增加一些插件或外附插件箱，将各种测量电路插件接于PC内部总线，加上某些软件来实现传统仪器的功能，这种仪器称为PC仪器或个人仪器。
因为计算机系统的硬软件资源可代替一般自动测试系统和智能仪表中的微处理器、存储器、接口电路和显示器，因而减少了仪器的许多硬件，降低了仪器成本，而且无需对每一种新仪表都从头开始设计，所以该方案一经提出就在仪表界引起极大的轰动。
随着VXI（开放式测量系统）总线系统问世以及PC机的结构的变化，不断推动了虚拟仪表发展。
VXI总线标准是一种全开放型卡式仪表标准，具有灵活适用、性能先进、高速运行、小型便携的特点，适用于模块化设计仪表。
PC机微处理器CPU速度不断提高、采用流水线、RISC结构，大大地提高了测试系统的数值处理能力。
不断发展中的虚拟仪器技术
不断发展中的虚拟仪器技术摘要:虚拟仪器技术是一项涉及多种技术领域的综合性技术。
本文介绍了虚拟仪器的优点、类型、组成及发展趋势,并简要介绍了虚拟仪器软件LabVIEW。
关键词:虚拟仪器软件硬件Labview传统的测控仪器以硬件为主,价格贵、功能不易扩展、技术更新慢、开发维护费用高。
在这种情况下近年产生出了虚拟仪器,它是在软硬件结合的方式下,利用计算机实现的一种仪器系统。
它实质上是利用计算机来模拟传统仪器的控制面板,利用硬件完成信号的采集、测量和调理,用专用的虚拟仪器设计与分析软件对所采集的各种信号数据进行运算、分析和处理,从而完成各种测试功能的一种计算机系统。
1 虚拟仪器、开发软件及发展趋势1.1 虚拟仪器概述1.1.1 概念虚拟仪器(Virtual Instrument)就是通过计算机加上特定的硬件设备,以及为实现特定功能而编制的软件而形成的既有普通仪器的功能,又具有一般仪器所没有的特殊功能的新型仪器。
在虚拟仪器中硬件不再是主体,它的作用主要是实现信号的输入输出,而对信号的分析、计算和统计等繁杂的工作都交由软件处理。
利用计算机处理器高速的运算,将结果呈现出来。
虚拟仪器实质上是一种创新的仪器设计思想,而非一种具体的仪器。
虚拟仪器可以有各种各样的形式,完全取决于构成仪器数据采集单元的硬件类型,但相同的一点是,虚拟仪器离不开计算机,软件是虚拟仪器设计中最重要,也是最复杂的部分。
1.1.2 虚拟仪器技术的应用虚拟仪器技术应用前景广泛。
总体上说,虚拟仪器是测量/测试领域的一个创新概念,适应了现代测试系统网络化、智能化发展趋势。
它在工业自动化、仪器制造和实验室方面有广泛的应用。
1.1.3 虚拟仪器的优点虚拟仪器作为一种新型的仪器种类,具有以下优点:(1)丰富和增强了传统仪器的功能。
虚拟仪器将信号分析、显示、存储、打印和其他管理集中交给计算机来处理,使得组建系统变得更加灵活、简单。
(2)突出了“软件就是仪器”。