虚拟仪器技术论文精选(九篇)

第1篇：虚拟仪器技术论文范文

【关键词】 虚拟仪器 模拟平台 实验操作 发展趋势

一、虚拟仪器的构成、分类及特点

1.1虚拟仪器构成

虚拟仪器主要由硬件和软件构成，其中硬件是虚拟仪器的基础，主要由电路板和计算机两部分组成；软件是虚拟仪器的核心，在具体利用虚拟仪器进行工作的过程中，主要是通过软件完成基本操作的，进而达到实验的目的，在一定程度上能提高实验效果，并最终完成实验。

1.2虚拟仪器分类

虚拟仪器在使用过程中，通常分为PCI总线--插片型虚拟仪器、并行口式虚拟仪器、GPIB总线方式虚拟仪器、VXI总线方式虚拟仪器和PXI总线方式虚拟仪器。每种类型的虚拟仪器都有自身的特点及功能，在实际应用过程中，应选择适宜的虚拟仪器。

1.3虚拟仪器特点

由于虚拟仪器在使用过程中具有以下主要特点：性能高、拓展性强、应用性强、开发时间短等，虚拟仪器在使用过程中，具有一定的应用价值。无论是在企业还是高校的实际应用中，在一定程度上可以解决硬件仪器不足的缺陷，解决一定的实际问题。各个行业应用虚拟仪器解决实际问题，已经成为社会发展需求。

二、虚拟仪器的现状与发展

2.1虚拟仪器的现状

虚拟仪器的硬件平台、软件技术在应用过程中不断地快速发展。目前的硬件技术主要包括：模拟仪器技术、数字化仪器技术、智能化仪器技术和虚拟仪器技术。从发展路线来看，虚拟仪器有两个发展方向：一个是高性能，低成本的发展方向，即PC插片并口式串口USB式；另一个是高精准度、高速和大型自动化的设备发展方向。

软件技术是其核心，一般都是根据软件需要，结合虚拟仪器方向，由软件工程师利用程序设计语言进行编写程序进而控制，操作人员只要知道具体操作步骤，把需要的连接线按要求进行连接，最终利用计算机进行有效控制，就可经达到实验的预期效果。

2.2虚拟仪器的发展趋势

虚拟仪器的发展依靠计算机技术、通信技术、电子技术的发展。虚拟仪器的应用领域比较广泛，现在很多企业都在发展虚拟仪器，很多企业都在使用虚拟仪器。虚拟仪器主要应用在监控、远程教育、工业控制、电力系统、航空航天等领域。

另外，虚拟仪器在自动化系统、石油化工等领域的应用，促使了虚拟仪器的快速发展，虚拟仪器自动化生产将成为重点研究领域，能为更多的企业进行服务，提高企业工作效率，减少企业投资成本。

三、虚拟仪器在教学系统中的应用

虚拟系统应用领域很广，在虚拟仪器不断发展过程中，虚拟仪器会在各个行业中得到广泛应用，取得一定效果。

虚拟系统在高校教学中的应用，在一定程度上解决了高校硬件资源不足的问题，减少了高校对硬件的投资，提高了学生的实践技能。例如，学生在电工电子基础实验过程中，完全可以通过虚拟仪器，在计算机中进行实验，根据教学中的实验步骤，在教师的指导下，可以顺利完成实验，并且能取得与真实实验相同的实验效果，实验数据。但通过虚拟仪器完成的实验没有真实感，学生没有看到真实的元器件，学生在实际操作过程中，也会出现一定的问题。考虑到这个问题，建议学生首先利用虚拟仪器完成基础实验，对实验的过程有一定的基础，进而再进行真实实验，这样更有助于提高学生的实验效果，加深对理论知识的更深一层的了解，达到了理论与实践相结合的要求，也符合现代高校发展的需要，也有利于高校的进一步发展。

总之，虚拟仪器的应用前景是广泛的，其应用领域也会越来越广，在计算机技术、电子技术、网络技术、通信技术的快速发展过程中，虚拟仪器的硬件技术会不断更新与发展，软件技术也会更加完善，虚拟仪器的智能性必将越来越高，其应用前景是美好而广阔的。

参 考 文 献

[1]基于虚拟仪器的网络测控技术的分析[J]. 李小川. 化工管理. 2016（14）

[2]应怀樵：做中国原创的“虚拟仪器”[J]. 何倩. 科学新闻. 2011（11）

[3]虚拟仪器在计量测试中的应用[J]. 徐军. 信息系统工程. 2013（01）

第2篇：虚拟仪器技术论文范文

关键词：虚拟仪器；信号；展望

中图分类号：TP391.9文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 04-0000-01

Overview of the 30-102 Virtual Instrument Technology Development

Deng Songqing,Wang Yao

(91913 Troop,Dalian116041,China)

Abstract:This paper describes the emergence of virtual instruments,virtual instrument composition and structure,analysis of the advantages of virtual instruments,and the current situation and prospect of virtual instruments briefly.

Keywords:Virtual instrument;Signal;Prospect

一、虚拟仪器的产生

虚拟仪器（Virtual Instrument，简称VI）是利用计算机来管理仪器，组织仪器系统，利用计算机建立的可编程仪器系统。美国国家仪器公司NI（National Instruments）于20世纪八十年代中期首先提出基于计算机技术的虚拟仪器概念。由于没有传统仪器专用的前面板、显示器，所有仪器面板都在监视器上模拟显示，所以称为虚拟仪器。虚拟仪器的出现引发了传统仪器领域的一场变革，利用人的智力资源替代物质资源，虚拟仪器实现了传统仪器、计算机和网络技术融为一体，产生了虚拟测试技术，随后研制和推出了基于多种总线，各个领域应用的虚拟仪器。

二、虚拟仪器组成及结构

虚拟仪器主要由硬件和软件组成。系统硬件组成如下图，硬件主要包括模块化的信号采集与处理，信号转换与测试和集成的硬件平台。模块化的信号采集与处理，信号转换与测试主要将信号转变成利于计算机处理的数字信号。集成的硬件平台是以GPIB、VXI、PXI总线为代表的模块化仪器平台，内建有定时和触发总线，不但可适应简单的数据采集应用，还可适用高端混合信号同步采集。系统软件包括开发平台、总线接口卡驱动程序等。开发平台是虚拟仪器的核心，最典型的有NI公司提供的行业标准图形化编程软件----LabVIEW等，不仅能轻松方便地完成与各种硬件的连接，更能提供强大的数据处理能力，并将处理结果显示出来。

三、虚拟仪器的特点

（一）虚拟仪器技术性能高

虚拟仪器是利用计算机来分析、处理数据，借助计算机计算速率高、处理数据快、存贮容量大的特点，虚拟仪器测量数据可存贮、处理，并可借助Internet实现远程控制。随着产品集中度逐步提升，工程师们需要多种测量功能的仪器来满足完整的测试需求，传统测量仪器无法满足测量要求，虚拟仪器的开发平台可满足多种复杂功能的测量需求，同时还可在开发平台上开发特定需求的虚拟测量仪器。

（二）扩展性强

传统仪器是以硬件为主，智能化的仪器也仅有一些固定性的辅助软件，灵活性不强，可扩展性能差。虚拟仪器软件具有开放性，硬件具有模块化特点，可扩展性强。虚拟仪器可灵活、方便地改变测量仪器的功能、技术性能。以软件为主的虚拟仪器技术为用户提供创新技术，科学家和工程师可根据自身需求组织测量系统而不受仪器厂家定制的测量功能的限制。

（三）开发时间少

传统测量仪器的旋钮、开关、内置电路和用户所使用的功能都是由仪器生产厂家进行专门研制的，传统测量仪器的技术和元件都需专门开发，开发时间长，更新换代慢。NI公司提供的行业标准图形化编程软件----LabVIEW构架能与计算机、仪器仪表和通信等结合在一起。NI虚拟仪器平台为所有I/O装备提供标准的接口，减少了任务的复杂性。测量和控制方案可轻松配置、创建、维护、升级和修改。

四、虚拟仪器现状态及展望

（一）虚拟仪器的现状

近年来，虚拟仪器公司开发了不少虚拟仪器开发软件，建立了数据处理的高级分析库和开发工具库，以便使用者组建自己的虚拟仪器或测试平台，最典型的有NI公司的Lab VIEW软件和Lab Windows/CVI软件，美国HP公司HP-VEE和HPTIG软件，美国Tektronis公司的Ez-Test和Tek-TNS软件。虚拟仪器开发系统不仅适应通用计算机总线系统，如USB总线和IEEE 1394总线，而且建立各种仪表专用的总线系统，如GPIB、VXI和PXI总线。

（二）虚拟仪器的展望

随着科学研究的深入，需要设计、生产检测和诊断维修一体化、标准化的测试系统。在虚拟仪器技术中，应用计算机软件代替传统仪器的某些硬件，并且计算机直接参与测试信号的产生和测量特征的分析，将使虚拟仪器技术智能化、网络化。借助于总线技术的虚拟仪器技术是未来测试技术发展的基本方向。开放式的数据采集标准，将使虚拟仪器走上标准化、通用化、模块化道路。

五、结束语

作为一种以计算机软件为核心的新型仪器系统，虚拟仪器具有功能强、测试精度高、人机界面优异、灵活性强等优点。随着通信技术、网络技术和计算机硬件和虚拟仪器技术的开发软件的发展，虚拟仪器将在测量、控制、信号处理等方面得到广泛的应用和发展。逐步取代传统仪器成为仪器领域的主流，成为测量、分析和控制的基础。

参考文献：

[1]陈尚松，李智,雷加,郭庆.虚拟仪器回顾与展望[J].理论与方法,2009,12:17-26

第3篇：虚拟仪器技术论文范文

关键词 虚拟仪器技术 实验教学 LabVIEW 数据采集卡

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdkz.2017.04.061

Abstract In order to meet the needs of modern information engineering experimental teaching personnel training， improve the diversity， comprehensive and cutting-edge， discusses the technology of virtual instrument software LabVIEW and data acquisition card which based on application to experimental teaching， through the analysis of the actual experimental results， show that the technology has the advantages of simple operation the measurement results and error is small， it is easy to expand the experiment content and cost saving， can be widely popularized and applied in experiment teaching.

Key words Virtual instrument technology； experiment teaching； LabVIEW； data acquisition card

在信息技术高速发展的时代，计算机在科研、教学实验以及工程实践中广泛应用。利用计算机的高集成性、数据处理高速性、系统稳定性以及可扩展性等特点，研究开发出虚拟仪器技术来替代部分传统仪器。虚拟仪器可使用通用的数据采集卡和软件编程平台LabVIEW，只需随时更新集成卡芯片和软件程序则可开发出不同的功能，这一特点也使得虚拟仪器在高等学校信息工程类实验教学中发挥重要作用。

1 虚拟仪器技术介B

虚拟仪器是将LabVIEW软件平台和高性能的硬件相结合，构成功能齐全又易于扩展的基于计算机的测量系统。虚拟仪器主要特点是测量端是在计算机上显示，可用LabVIEW软件随意设置测量的参数和分析数据测量结果，如需提高测量精度，则只需更换数据采集卡中核心芯片即可，更新升级方便。

虚拟仪器基本组成包括PC机、LabVIEW软件、硬件采集模块等。硬件采集模块主要解决数据的输入和输出，软件主要把输入的数据进行分析并用相应的图形显示出来，具体显示何种图像需要在后台进行编程。虚拟仪器应用软件集成了传统仪器的数据采集、系统控制、结果分析和显示界面等功能，使传统仪器或者部分功能都被虚拟仪器所取代。

虚拟仪器把传感器、信号图像处理、电子、通信、仿真、单片机、网络等多项技术相结合，具备强大的集成，其主要优点表现在：（1）改变传统仪器无法更改的现象，用户可自定义，根据实验需求随时添加、删除仪器，或改变仪器部分功能；（2）可以改变传统仪器不能及时的进行数据处理、显示、传输的功能；（3）可减少人为误差、使数据测量精度和测量速度大大提高；（4）传统实验设备只能固定完成设置好的几个实验内容，而虚拟仪器可根据需求随时更换不同的实验内容，扩展方便；（5）可以进行远程监控、测量，实现单台仪器同时对多个不同对象进行远程实时检测；（6）目前国内高校使用的高档数字示波器、高频信号源、频谱仪几乎都是进口设备，且价格昂贵，采用虚拟仪器技术然后配备相应的数据采集卡可弥补这些不足，不仅能达到实验效果还极大地节约了实验室建设经费。

2 虚拟仪器技术解决实验教学中存在的问题

当前企业对理工科毕业生的实际操作能力要求越来越高，而在校学生的动手能力主要是通过实验操作来锻炼，所以对于应用型高校，实验教学的地位甚至高于理论课教学。通过调查研究出传统实验教学中存在的普遍问题，利用虚拟仪器技术可得到极大的改善，具体表现在：

（1）数字电路、模拟电路等用实验箱完成的实验课程，由于具体电路已经焊接并封装到实验箱中，每学期开展的实验项目就是一成不变的，极大地阻碍了学生的创造性思维。而引入虚拟仪器后，学生可以分组任意组合电路，实现课程项目的多样化。

（2）高频电子线路实验、通信原理实验等专业性强，难度大的课程，因为人为的操作，外界环境和影响，较难实现理想的实验现象，学生就不能通过实验来验证理论知识，而虚拟仪器软件中包含有调制解调工具包，包含有模拟和数字两种调制方法，学生可以任意设计调制解调代码和参数，观察调频和鉴频、调幅和检波以及时域和频域波形。

（3）单片机、嵌入式技术实验等内容更新频繁的实验课程，由于计算机运算速度不断加快、单片机设备不断集成化、平均2到3年就有新技术产生，伴随有新的单片机芯片的更新，而虚拟仪器技术只需更新数据采集卡就能和新的单片机芯片兼容进行实验测量。

（4）目前，国内很多高校由于实验场所有限，专业性较强的实验室建设较少，这样学生无论是对理论课知识理解和动手能力的培养都难以达到效果。而把虚拟仪器技术引入实验室后，只需更改后台程序和数据采集卡，就可以把多门实验课程集合到一个实验室，不仅能大大提高实验室的利用率，还节约了成本。

3 虚拟仪器技术实验教学中的应用实例

RLC串联谐振频率的测量是电路基础实验中综合性较强的一个实验项目，下面以本实验为例，来具体说明虚拟仪器的使用方法。

（1）按要求连接好RLC串联谐振电路，将R两端分别连接到数据采集卡的信号线和GND；

（2）把数据采集卡和计算机通过USB接口连接通信，无需安装驱动，可适应多个操作系统，直接由USB供电，简单方便，如图1所示；

（3）打开LabVIEW软件，根据需要添加测试仪器的前面板，本实验添加的是虚拟示波器和虚拟频谱仪，然后进行后台编程，如图2所示；

（4）通过调节输入端信号源的频率，用虚拟仪器显示谐振频率为10Hz，和用实物仪器测量结果一致，如图3所示。

4 结束语

信息工程类课程不仅要求学生了解电路的工作原理和参数计算，更重要的是对学生动手操作、设计以及创新能力等综合素质的培养。而虚拟仪器正是因为其灵活性、集成性和共享性等优点，改变传统实验仪器按部就班的模式，对培养学生的学习兴趣和创新思维能力有极大的帮助，在今后的实验教学中会发挥更加重要的作用。

参考文献

[1] 伍星华，王旭.国内虚拟仪器的应用技术研究现状及展望[J].现代科学仪器，2011.8（4）：112-116.

[2] 张毅刚.虚拟仪器介绍[J].国外电子测量计算，2006.25（6）：1-6.

第4篇：虚拟仪器技术论文范文

关键词：虚拟仪器技术；教学方法；案例教学

虚拟仪器技术是一种涉及电子、数字信号处理、计算机等技术相关专业知识的技术，具有较高的实用性。随着计算机技术和信息技术的不断发展，虚拟仪器技术渐渐成为了实现自动测试相关系统，以及构建现代测量仪器的重要方式之一，受到了相关研究人员和技术人员的青睐和关注。然而，通过对虚拟仪器技术课程的教学情况调研发现，近年来传统的授课方式已经难以适用当前的课程教学，学生对课程教学中教授的大量的模块和指令已失去了学习的兴趣，因此，为了提高教学质量，急需采取新的教学方式。针对这一问题，本文重点讨论了案例教学法在虚拟仪器技术课程中的应用。

一、案例教学法的特点

案例教学法最早可追溯到20世纪初，哈佛大学首次在医疗诊断中采用案例教学法。普遍认为，案例教学法是指教育教育者根据教学目的和要求，选取和设计与教学内容相关的案例，使得学生能够通过该案例，掌握系统的课程知识，进而提高学生能力的一种教学方法。案例教学法相比于传统的教学方法，具有更为明确的教学目的、更强的启发性、客观性、实践性和综合性。

二、应用案例教学法的优势

将案例教学法引入到教学实践中，能够与传统的教学方法相互补充，实现教学相长。虚拟仪器技术课程本身具有较强的实践性，涉及到的理论知识和相关软件较多，理论的复杂难懂以及软件的众多知识点和操作步骤，使得学生很难掌握，且极易降低学生的学习积极性。在开展相关的知识学习之后，教师可将案例引入到教学过程中，则能够实现将复杂的理论知识与实际的案例相结合，构建相关软件的操作技能知识库，并在实践环节，组织学生完成模拟案例，这样不仅能够激发学生的学习兴趣，而且能够引导学生对案例进行思考、分析和讨论。在取得一定的案例教学进展后，教师可通过设计综合性较强的案例，将不同的理论知识和多种应用软件的开发技术结合起来。通过对真实案例的深入讲解和学生的亲自实践，将能够迅速提高学生的学习积极性，开阔学生的思路，帮助学生理解十分复杂的理论知识。

三、案例教学法在虚拟仪器技术课程中的实施

与传统的教学方法相比，案例教学法具有明显优势，但是自身仍存在的一些缺陷，如相同时间内，案例教学法能够教授给学生的知识较少，更多的偏重于实践技能，难以形成较为完整且系统的专业知识等。因此，在虚拟仪器技术课程的案例教学中，需要充分的准备和一定的教学技巧或方式，往往对教师提出了更高的要求。本文从案例教学法的理论准备、案例的选择和设计、案例教学的组织等三个方面探讨了案例教学法在虚拟仪器技术课程中的应用。

1.理论知识准备

虚拟仪器技术课程虽具有较强的实践性，但是在开展实际的案例法教学之前，需要学生能够基本掌握或了解相关的理论知识，如相关的背景知识、图形化的编程语言基本原理等等。在准备理论知识的过程中，通常要求采取教师讲解结合学生思考讨论、由易到难的循序渐进方式进行，将理论知识的准备作为开展案例教学的先导，将能够为后期案例教学的分析和讨论打下坚实的理论基础。例如，课程中涉及到的图形化编程语言，教师可首先讲解较为简单的程序结构、图形显示等，再逐渐增加难度，讲解数字示波器、函数发生器等，使得学生能够不断的掌握编程设计和相应的调试技巧。

2.案例的选择和设计

案例是开展案例教学实践的基础，案例的选择和设计是否合理直接关系着教学的效果是否达到预定的目标，可见，案例的选择和设计是开展案例教学法实践的关键步骤。合理的案例通常具备如下特点：1）能够紧紧围绕教学目标和要求，这样在教学过程中，学生才能够朝着既定的目标进行探索和学习；2）能够将各种理论知识和操作技巧形成知识链，具有较强的启发性，使得学生在参与案例教学实践的时候，能够及时将学到的理论知识和教师讲解的操作技巧付诸实践，进而能够迅速掌握应具备的知识和技能；3）具有较强的操作性，使得学生在充分的思考和分析之后，能够亲自在实践中体验到自主动手的成就感；4）具有一定的吸引力，这样才能让学生在学习中体验乐趣，才能更好的活跃学生的思维，进而达到教育、学习事半功倍的效果。

3.案例教学的组织

与传统的虚拟仪器技术课程教学方法相比，引入案例教学法后，对教师提出了更高的要求，因此，教师在组织案例教学时，需要掌握一定的教学技巧。本文将案例教学的组织过程分为案例讲解阶段和案例讨论阶段。在案例讲解阶段，在讲解案例之前，教师应当首先指出在讲解过程中，学生应当注意的方面和思考的问题，并指出案例讲解完需要讨论的问题；然后，将演示VI案例，在演示案例的过程中，及时指出其中的关键步骤；最后，再对案例涉及到的相关程序进行详细剖析，细致讲解程序中的主要算法和有关注意事项。在案例讨论阶段，教师应当设计与案例相关的具有启发性的问题，引导学生将思维关注到案例的本身性质上，将案例与相应的虚拟仪器技术的相关理论和技巧结合起来，使得学生能够自主利用学到的理论知识来参与案例涉及到的问题。此外，在讨论过程中，还需要鼓励学生大胆发言，激发学生从多个不同角度看待问题的能力和习惯，进而实现对案例中存在问题或疑点的全面深刻思考。

四、结语

虚拟仪器技术课程是一门具有较强实践性的课程，案例教学法的引入不仅能够使得教学方式多样，而且能够极大提高学生的学习兴趣和思考能力，对学生自主学习习惯和创新能力的培养具有重要意义。实践表明，案例教学法在提高教学质量和效果方面发挥了重要作用。

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， 2016 （2）： 4-5.

[2]王敏， 嵇绍春. 案例教学法在文献检索课程教学中的应用[J]. 图书馆理论与实践， 2013 （1）： 101-102.

[3]陈飞， 谢启， 徐伟. 虚拟仪器技术课程建设与实践[J]. 中国教育技术装备， 2016 （12）： 86-88.

第5篇：虚拟仪器技术论文范文

关键词：QTVR技术，全景，对象，场景，虚拟世界，虚拟实验室，虚拟仪器

Application Of QTVR In Physics Experiment Teaching&Studying Online

Wenhuan, Douyiyang

Physics Department of NUSC

Abstract

The topic of this text is the application of QTVR in Physics experiment teaching&studying online. At first, the authors analyze the advantages of QTVR in teaching&studying online. Then with the examples of virtual instruments, we introduce how to apply QTVR technology in our teaching&studying online. We emphasize on the uses of Spin PhotoObject (of Picture Works company ) . In our following work, we will use VR Worx (of VR Toolbox company) to make a virtual lab with virtual instruments inside.

Keywords: QTVR technology, panorama, object, scene, virtual lab and instruments

正文：

QTVR是QuickTime Virtual Reality 的简称，是美国苹果公司Quick Time技术的拓展。它是新一代的、基于静态图象处理的初级虚拟现实技术①。它不需要传统虚拟现实技术所要求的特殊硬件和附属设备，在普通的PC机或Macintosh机上就可产生相当程度的虚拟现实的体验。它不需要进行任何几何造型，只需通过图像采集系统采集真实世界的图像、QTVR系统软件处理离散的图像，即可完成三维空间、三维物体的造型；操纵普通鼠标、键盘即可实现对三维造型的全方位观察。

QTVR有三个核心概念：全景图像（Panoramas），对象（Object），场景（Scene）。全景图像：是空间中的一个视点对周围环境的360度视图，用户可在全景图像的360度范围内任意切换视线，也可在一个视线上改变视角，来获得距离远近的视觉效果。对象（物体）：是从分布在以一件物体为中心的立体360度的球面上的众多视点来看一件物体，从而生成的对一件物体全方位的图像信息。经QTVR系统软件的处理，形成用户可观察的各个视点。场景：利用热点手段将一个或多个全景图像或对象电影进行连接，从而生成的有序集合体。在场景中，用户可在很多全景图像和对象电影中漫游。

虽然是初级的虚拟现实技术，但是QTVR以其独特的技术特色与独特的优势，开创了多媒体技术与仿真技术相结合的新途径，为虚拟现实技术的大众化铺平了道路。尤其重要的是，它的出现使得建立网络虚拟实验室有了广阔的前景②。

身处网络时代，作为物理教学论实验物理方向的学生，我们所关注的问题是QTVR技术能为物理网络实验教学做些什么？ QTVR技术在物理教育领域中已有了广泛的应用，例如虚拟固体物理中的晶格结构、虚拟核物理中的核反应堆等，在这些理论教学中，QTVR技术都有了极为成功的应用范例；但是在网络实验教学方面，国内的QTVR技术应用基本上还处于探索阶段。因此，我们想就这个问题做些探讨。

1978年，在英国牛津召开了一次国际物理教学委员会，讨论的主题是“实验室在物理教育中的作用”。会议认为实验课的作用之一就是学会使用仪器③。可是，传统的物理实验教学存在着不重视仪器使用的问题。有的实验室因为某些实验仪器价格昂贵而无力购买，因此无法开设一些实验；有些仪器不可能拆卸开让学生熟悉内部构造；有些实验因为样品存在危险性，由老师演示学生观摩。以上因素造成学生不能动手实验，这显然是与开展实验的目的相悖的。另外，实验室大多数实验都是采用菜谱式教学方式，也就是给出具体实验步骤，学生依样画葫芦，这就导致学生不重视仪器的构造、功能、和使用方法、参数指标、误差范围等。再者，多数实验的数据采集、数据处理已由计算机系统完成，实验过程比较枯燥，只是机械地重复对几个按钮的操作，学生的兴趣普遍不高。

此外，目前的物理网络教学实验仅提供计算机二维仿真系统，真实感不够强，不能给人以身临其境的感觉。因此，综合以上几个方面的因素，我们考虑在网络实验教学中引入QTVR技术，以期能在一定程度上解决以上问题。

那么，在物理网络实验教学中应用QTVR技术有哪些优势呢？首先，由于QTVR独特的技术特色，使得它在立体空间的展示、立体物体的展示、展品的介绍、虚拟空间的营造与构建、虚拟场景的构造等方面有着独特的优势。教育过程的很重要的一个过程就是呈现知识信息，而QTVR在呈现知识信息方面有着独特的优势④。我们可以为某些仪器创作配以解说词和文字说明的三维旋转体图片，让学生在虚拟的实验室中对虚拟仪器进行随意地旋转和任何视觉角度的观察，以便学生详尽了解仪器的构造、功能和使用方法，同时达到预习实验、复习实验的目的。更重要的是，教师和学生在QTVR创造的虚拟现实环境中，可以沉浸其中，全身心地投入教与学，既生动了课堂教学，又提高了学生的学习效率与积极性。

QTVR制作简单，制作周期较短，制作的可控性也很强，对于物理教师这类非计算机专业人士来说，比较容易掌握其技术；要开发一些简单的实验教学软件应用于网络教学中，也不至于难度太大。

我们初步的工作是制作虚拟仪器，在网上为学生提供真实仪器的各种资料；第二步的工作是构建虚拟实验室，使教师与学生在网上身临其境般地完成教学任务。由于时间有限，目前暂时没能完成第二步的工作，所以在此仅介绍制作虚拟仪器的工作。

接下来要陈述的是我们制作虚拟仪器的工作。

首先，选择实验仪器。我们选择密立根油滴仪、γ能谱仪等仪器。（我们以密立根油滴仪为例，说明制作过程）。

其次，用数字相机获取密立根油滴仪图像。我们使用的是Epson PhotoPC 850Z相机，选择800*600的分辨率，拍下仪器360度自转的照片，总共拍摄二十四张。在拍摄相片的过程中，可为相片配解说词。Epson PhotoPC 850Z相机有在拍摄过程中为相片配录音的功能。

上传图像。用USB电缆（Epson相机自带）连接相机和计算机，使用Epson Photo !3 Ver.1上传图像，并保存。

编辑图象。我们使用Picture Works公司的Spin PhotoObject软件来编辑图像。

Spin PhotoObject的工作界面如下所示：

图一

具体步骤如下：

Browse

将所有图片按顺序编号（一般需三位以上数字）后放在同一目录下，在Browse中选中该目录，此时会将目录中所有文件列出。

Insert

如果需要目录中所有图片，选Insert All，否则选定所需文件后选Insert Selection

Align

观察每一张图片的位置，使之尽量重合。关键是每一张图片的尺寸大小(长和宽)必须一致，如原图片太大需要切割，則每一张图片切割的位置必须完全一致

Crop

调整八个句柄围成的范围大小，其中包含的內容是最后显示的內容

Create

建立输出文档。注意选择播放的尺寸。输出文档可以是QTVR Object Movie(mov)格式、Quicktime(mov)格式、Movie AVI格式、Animated GIF格式等等。其中最常用是mov格式文件，可用Quicktime Player播放器观看(含交互性)，若插入页中，则需要Quicktime Player的插件(Plug In)支持。我们把它插入页中，用Microsoft FrontPage制作网页。包含虚拟仪器的HTML文件的地址A:\VRinstruments.files\VirtualInstruments.htm，打开它，可以浏览我们所制作的虚拟仪器。

下图是用Quicktime Player播放器观看的密立根油滴仪。 

图二 密立根油滴仪

第6篇：虚拟仪器技术论文范文

摘要：本文针对实践教学中受到教学软件和硬件条件的限制，不能满足实践教学的要求，建议加强虚拟仪器的平台建设，提供良好的实验仿真效果和逼真的实验模拟效果。虚拟仪器不但让学生能模拟实验环节，而且让学生充分体验虚拟实验环境，达到提高教学质量，提升科研的便捷性和实用性的目的。

关键词：虚拟仪器；仿真实验；实践教学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）21-0180-02

一、引言

实践教学在教学中具有重要的地位，一方面实践教学可以提高理论教学的深度和广度，另一方面实践教学可以培养学生的实际操作能力，培养合格技术工人和研发人才。实践教学需要一定的仪器设备和实践场地，特别是需要配备与教学配套的仪器和响应的软件。但是受到各方面条件的限制，仪器设备的配置可能不能满足实践教学的要求，需要采用虚拟设备弥补实践条件的不足。同时一些理论知识也无法采用实验仪器进行测量，需要采用虚拟仪器更能方便地显示工程或物理属性的本质。因此，基于虚拟仪器的实践教学平台的建设对提高总体教学质量具有重要的意义。下面先介绍存在的一些问题，然后提出基于虚拟仪器的实践创新平台建设的建议。

二、创新实践平台建设存在的问题

随着高校的大规模扩招，学生的实践资源日益紧张。从学生的实践条件分析，原来可以一人一台的科研仪器可能变成几人公用一台，甚至由于人员太多无法进行对应的实践教学。虽然许多高校近几年购买了许多高精尖的设备，但是实践教学资源的增长远远跟不上学生扩招的数量。因此现教学过程中经常要求多人共同做实验，无法独立完成实验过程，失去独立深入研究的锻炼机会，这些都不利于学生的实际动手能力的提高。一些实践基地同样不能提供如此众多的学生来实践。无论是实践的平台，还是实践的操作仪器，可能都无法供应如此众多的学生来实习。从教师的指导实践能力的角度分析，自从扩招以后，学生的实践教学也可能无法保证一对一的指导，即使满足一对一的指导，指导的时间也大幅下降，不能达到预期的教学效果。教师面对学生人数众多的问题，许多实践指导只能做示范教学，做示范性实验操作。学生实际操作过程中教师的指导工作就减少了，对于一些自觉性较差的学生，极容易造成达不到实践教学的效果。因此，由于实验条件的限制，无法给每个学生配备研究仪器和设备。而开发虚拟实验室，弥补教学资源不足，是一项有效的促进学生教学质量的教学方法。它是与许多相关学科领域交叉、集成的产物。虚拟实验快速、方便、简洁，比较真实地模拟了整个实验的过程，使学生不受时间和空间限制随时可以操作实验，为科研型学生提供了生动、逼真的实验学习环境，在培养科研型学生的实际操作技能方面起到积极的作用，并且可以接触现有条件不能开展的实验，将理论与实践很好地结合起来，实现工科学生应用能力的培养。

三、基于虚拟仪器的实践教学平台

为了解决实验课程和实践课程资源紧张、实验耗材昂贵、大型仪器和精密仪器昂贵的问题，可以采用最新虚拟实验室解决部分实验条件短缺的问题。虚拟实验室可以由计算机构成的网络系统创建虚拟实验室，为实验者提供模拟现实的实验环境，完成类似实际的实验过程，具备实际实验的多感知性、交互性、现实性、开放性和可重复性。所取得的实验效果与真实的实验效果一致，比真实实验环境更利于进行反复验证实验，以致部分虚拟实验效果好于真实的实验效果。对于信息类学生，充分应用虚拟仪器进行实验，得到的仿真结果可以为实际的实验过程做指导。例如射频电路设计中，可以通过虚拟实验得到各种射频电路的仿真效果，然后根据设计的电路进行实际制作，可以减少盲目的实验调试过程。在智能通信的研究过程中，同样可以通过小波分析专用软件、Matlab软件和Simulink等专用分析软件嵌入到应用虚拟仪器中，通过仿真得到信号分析结果，为前期的设计提供必要的理论和仿真论证结果的前期支撑。虚拟仪器能够实现视觉感知、运动感知、嗅觉感知和听觉感知等感知技术，虚拟真实环境，通过对环境中对象的交互操作，使得学生最大限度地进行模拟实验。模拟实验环节错误带来的严重问题，模拟实验环节仪器操作步骤不同带来的不同结果，也可以通过加入不同的实验条件和虚拟实验器件模拟不同的结果，这种开放的交互性虚拟环境，可以加深学生对理论知识的理解，是实际实验过程所无法比拟的，也是虚拟实验的优势所在。对虚拟实验环境，可以在任意时间，在授权的条件下进行，这也是虚拟实验的优势所在，可以有效弥补教学资源不足带来的问题。如电磁场理论就可以采用虚拟仪器进行仿真，得到电场和磁场的相互作用，并且实现电磁场的动态传播特性，这种立体的展示效果可以让学生非常清楚地认识电场产生磁场，磁场反过来又激发电场，并随着时间和空间的推移，电磁场在空间得到传播。在机械动力理论方面也可以用虚拟仪器实现机械结构的相互作用，体现了力和装置的相互作用，这些应用不胜枚举。随着科学技术的飞速发展，虚拟仪器的应用必将得到广泛的应用，提高教学质量，提升科研的便捷性和实用性。

四、总结

本文针对实践教学中受到各方面条件的限制和一些仪器设备的配置可能不能满足实践教学的要求，建议加强虚拟仪器的建设，提供实验仿真和逼真的模拟效果，能模拟实验环节，让学生充分体验虚拟实验环境，达到提高教学质量，提升科研的便捷性和实用性的目的。

参考文献：

[1]教育部.教育部关于做好全日制硕士专业学位学生培养工作的若干意见[Z].教研[2009]1号，2009.

[2]李世彬，苏继红.在学生教育中培养创新精神的基本途径[J].黑龙江高教研究，2006，（11）：68-69.

[3]蒋宗礼.以能力培养为导向提高计算学科教育教学水平[J].中国大学教学，2008，（8）：35-37.

[4]韦化，曾冬梅，秦钢年.实验教学与科研相结合，培养学生的创新能力[J].实验技术与管理，2008，25（5）：31-34.

[5]曹瑞红，包水梅.专业学位学生教育与创新人才培养研究[J].高等理科教育，2009，（06）：61-64.

[6]袁剑波，郑健龙.普通本科院校应用型人才创新能力培养研究[J].高等工程教育研究，2008，（2）：137-140.

[7]付延玲.开发学生创新潜力的探析和思考[J].扬州大学学报（高教研究版）.2008，12（2）：67-69

[8]熊玲，郑枫，李忠.定位、优化及创新DD修订落实学生培养方案的关键[J].教学研究，2009，32（5）：23-25.

[9]白雁，王星，李永强.学生仪器分析课程讲授的改革与实践[J].实验室研究与探索，2011，30（10）：111-113.

[10]姜c.学生创新能力培养初探[J].重庆高教，2009，22（2）：47-48.

收稿日期：2016-11-14

第7篇：虚拟仪器技术论文范文

关键词：高职；虚拟仪器设计与应用；课程设计

1 引言

虚拟仪器（virtual instrumention，简称VI）是基于计算机的仪器，虚拟仪器允许测试人员根据不同的测试要求，通过软件重新定制硬件，创建自定义的解决方案，实现计算机和仪器的密切结合，是仪器发展的一个重要方向。随着电子技术的高速发展，掌握虚拟仪器技术已成为毕业生应具有的、不可缺少的关键技术。高职院校培养高技能实用型人才，教学中需要大量的实训设备，虚拟仪器技术以最少的硬件投资即可改进整个系统，非常适合高职教育体制的实训基地建设。《虚拟仪器设计与应用》课程的设置，能够满足轨道交通等多个行业电子测绘领域高职毕业生培养的需求。

2 《虚拟仪器设计与应用》课程设计

《虚拟仪器设计与应用》课程是我院电子测量与信号监控专业方向的核心课程，课程依托教师自主设计的虚拟综合实训平台，结合校企联合开发的课程项目和实训项目，培养学生在电子测绘、轨道交通等方面职业能力，为电子技术等多门课程提供很好的技术支撑。

2.1 课程内容设计

本课程内容选取前期以Labview基础知识学习为主，后期以项目教学为主，项目以信号发生器等常见仪器设备的开发为主。课程项目根据企业当前所需技术，用传统仪器与虚拟仪器相结合的方法，以地铁轨道信号设备的信号分析、处理及基于声卡的虚拟仪器信号发生器设计等为案例开发。课程教学内容安排顺序，通过简单游戏开发，学习Labview基础知识；设计以声音采集卡为媒介的简易信号发生器；完成多通道数据采集装置的综合项目，从简到难，使学生逐渐掌握虚拟仪器开发流程和设计方法。表1是单元教学的主要内容。

2.2 课程的实践教学平台

2.2.1 虚拟仪器系统构成

以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。图1是常用的虚拟仪器系统方案。虚拟仪器实际上是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。虚拟仪器的研究中涉及的基础理论主要有计算机数据采集和数字信号处理。

2.2.2 虚拟综合实训平台的硬件系统

本课程的实践平台按照图1的虚拟仪器系统而设计，以“NI6221数据采集卡”为核心，以传感器模块，数据处理单元，组成高性能的模块化硬件系统。再结合软件来完成各种测试、测量和自动化系统集成。平台开发以来，在企业项目开发中起到重要的作用，尤其是在数据采集和数字信号处理方面应用较多。平台可以实现通用台式仪器的全部功能以及一些在传统仪器上无法实现的功能。经过多年的教学和总结，该平台目前包括虚拟仪器教学实验箱、USB高精度采集卡和图形化软件开发工具、仿真工具等，此外基于Labview图形化系统的设计，能够辅助完成大部分课程的课堂教学，学生竞赛及科研项目，非常适合高职院校学生的自主学习和技能训练。虚拟综合实训平台的硬件总体框架如下图2，利用模块化硬件，结合软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。软件能帮你创建完全自定义的用户界面，模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成，灵活的可编程软硬件平台满足对同步和定时应用的需求。只有同时拥有软件、模块化IO硬件和用于集成软硬件的平台，才能充分发挥虚拟仪器的优势。

由Labview软件构建虚拟仪器实训系统，将计算机技术应用于物理量的测量中，在实际应用中，平台可以完成多个实训内容，可供电子、通信类专业学生作为设计性、创新性综合实验和毕业设计使用。

2.3 实训内容

课程开发了一系列实践项目，包括：示波器、频谱分析仪、数字电压表、温度测量系统、光强检测与控制系统、红绿灯控制系统、红外传输系统、电机调速与测速开环系统、电子秤设计、步进电机控制与霍尔元件检测、电机调速与测速闭环系统、模拟电梯超重报警系统等。学生可以在实训中完成测试、测量和数字信号分析，从而为嵌入式设计、工业控制以及测试和测量项目开发中提供了一种独特的解决方案。

2.4 课程在高职电子类专业中的定位

在电子测量与信号监控专业方向的培养方案中，本课程是核心课程，该课程在培养目标中起重要的作用，对培养其他岗位能力起着支撑作用，在课程体系中起着呈上启下的核心作用。

3 课程对学生的培养

课程可以提高学生创新能力培养。学生可以完成仪器电路的设计、参数分析与计算，调试与测量，嵌入式技术的学习，掌握并熟练使用各种电子设备及仪器、测量技术等，利用现有计算机资源，Labview图形化软件、数据采集等，完成测试、控制、自动化或者其他创新性的应用开发，全面提升学生的综合素质，学生能够配置、创建、、维护和修改已有的解决方案，掌握仪器定制或自制步骤，面对简单的测试任务，能很快的组建测试系统。

4 总结

高职《虚拟仪器设计与应用》课程设置，适应当前虚拟仪器技术岗位的发展需要，课程就业方向明确，具有很强的可持续发展优势。通过课程，学生掌握了电子测量的新技术和新方法，大大提升学生电路设计和应用能力；课程采用先进的教学手段，使学生初步掌握新技术的数字化仪器仪表的开发流程；借助虚拟综合测试仪平台，学生体验具有先进技术、开放性和高集成可扩展的工作环境，参与企业实际的项目设计；将理论知识学习、实践能力培养和综合素质培养三者紧密结合起来；形成校企联合培养体系，帮助学生获得高质量的动手能力训练，同时平台在实训设备的功能和设计方法、水平方面产生了质的飞跃。

参考文献：

[1] 陈栋，崔秀华.虚拟仪器应用设计[M].西安电子科技大学出版社，2009.

第8篇：虚拟仪器技术论文范文

虚拟实验室是借助于多媒体、仿真和虚拟现实等技术在计算机上营造可辅助、部分替代甚至全部替代传统实验各操作环节的相关软硬件操作环境,实验者可以像在真实的环境中一样完成各种实验项目,所取得的实验效果等价于甚至优于在真实环境中所取得的效果,虚拟实验注重的是实验操作的交互性和实验结果的仿真性,网上虚拟实验室的开发与应用将会对实验教学改革产生变革性的影响。在国外和国内的一些重点院校,虚拟实验室已十分普及。对国内的一般院校而言,虚拟实验室的开发还处于初级阶段．相关技术并不十分成熟,虚拟实验教学还有许多教育、教学、技术上的问题亟待深入研究和解决。

2虚拟实验的实现技术

目前实现虚拟实验技术有很多,各有特点,要根据不同的实验类型及要求,采用不同的相关技术。

2.1VRMLVRML是一种虚拟现实建模语言,用来进行三维场景的描述性语言,是在Internet网上实现全新的虚拟世界空间的关键性技术,具有分布式、交互式、平台无关、三维、多媒体集成等特性,被称为“第二代WEB”。其基本目标是建立Intemet上的交互式三维多媒体,将VRML融合到虚拟实验室中,可以大大增强虚拟实验室的表现力。

2.2JAVAJava是一种广泛使用的网络编程语言,它具有面向对象、分布式、安全跨平台及可移植等特性,并且最大限度地利用了网络,用Java语言开发的软件可以具有可视化、可听化、可操作化的特点。另外,Java还提供了丰富的类库,使程序设计者可以很方便地建立自己的系统。本文前面所提到的国内外的虚拟实验室,大多数都采用了Java语言编程实现。

2.3FlashFlash作为一种矢量多媒体技术,可以用于网络交互动画,它可以开发出具有很强功能交互式网络动画。Flas支持物体拖动操作,可用于虚拟实验室中物体的移动,用Flash制作的虚拟实验交互性非常强。

2.4LabVIEWLabVIEW是美国国家仪器公司(NI公司)推出的功能十分强大的虚拟仪器图形化编程平台,采用图形化编程语言一一G语言,具有面板控件,有数据采集、分析、显示的功能,因而容易实现虚拟仪器的软件功能,还可以实现虚拟仪器的,通过Web浏览器中可以打开和运行虚拟仪器,直接控制服务器端程序的运行,获得实验运行结果。

3虚拟实验在仪器分析教学中的应用

虚拟实验在很大程度上缓解了由于实验条件不足和仪器设备缺乏产生的限制,学生可以利用计算机反复操作仪器,不用担心实验设备的损耗,学校也不必担心设备超负荷运转导致资源浪费。虚拟技术可以将音乐、声效、动画界融合为一体,实现了每个仪器分析实验操作的仿真性和实践性,每一步的操作流程都具有形象直观的特点,充分发挥了相较于传统实验教学方法的优势,使学生能够充分理解和掌握实验操作。

虚拟实验还能够更好地为其他专业服务,集共享性和开放性于一体,各个院系之间都可以进行资源共享与开放,也方便学生利用课余时间开展开放性试验、创新性试验等项目总之“虚拟实验室”在分析仪器,尤其是大型仪器设备中的模拟功能是其他技术所无法比拟和替代的,因此,它对各类院校实验课程,尤其是仪器分析的教学,具有显著、有效的补充和促进作用。

4结语

第9篇：虚拟仪器技术论文范文

关键词：减振，虚拟仪器，LabVIEW

 

0 引言

振动现象是自然界中普遍存在的一种现象，振动问题在工程中是要经常面对地问题，故振动分析已成为各项工程技术研究与设计必不可少的环节。伴随着微电子技术、计算机技术和网络技术的迅速发展及其在电子测量技术领域的应用，测量仪器不断进步，从最初的模拟仪器依次发展到数字化仪器、智能化仪器和最新一代的虚拟仪器。虚拟仪器技术，由用户定义仪器功能，可扩展性强，信号分析及处理能力强。因此，我们设计了以LabVIEW为基础的动力减振实验系统。

1.虚拟仪器技术

1.1虚拟仪器的组成

虚拟仪器以透明的方式把计算机资源(如微处理器、显示器等)和仪器硬件(如A/D、D/A、数字I/O、定时器等)的测量、控制能力结合在一起，通过软件实现对数据的分析处理、表达以及图形化用户接口[1]。这样用户便可以通过友好的图形界面操作这台计算机，就象在操作自己定义、自己设计的一台单个传统仪器一样。

虚拟仪器从功能上划分,可以分为数据采集、数据分析和结果显示三大功能模块；从构成要素讲,它是由计算机、应用软件和仪器硬件组成的；从构成方式讲,则有以DAQ板和信号调理为仪器硬件而组成的PC-DAQ测试系统,以GPIB、VXI、Serial和Fieldbus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。无论哪种VI系统都是将仪器硬件搭载到笔记本电脑、台式PC或工作站等各种计算机平台加上应用软件而构成的。免费论文参考网。

1.2虚拟仪器的优势

虚拟仪器与传统仪器最大的不同之处在于应用的灵活性和功能的可重构性上。在虚拟仪器中，硬件仅仅是为了解决信号的输入、输出，软件才是整个仪器系统的关键，任何一个使用者都可以通过修改软件的方法，很方便的改变、增减仪器系统的功能与规模。虚拟仪器克服了传统仪器的功能在制造时就被限定而不能变动的缺陷，摆脱了由传统硬件构成一件仪器再连接成系统的模式，为用户提供了一个充分发挥自己的才能和想象力的空间。

2.振动的数学模型分析

工程实际中，大量问题不能简化为单自由度系统的振动问题进行分析，而往往需要简化成多自由度系统才能解决。两自由度系统是最简单的多自由度系统。对系统模型的简化、振动微分方程的建立和求解的一般方法以及系统响应表现出来的振动特性等方面，两自由度系统和多自由度系统没有什么本质区别。因此研究两自由度系统是分析和掌握多自由度系统振动特性的基础。免费论文参考网。两自由度系统的运动形态要由两个独立的坐标来确定，需要用两个振动微分方程描述它的运动。建立振动微分方程最常用的方法就是用牛顿第一定律法则进行分析。

在工程中有许多实际系统都可以简化为图1所示的力学模型图。质体m1和m2用弹簧k2联系，而它们与基础分别用弹簧k1和k3联系。假定两质体只沿铅垂方向作往复直线运动，质体m1和m2的任一瞬时位置只要用x1及和x2两个独立坐标就可以确定，因此，系统具有两个自由度。以ml和m2的静平衡位置为坐标原点，在振动的任一瞬时t，m1与m2的位移分别为xl和x2。在质体m1作用谐激振力Qlsinωt。取加速度和力的正方向与坐标正方向一致，根据牛顿第二定律可分别得到质体ml和m2的振动微分方程：

力学模型的振动微分方程为：

（1）

其受迫振动的振幅为：

（2）

当时，得，。

可见选择动力消振器的固有频率时，ml即保持不动，而m2则以频率作的受迫振动。消振器弹簧在下端受到的作用力在任何瞬时恰好与上端的激振力相平衡，因此使m1的振动转移m2上来。

3.减振实验系统的设计

3.1减振实验系统总体设计

整个系统的结构框图如图2所示。它包括振动激励系统、两自由度动力减振振动梁装置、数据采集系统以及包含LabVIEW软件的计算机系统。我们采用框架式结构梁和附梁作为被测件，通过激振器使其产生振动，从而得到它的动态特性。