虚拟仪器

摘要:本文描述了基于虚拟仪器思想在实际测控系统中的应用。通过选用多功能数据采集卡和信号调理电路组成自动测试系统,软件开发以专业测控工具LabWindows/CVI为平台,实现了数据采集、分析和处理。使整个测控系统既经济又便于操作,同时易于改进和功能扩展。同时,与基于传统的开发平台的测控系统进行了比较。 　　关键词:虚拟仪器;Labwindows/CVI;数据采集 　　 　　1、引言 　　 　　虚拟仪器是以一种全新的理念来设计和发展的仪器,它是20世纪90年代发展起来的一项新技术。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自动测试、过程控制、仪器设计、数据分析和自动化的应用。灵活高效的软件能帮助您创建完全自定义的用户界面,其基本思想是在仪器设计或测试系统中尽可能用软件代替硬件,即“软件就是仪器”,它是在通用计算机平台上,根据用户需求来定义和设计仪器的测试功能,其实质是充分利用计算机的最新技术来实现和扩展传统仪器的功能,这种测试仪器的硬件功能软件化,给测试仪器带来了深刻的变化,因此虚拟仪器代表了当前测试仪器发展的方向之一。 　　 　　2、虚拟仪器的特点和构成 　　 　　2.1虚拟仪器的特点 　　与传统仪器相比,虚拟仪器具有高效、开放、易用灵活、功能强大、性价比高、可操作性好等明显优点。 　　 　　2.2虚拟仪器的构成 　　虚拟仪器的构建主要从硬件电路的设计、软件开发与设计两个方面考虑。 　　根据目前我们所完成的测试设备,硬件电路的设计一般是选择现有的各种不同功能的板卡以及信号调理板来搭建。所选用板卡的功能包括:高速数据采集和信号转换;信号输出与控制;数据的A/D转换。将具有一种或多种功能的板卡结合信号调理板组建起来,就能构成任何一种虚拟仪器。例如使用高速数据采集板卡和高速实时数据处理就能构成1台示波器、1台数字化仪或 1台频谱分析仪;使用数字量信号输入/输出板卡和实时数据处理就能构成1台函数发生器、1台信号源或1台控制器。 　　 　　3、虚拟仪器在实际测控系统中的应用 　　 　　3.1虚拟仪器在航空机载电子测控系统中的应用 　　测控系统在航空机载成件中起着举足轻重的作用,提高和完善测控系统的精度和测试能力对于整个飞机性能分析具有重要的意义。我们主要完成了基于虚拟仪器的各型继电器盒、各型开关盒测控系统的测试。使用数字采集板及工控机并在LabWindows/CVI开发平台中实现了对整个测试的电压采集、对各型继电器盒的逻辑状态及延时时间进行输出存储和分析。　　3.1.1 测试系统组成 　　整个测控系统由美国NI公司的LabWindows/CVI8.0,研华的1块PCI_1751 48路数字量输入/输出板,2块PCI_1754 64路数字量输入板、2块PCLD_785B 24通道继电器输出板、6块PCLD_782 24通道光电隔离数字量输入板,1块PCL_818L 16通道A/D转换板、若干信号调理板及工控机组成。 　　测控系统的数据采集和处理采用虚拟仪器测量平台。测控部分主要作用是参与被测产品的控制、测试数据处理和量化,驱动测试数据显示;工控机通过数字量输出板,经继电器输出板变换为被测产品的模拟控制信号;从被测产品采集来的电气逻辑信号经光电隔离数字量输入板转换为数字量信号,通过数字量输入板输至工控机;另外,利用A/D转换板来显示电压;利用系统时钟来完成被测产品的时间继电器延时时间的测试。 　　3.1.2 基于虚拟仪器的航空机载电子系统测控平台 　　该平台整体系统采用美国国家仪器公司的虚拟仪器专用开发平台LabWindows/CVI系统。由于CVI在标准C语言(Ansi C)的基础上增加了仪器控制和工具函数库的虚拟仪器开发软件,它的集成化开发平台、交互式编程方法、丰富的面板功能和库函数使其自身功能更加强大,应用更加方便,界面完全能够虚拟真实实物进行设计,使得人机对话界面直观、友好。 　　由于测试的产品种类多,归属性强,因此系统测控平台的用户界面采用下拉菜单式,所需测试的产品一目了然,选用方便。 　　 　　3.2基于虚拟仪器的测控平台在测控系统中的应用所使用的几个关键技术 　　3.2.1 通过采用系统时钟的方法提高软件测时时间 　　在测试过程中要获得延时继电器的时间,一种方法是采用定时器/计数器板专门进行计数,另一种方法是采用系统时钟进行计数。由于所需测试的时间为秒级,要求误差为20%,采用后一种方法完全能达到,一是可以节约成本,二是选购的计算机可不必多配置一个插槽,节省了空间。在程序中使用了以下函数来获取高精度时间,它的精度可以达到毫秒级。 　　3.2.2 在测控系统中运用了数据库管理技术 　　由于Lab Windows/CVI开发平台能够方便使用NI公司开发的SQL工具包,使得大量的测试数据能够以数据库的形式存储、查询。 　　在测控系统中,可以通过所设置的产品名称、件号、时间、测试结果、温湿度、试验者、质控者等字段来进行保存,完成了一套产品的履历记录,通过查询产品的件号、时间等就可以调出每个产品的测试记录,这样就解脱了人工管理的诸多不便,提高了工作效率。 　　3.2.3 调用ActiveX自动化编程技术并打印生成了Excel表格 　　ActiveX自动化是一种能将单个应用程序和其他应用程序结合在一起的方法。通过Lab Windows/CVI提供的ActiveX控件可以直接调用Excel程序,并使用这些控件提供的函数对从Excel表格进行操作,从数据库中读取测试数据,转换并填入单元格,最后自动生成产品正式履历表并进行打印。 　　 　　3.3 基于虚拟仪器的测控平台与一般测控平台比较 　　采用LabWindows/CVI开发工具使得不同的信号可以统一在同一个程序里面实现方便的采集与保存。继电器盒测试系统以前有一个运用Visual C++开发的测试平台,和基于虚拟仪器的测控平台相比,它们在本系统中功能的实现和维护都存在很大的差距。 　　首先运用Visual C++开发的测试平台不如使用LabWindows/CVI开发的基于虚拟仪器的测控平台简单方便[url=http://www.dttjf.c

虚拟仪器技术将成为测试测量行业的主流 　 自二十世纪八十年代中期以来，虚拟仪器技术已结合了模块化硬件、开发软件和PC技术，从而使用户可通过软件来建立自定义的仪器。软件定义比厂商定义台式仪器功能的方式通测仪器有更大的灵活性，并且由于基于PC技术，所以能以更快的速度实现高级的功能。 如今在测试应用中使用虚拟仪器技术已成为主流。绝大多数测试行业已接受虚拟仪器技术的概念，或者倾向于采用虚拟仪器技术。例如，具有代表性的美国军方虽然不是技术趋势的领导者，但也在广泛地使用虚拟仪器技术。作为世界上最大的ATE(自动化测试设备)独立用户，美国国防部已在他们所推动的综合性仪器中采用了基于软件的仪器概念。在向国会提交的报告中，国防部指出：“在开发综合性仪器时，采用新近的商业化技术能实时地配置仪器以实现各种测试功能......单个综合性仪器可以代替多个独立仪器的功能，从而减小了后勤装备的体积并解决了设备过时的问题。”。综合性仪器和虚拟仪器技术具有商业化硬件和软件处理特性，把这两者结合起来能建立用户自定义的仪器。 目前，数千家大型的公司已经开始使用虚拟仪器技术。仅在生产检测中许多厂商已在关键性项目、大规模产品检测应用中使用虚拟仪器技术的硬件和软件。而在工业领域，虚拟仪器技术已被用于自动化石油钻探和提炼，生产中的机器控制，甚至是核反应堆的控制。 传统仪器和革新者的难题 正如ClaytonChristensen在同名的书中所描述的，传统仪器在此同时会遭遇“革新者的难题”。Christensen是这样描述这一现象的：新的具有突破性的技术会改变市场的前景并最终推翻市场领导者的地位。事实上，Christensen认为在市场领导者的地位被新技术推翻后就很难再领导市场了。在测试和测量领域中，传统仪器通过使用已有的架构来提高测量的性能并沿着这样方向不断进行革新。而在虚拟仪器技术出现的早期，由于它的测量性能比较低，因此在这种情况下，这些突破性技术对于传统仪器厂商并没有带来多大威胁，所以他们很大程度上忽视了虚拟仪器技术的存在。然而到了二十世纪八十年代的晚期和九十年代的早期，虚拟仪器技术开始应用于需要灵活性的测量中，而这些应用通过传统的方式是无法实现的。到了九十年代末和二十一世纪，随着PC处理器和商业化半导体的性能和精度的进一步提高，虚拟仪器技术的测量性能已比原来提高了许多。现在，虚拟仪器技术可以和传统仪器的测量性能相当，甚至超过它们，而且还具有更高的数据传输率、灵活性、可扩展性以及更低的系统成本。 为了证明在消费品市场中“革新者难题”这一原则，我们可以比较一下MP3和传统播放通测仪器媒介，如CD。开始的时候传统音频设备制造商并没有意识到MP3播放器的威胁——毕竟MP3降低了声音的质量，并且在播放时您还需要PC和专门的软件。而另一方面，CD播放器则容易使用并有专门的操作接口(按钮和旋钮)。然而由于MP3具有易于共享和便于携带的优势，所以尽管它有缺点，在诞生初期仍然被一些用户所推崇。随着时间的推移，MP3的质量已经可以接受并且播放MP3的软件也有了极大的发展。现在MP3已成为了主流，并且对传统的音频记录和播放行业造成了巨大的威胁。 尽管许多传统的播放器厂商最终通过开发出具有MP3功能的播放器以转向采用这一突破性技术(近来Sony推出了MP3W通测仪器alkman)，但是新的市场已被先推出MP3技术的公司所领导。例如，Apple已占据了基于硬盘音乐播放器销售量的82%。 在测试测量市场，行业领导者安捷伦已同样开始采用虚拟仪器技术的概念。例如，安捷伦最近推出的产品包括一套基于以太网的“综合性仪器”以及能兼容PXI的任意波形发生器，而PXI是工业标准的虚拟仪器技术平台。近来安捷伦的JohnStratton也表示支持软件定义的综合性仪器概念：“和目前标准的采用机架解决方案相比，另一种方案是使用综合性仪器。综合性仪器采用软件算法和硬件模块来代替分离的测试单元。”。在最近召开的投资者大会上，安捷伦的首席运营官BillSullivan提出，“转向使用基于软件配置的模块化仪器，能让用户轻松地进行重复配置和重复使用，这将是测试和测量未来的发展方向”。 PC性能不断革新并降低了成本 在过去二十年里，PC的性能已提高了10,000倍，其它任何商业化技术都不曾有过这样高的性能增长。由于虚拟仪器技术采用PC处理器来进行测量分析，每次随着新一代PC处理器的出现，使用虚拟仪器技术就可以实现新的应用。例如，目前的3GHzPC可用来进行复杂的频域和调制分析以用于通信测试应用。使用1990年的PC(Intel386/16)，65,000个点的FFT(快速傅立叶变换，用于频谱分析的基本测量)需要1100秒。而现在使用3.4GHz的P4计算机实现相同的FFT只需要约0.8秒。 与此同时，硬盘、显示和总线带宽也有类似的性能提高。新一代的高速PC总线PCIExpress能提供的带宽高达3.2GBytes/s，从而可以利用PC架构来实现超高带宽的测量。某些厂商声称高速内部总线将会让位给如以太网和USB这样的外部总线。尽管毋庸置疑这些外部总线适合某些特定的应用需求(如以太网适用于分布系统而USB易于进行桌面连接)，但是同样也有高速的数据传输速率需求。例如，一个100MS/s的14位IF数字化仪能生成200MB/s的数据，这将高于千兆以太网的80MB/s带宽。基于这样的原因，您不会在市场看到有任何以太网的视频卡；甚至是千兆的网络也比PCIExpress慢30倍。实际上千兆以太网接口和其它外设是通过PCIExpress和CPU相连。虚拟仪器技术的基于软件的方式可以在应用软件中对总线进行抽象，从而利用所有这些总线——PCI，PCIExpress，USB和以太网。 许多传统仪器厂商采用在仪器中嵌通测仪器入PC的方式来解决这一问题。这些仪器通常有一个嵌入式仪器处理器和一个通过内部总线和仪器盒相连的标准PC主板。然而，这种方式就损失了PC技术的两个关键优势——一是像Dell这种桌面PC厂商的规模经济优势，二是能轻松地升级PC从而对测量性能进行大幅度的提高。大多数示波器的使用寿命为5到20年，而一台用了20年的PC早已没有了使用价值。此外，如图1所示，这些设备的功能还基本上是由厂商定义的——用户无法利用设备中的固件来自定义测量的功能。

大家谈谈——虚拟仪器的前景虚拟仪器及技术随着低成本高性能的计算机资源普及运用，数字化测量平台逐渐成为测量仪器的基础。在20世纪80年代末美国研制成功虚拟仪器，代表了仪器发展的一种新方向。虚拟仪器是计算机技术与电子仪器相结合而产生的一种新的仪器模式，它通常是由个人计算机、模块化的功能硬件与用于数据分析、过程通信及图形用户界面的应用软件有机结合构成，使计算机成为一个具有各种测量功能的数字化测量平台。它利用软件在屏幕上生成各种仪器面板，完成对数据的处理、表达、传送、存储、显示等功能。

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应怀樵与虚拟仪器的缘分彷佛是早已注定的。几十年来，他致力于信号处理、虚拟仪器、测控技术、振动与噪声控制等领域的研究，自主创新研发完成DASP虚拟仪器库和INV系列虚拟仪器——移动实验室，被学术界称为“中国虚拟仪器之父”。然而，每当荣誉和赞美涌向他时，他却总是那样淡淡的一句话：“我所做的一切都是为了让我国具有自主知识产权的科学仪器登上国际领奖台，并改变国人使用外国仪器的习惯，是希望让中国自主创新的信号处理与虚拟仪器技术走出国门，达到世界普及，并希望让中国的振动与噪声技术能够朝着更开阔的方向发展。”　　突破十大世界性难题　　应怀樵是我国最早提出“虚拟仪器”构想、最早提出和实现“用软件制造仪器”，“用软硬件相结合”来取代传统的主要由硬件组成的模拟式仪器的学者。丰硕的成果源于扎实的积累。1965年，他参加国防核爆炸防护工程课题——地下铁道核爆炸震动噪声与动力学测试分析的研究，发现用硬件设备无法获得道床的下沉残余位移（0Hz）。1973年开始自行尝试用数字计算机的软件数字积分与频谱分析取代传统硬件的方法解决该难题，于1979年获得成功。这是虚拟仪器模块应用的最早成功范例。同年，在国防科委召开的核试验全国防护工程学术会（保密会）上，原创提出虚拟仪器的核心概念——“软件制造仪器”，获得主持会议的力学所所长郑哲敏院士、清华副校长张维院士、同济校长李国豪院士的赞扬和支持，并与7年后美国NI公司“软件是仪器”的概念不谋而合。1993年，由他主持研制的INV306虚拟仪器参加加拿大多伦多市的新技术展览会，赢得高度赞誉，列表扬名单第一名。　　虚拟仪器发展中有许多技术难题，但是应怀樵总是看准了方向便勇往直前。他不仅创办了东方振动与噪声技术研究所（简称东方所），研发了DASP和INV系列虚拟仪器库系统，实现了“把实验室拎着走”的理念，取得100多项创新技术。更为难能可贵的是，应怀樵及其团队还研制攻克了十大世界性技术难题，使我国虚拟仪器和动态测试分析仪器的性能从一般的低精度低档次测量仪器跃入了高端高精度测量仪器的领先水平。　　一、基于平台式设计的虚拟仪器库技术。应怀樵课题组研究的DASP虚拟仪器库系统是我国开发最早的虚拟仪器库系统。早在1979年，应怀樵就原创性地提出虚拟仪器的核心概念——“软件制造仪器，用软硬件结合取代主要由硬件构成的传统仪器”，这一具有里程碑式划时代意义的新路线对仪器制造业和测试技术界科学仪器、分析仪器、高端仪器及各种电子测量仪器会产生巨大影响，还能实现一些硬件实现不了的功能（如超低频和0Hz的积分器），对科学研究和国民经济有深远影响。1985年，他提出“把实验室拎着走”的目标，并研制成功中国第一台虚拟仪器，成功应用于杭州钱塘江大桥的火箭激励模态试验。1993年，随北京新技术展览会到加拿大展出，获得表扬名单第一名，1995年用于“长三捆”火箭全箭模态试验获得成功，1996年用于神舟号载人飞船移动发射平台模态试验获得成功，2004年用于航天员超重训练设备臂架系统模态分析获得成功。实践证明，这是功能最完善、技术水平最高，且完全具有民族自主知识产权的一套虚拟仪器系统，代表了我国在虚拟仪器研发方面的最高水平。　　二、变时基（VTB）传递函数（导纳）测量分析方法。变时基技术相对于国内外传统的等时基方法，能显著提高瞬态激励测试结果的精度与稳定性。目前，此项技术结合弹性聚能力锤，成功解决了大型低频结构锤击模态试验问题，达到国际领先水平，已获国家发明专利。已完成神舟飞船750吨移动发射平台模态试验、“长三捆”大型运载火箭模态试验、乌海黄河大桥模态试验、航天员超重训练机模态试验等数十项国家重点项目，效果良好。　　三、高精度频率、幅值、相位和阻尼测量技术。东方所原创的高精度频率计和幅值计，克服了FFT频率分析中频率步进值的限制和泄漏的影响，软件本身的频率与幅值均可达到十进制12~14位数字测量精度，已经相当于并可同时替代高端频率计和电压表等硬件设备，目前已经在中国计量院等单位推广使用，比国外常规方法提高精度100万倍，而单从硬件看也能提高精度100倍，能把仪器的硬件频率精度从十进制5~6位提高到7~8位。这一技术使虚拟仪器从一般低精度仪器进入高端科学仪器的行列，具有重大国际影响力。　　四、超低频信号快速测量技术。对于超低频信号（0.1Hz~0.00001Hz）的准确测定，尤其对于频率未知的情况，常规测量需要非常长的时间才可以完成，而东方所的方法，则可以实现仅仅测量1/4甚至更少周期的信号即可获取准确的频率、幅值、相位和失真度等参数，使得超低频信号得到快速测量，填补国内外空白。对于100秒周期的低频率信号测试，仅需2~3分钟即可同时得到频率、幅值、失真度相位和传感器标定灵敏度等参数，比起类似的美国HP35670仪器，时间缩短为原来的1/20，并且后者还不具备多种参数同时测量的功能。　　五、倒熵谱分析方法。采用倒熵谱分析是频谱的再次谱分析，可大幅度提高频率分辨率，特别是对短时间序列具有更好的效果，比国外提出的LPC法可靠，已得到国内外专家肯定，达到倒谱分析的国际领先水平。　　六、FFT/FT分析方法。FFT变换虽然大大提高了运算速度但是频率分辨率受到了限制，对于有限长信号，FFT/FT则可以进行无限细化，可得到主要频率、成分精度很高的频率、幅值和相位，是目前频谱细化的主要方法之一。　　七、振动全息AVD“一入三出”实时测试分析创新技术。长期以来国内外对连续实时数据的微积分一直没有解决办法，应教授课题组创新提出了全程微积分方法。该方法尤其适合于连续采集的时间序列，充分考虑全程波形的特征，有效避免传统微积分的缺陷，使得在长时间连续信号采集过程中，创新虚拟通道技术，可实时得到一二次微积分后的准确波形，实现AVD“一入三出”振动全息实时动态连续测量。　　八、自动化模态分析方法。模态试验和分析由于包含较多的技术内容，通常操作比较复杂，需要操作人员具有相当丰富的理论知识和工程经验，才可以获取较为准确的结果，但是通过自动化模态分析手段，一般工程人员通过简单操作即可获得专家级的模态分析结果。　　九、24位“双核”变幅基A/D高精度超量程160dB数采仪技术。24位双核采集仪具有160dB的超宽量程范围，既保证大信号不会出现过载而导致试验失败，又可同时保证微弱信号不会因为欠载而导致信噪比不足。因此不用考虑仪器档位问题，更适合具有特殊要求的高难度试验。　　十、突破了传递函数的测试及实时控制和反演关键技术，为提高仪器测量精度和范围开辟了新途径。　　传递函数的测试及实时控制和反演是一项世界难题。提出由软件构成的在数采过程中实时快速精确测试幅频相频曲线，并通过YSL专门技术实时实现传递函数的控制和反演，已在DASP软件中取得成功应用。此技术可以大大扩展仪器的频率测试范围，提高测试精度，极具国际竞争力。此项技术是2010年12月9日提出，12月24日完成的，使得中美两国共同创造的虚拟仪器达到可以问鼎诺贝尔物理奖的具有世界性重大意义的成果。其意义可与光纤之父诺奖得主高锟教授的“光纤通信”的成果相提并论。　　实践证明，“软件制造仪器”省掉大量昂贵和笨重的硬件材料和人力物力、设备、厂房及能源，便于生产、携带，通过网络传输还能实现“云智慧”科学仪器。目前，已广泛用于国防军工、航天航空等许多部门，参与完成火箭、神舟飞船、大桥高层建筑和大型机械设备等上百项国家重大工程项目的测试，实现了许多常规仪器和硬件无法实现的功能。据不完全统计，东方所已有2000多家用户，累计经济效益超过1亿元，为国家节省外汇约数亿美元。其经济价值按我国2007年仪器产值估算，若按软件取代硬件一半计算，将会产生1000多亿元的巨大价值。　　推动虚拟仪器技术“达到世界普及”　　应教授在全国20多所重点高校，如清华、北大、浙大、中国科大、上海交大、西安交大和香港理工大学等高校讲学几十次，并成功组织和主持了二十三届全国振动与噪声高技术学术会议，还为有关部门培训了一大批从事振动噪声、信号处理、动态测试和虚拟仪器方面的急需人才。同时，联合指导培养硕士、博士和博士后研究生30余名，为国家培养了信号处理、动态测试和虚拟仪器技术的高端人才。　　上世纪90年代，应怀樵研发的虚拟仪器技术已受到国内外的广泛关注，并在市场上初露锋芒。然而，由于超负荷的工作，长期加班熬夜和巨大压力导致过度疲劳，1994年1月14日，在北京邮电大学学术交流大会报告的讲台上，应怀樵突发脑出血，送往医院急救，昏迷了3天，左边半身不遂，出院后，拄上了拐杖。2003年，突发脑血栓。2004年、2005年突发心梗阻……　　“3次中风、4次心梗，我7次至阎王殿，阎王都没收我。”说到此处，应怀樵微笑着感慨万分。尽管现在病情有些好转，可是他几乎时刻都处在生命危险之中。药物只能控制他的病情，却不能让他彻底摆脱病痛困扰。　　功夫不负有心人。如今，研究所已经初步建立起一支研发与市场开发队伍。“现在，我们的科研队伍壮大起来了，从副所长到总工程师都是博士，具有很强的科研能力。”他看到虚拟仪器的发展前景，要尽全力推动虚拟仪器技术“达到世界普及”的产业化进程，应怀樵对未来依然充满信心。“让INV系统走进每个实验室，让DASP软件运行在每个试验台上

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[color=#3f3f3f]随着位移测试系统日益复杂的发展和虚拟仪器的应用扩大化，文中以[/color][color=#868686]虚拟仪器[/color][color=#3f3f3f]作为技术平台，利用LabVIEW软件编写程序，设计液压系统位移[/color][color=#868686]测试系统[/color][color=#3f3f3f]。介绍测试系统的硬件组成及设计过程，给出其编写的程序框图和直观的前面板图，系统具有很强的可扩展性，该测试系统可以实现位移信号的数据采集、传送、存储、调用、分析和显示。并且通过现场试验表明此系统具有较强的实用性、可靠性和操作方便。能够满足教学、工业的需要。[/color][color=#3f3f3f]位移测试技术在工业生产中有着广泛的应用。位移检测是机械量检测的基础，将机械量转化成位移量来检测是机电一体化技术的重要组成部分之一。对位移的检测不仅为提高产品质量和生产安全提供了重要数据，同时也为其他参数的检测提供了基础。在液压试验台中，传统的静态电液测量控制方式无法满足现在液压系统在性能、操作、在线监测和故障诊断方面的有求，所以在线监测以及分析系统的开发显得尤其重要。为了保证系统的稳定、准确以及低事故运行，本文开发了位移测试系统，能够实时显示其位移波形兵，还能够对其进行信号处理。[/color][b][color=#3f3f3f]1、虚拟仪器及LabVIEW介绍[/color][/b][color=#3f3f3f]虚拟[/color][color=#868686]仪器[/color][color=#3f3f3f](简称VI)由硬件设备与接口、设备驱动软件和虚拟仪器面板组成。通过底层设备驱动软件与真实的仪器系统进行通讯，并以虚拟仪器面板的形式在计算机屏幕上显示与真实仪器面板操作元素相对应的各种控件。用户用鼠标操作虚拟仪器的面板就如同操作真实仪器一样真实与方便。[/color][color=#3f3f3f]测试软件是虚拟仪器的核心。IabVIEW是NI公司推出的一款丰富而又简洁的虚拟仪器开发软件，为一种图形化编程语言。利用其强大的图形化编程环境，使用可视化的技术，从控制模块上选择所需要的对象，放在虚拟仪器的前面板上。利用计算机强大的计算能力和虚拟仪器开发软件功能强大的函数库可以极大提高虚拟仪器系统的数据分析处理能力，节省开发时间。[/color][b][color=#3f3f3f]2、位移测试系统的硬件构成[/color][/b][color=#3f3f3f]本文以液压试验台作为测试平台，由液压动力源和电气控制系统组成。其液压动力源由动力油泵和动力执行装置油马达组成。将虚拟仪器与液压实验台相连接，选择好工况、测点，安装好位移传感器，并调试处理好后便可开始采集数据。对液压试验台齿轮泵的轴向位移进行测试。硬件组成如图1所示。[/color][align=center][img=,398,127]file:///C:\Users\hyt\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps1123.tmp.png[/img][color=#3f3f3f] [/color][/align][color=#3f3f3f]2.1 传感器的选择[/color][color=#3f3f3f]实现位移测量的关键是信号的转换即传感器的选用。本文针对信息获取实验台液压回路在正常工况下齿轮泵进行轴向位移信号采集，并对信号进行波形显示和分析。做出随时间变化的波形曲线，通过波形显示和分析结果，从而验证本位移测试平台数据显示程序的正确性和有效性。[/color][color=#3f3f3f]本系统中，位移传感器选用电涡流位移传感器CWY-DO-504，量程4mm，探头φ14mm。这是一种将机械位移或振动幅度转换成电信号输出的非电量电测装置。给旋转轴等转动体的动态测量带来方便，探头可在水、油等介质中工作。在进行位移测量时，其位移信号的调理采用与之配套的位移信号调理器。本检测系统可以将位移量转换成电压信号供数据采集卡。在执行机构带动位移传感器运动时可以进行电压信号的采集，最后通过标定将电压信号转换成相应的位移信号，实现位移的测量。其形状如图2所示。[/color][align=center][img=,319,149]file:///C:\Users\hyt\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps1133.tmp.png[/img][color=#3f3f3f] [/color][/align][color=#3f3f3f]2.2 数据采集卡的选择[/color][color=#3f3f3f]本实验平台使用的机箱是NI公司推出的8槽PXI-1050机箱，其工作温度为0～50℃。集成式信号调理中带有4个用于SCXI模块的插槽。具有DC电源和集成式信号调理。4个SCXI插槽将信号调理模块集成到PXI系统中。本设计中所采用的是NI公司生产的PXI-6251多功能数据采集卡，其主要参数如下：16路模拟输入通道，16位精度，1.25MS/s采样率；2路模拟输出，16位精度，2.8MS/s输出速度；24路数字I/O，2路定时计数器，满足位移信号采集的需求，将位移信号转换为电压信号输出。[/color][b][color=#3f3f3f]3、位移测试系统的软件构成[/color][/b][color=#3f3f3f]模块化设计数据采集，数据采集模块的设计对后续的数据显示和分析结果以及整个系统功能的实现，具有直接影响，本文利用NI公司的DAQ(Data AcQuisition)卡及其驱动程序设计这一模块，充分利用集成的功能全面的DAQ函数库和子VI，设计可以实现对数据采集的控制，包括触发控制、通道控制等的数据采集模块。[/color][color=#3f3f3f]3.1 位移测试系统的程序流程[/color][color=#3f3f3f]位移测试系统的程序流程如图3所示。[/color][align=center][img=,233,343]file:///C:\Users\hyt\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps1134.tmp.png[/img][color=#3f3f3f] [/color][/align][color=#3f3f3f]3.2 位移测试系统的主控前面板[/color][color=#3f3f3f]位移测试系统的主控前面板如图4所示。[/color][color=#3f3f3f]在这个位移测试中，前面板可以显示位移信号的原始波形，还可对位移信号进行求导分析处理，一目了然的显示出原波形和自相关波形的关键信息——有效值、峰峰值和均值。[/color][color=#3f3f3f]3.3 位移测试系统的VI设计[/color][color=#3f3f3f]数据存储与调用。程序设计时，采用数据库对数据进行存储、读取。建立一个Access数据源，通过ADO数据库访问技术，充分利用ADO的灵活性，通过编程模型实现对数据库的操作，执行用户命令，实现对数据的管理。利用ADO技术的LabVIEW数据库访问包——LabSQL，用户可以直接在LabVIEW中以调用子VI的方式实现对数据库的访问。数据库编程如图5所示。[/color][align=center][img=,411,264]file:///C:\Users\hyt\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps1145.tmp.png[/img][color=#3f3f3f] [/color][/align][b][color=#3f3f3f]4、现场试验[/color][/b][color=#3f3f3f]在对数据进行采集前，要给系统进行调试，保证采集的数据在数据采集卡的规范范围内，确保数据采集卡的输出波形与实际波形相符合，只有达到这个要求才可进行数据采集，保护数据采集卡的安全性。调试好后直接退出，进行数据采集操作。否则要重新调试，直到符合要求方可进行后续操作。然后将传感器安装在齿轮泵的轴向外沿，将采集处理的信号在位移测试系统的前面板上显示出来。[/color][color=#3f3f3f]从位移的原波形中可以看到位移信号为一个周期信号，这也可以从自相关图中判断出，因为其自相关函数波形不衰减，为同频率的周期信号。[/color][b][color=#3f3f3f]5、结论[/color][/b][color=#3f3f3f]通过对位移信号的采集和分析，所设计的位移测试系统显示、分析出来的信号波形与液压系统的实际运行工况相符合。从而验证了此开发平台的有效性，也为进一步对机器及其零部件的运行情况、在线监测、故障诊断提供了一个直观便捷的分析平台。[/color]

大家来聊聊什么是虚拟仪器,以及它给我们的分析测试带来什么好处,以及太的发展前景.[img]http://www.instrument.com.cn/bbs/images/affix.gif[/img][url=http://www.instrument.com.cn/bbs/download.asp?ID=6375]相关附件[/url]

摘　要: 在果园的生产管理中,环境对果树的生长发育、栽培技术的实施、病虫害的预防等产生极其重要的影响。数据采集是环境监测的重要组成部分。为此, 针对果园生态环境监测系统中存在的弊端, 充分利用虚拟仪器软件开发平台LabV IEW ,基于模块化设计思想,设计果园生态环境信息采集与远程监测系统,其开发周期短、可靠性高。[img]http://bbs.instrument.com.cn/images/affix.gif[/img][url=http://bbs.instrument.com.cn/download.asp?ID=198647]基于虚拟仪器技术的果园生态环境监测系统.rar[/url]

1引言　　计算机及其接口技术的发展和传统测试测量仪器系统暴露出来的不足，使得基于计算机的虚拟仪器设备越来越成为测试测量仪器的主导。虚拟仪器系统以其平台通用性、可扩充、易升级和高度的智能性获得了广泛的工业应用。在PC和工业控制计算机中插入基于PC总线（ISA，PCI）的数采板卡构成硬件系统，编写Windows系统平台的驱动程序和软面板实现软件功能，成为业界的主要解决方案。　　但是在野战和恶劣环境下测试任务的实践过程中，我们发现基于PC或工控机的虚拟仪器暴露出很多问题，如：体积大，不便于携行；插卡式结构，接触易松动、不紧固；以机械硬盘为主要存储介质，抗震性能差等等。　　以32位嵌入式微处理器和嵌入式操作系统为特征的嵌入式计算平台使计算进入了后PC时代。嵌入式系统的小体积、高可靠能够满足实现野战和恶劣环境下的便携虚拟仪器的需要。基于嵌入式计算平台，设计虚拟仪器系统成为构建测试系统的新思路。　　通过构建基于PC104总线嵌入式计算平台，加入仪器卡及其功能程序，我们实现了针对雷达电子装备的多种测试仪器。构建基于嵌入式系统的虚拟仪器需要解决的技术问题集中在系统平台的构建、接口和驱动程序的设计以及软面板设计等方面。　　2硬件系统组成　　硬件系统包括嵌入式主板、仪器功能板、Flash存储介质（DOC或CF卡）、液晶显示屏、触摸屏和信号接口等。如图1所示。其中液晶显示屏、触摸屏实现人机交互，信号接口用于耦合测试信号、嵌入式主板作为控制和计算单元，仪器功能板实现具体仪器的功能。　　部件按叠放的顺序依次为触摸屏、液晶显示屏、PC104主板、示波器卡、万用表卡功能板卡和嵌入式主板之间通过PC104总线以叠栈的方式实现机械和电气的互连。采用这种方式有如下好处：　　1.电气接触高度紧密。电路板之间通过多排插针深入连接，比ISA和PCI的插槽连接要紧密得多。　　2.机械结构牢固。电路板之间用四个螺柱紧紧相连，使得板卡之间的机械连接非常牢固，不会存在晃动现象。　　3.PC104插针的电气特性与ISA完全兼容，PC104Plus插针的电气特性与PCI完全兼容，使得基于ISA或PCI总线设计的功能板卡可以从电原理上重用，有利于系统改造过程的平稳过渡。　　摈弃硬盘而采用DOC或CF卡作为外存储介质也能大大提高系统抗震动和冲击能力。　　采用如上所述的硬件系统能为小型、可靠的虚拟仪器系统提供硬件保障，但由此带来的系统存储容量小和资源受限等问题为软件系统的设计带来了困难。必须采用嵌入式操作系统，软件编程必须考虑体积小，效率高。　　3软件系统设计　　我们采用嵌入式Linux作为操作系统，在linux平台下编写仪器的驱动程序。利用TinyX和GTK+作为图形界面解决方案实现仪器软面板。　　3.1.嵌入式linux系统　　采用开源的linux系统，并通过编译选项裁减不需要的功能模块，得到大小为500K左右的内核模块。用busybox取代shell，在系统中加入glibc.o等库构建一个4M的Linux运行系统。关于嵌入式Linux系统的构建文献有详细的介绍和指导。　　3.2.linux下的io编程　　仪器卡的驱动程序采用端口读写来实现。Linux下对端口的操作方法在usr/include/asm/io.h中。由于端口读写函数是一些inline宏，所以在编写端口读写程序时只需要加入：#include不需要包含任何附加的库文件。另外由于gcc编译器的一个限制，在编写包含端口读写代码的程序时，要么打开编译器优化选项（使用gcc?O1或更高选项），要么在#include之前加上：#defineexternstatic　　在读写端口之前，必须首先通过ioperm（）函数取得对该端口读写的权限。该函数的使用如下：　　ioperm（from,num,turn_on）　　如果turn_on=1，则表示要获取从from开始的共num个端口的读写权限。如ioperm（0x300,5,1）就表示获取从端口0x300到0x304共5个端口的读写权。最后一个参数turn_on表示是否获取读写权（turn_on=1表示获取，turn_on=0表示释放）。一般在程序的硬件初始化阶段调用ioperm（）函数。　　ioperm（）函数需要以root身份运行或使用seuid赋予该程序root权限。　　端口的读取使用inb（port）和inw（port）函数来完成，其中inb（port）读取8位端口，inw（port）读取16位端口。　　对8位和16位端口的写操作分别用函数outb（value,port）和outw（value,port）来完成。其中各函数的第一个参数表示要写的数值，第二个参数表示端口地址。　　宏inb_p（），outb_p（），inw_p（）和outw_p（）的作用与对应的上述四个端口读写函数一样，只是在端口操作后附加一定时间的延时以保证读写可靠。可以通过在#include前加上：#defineREALLY_SLOW_IO获得约4微秒的延时。　　3.3.基于TinyX和Gtk+的软面板编程　　仪器软面板的设计涉及linux下GUI的选择和编程，考虑到XWindows的成熟性和与桌面系统的一致性，我们选用精简的XWindows系统TinyX作为底层GUI解决方案。使用Gtk+1.2库作为控件集来开发仪器软面板程序。　　基于TinyX和Gtk+库的图形界面开发方案使得软面板的开发与桌面环境下基于Gnome的开发比较接近，很多的桌面环境下的linux工具可以直接使用。　　Gtk+图形库是GNOME桌面系统的底层基础，它包含比较完整的GUI控件集合（GtkWidgets）。基于面向对象的方法，GTK+用C语言实现了一套对象系统和消息及回调机制，并将整个图形控件集纳于对象框架中，使得控件集的扩充比较方便。　　针对虚拟仪器领域的应用需求，可以构建常见的GUI单元的控件集。我们以GtkWidgets的形式开发了示波器，信号源等仪器的面板控件和一些关键的GUI单元控件。这些都有利于用户的二次开发和软件单元的重用。　　4结论　　基于嵌入式主板和嵌入式软件环境，我们给出一个构造虚拟仪器的通用解决方案。同时，通过构建基于TinyX和Gtk+库的GUI环境，再加上我们自主开发的一系列面板单元控件，我们提供了对虚拟仪器软面板开发的支持。　　基于以上的方案，我们开发了集示波器、万用表和微波信号源等仪器功能于一体的雷达故障检测仪。　　部队野战环境下的实践表明该系统机械结构牢固、可靠性高，携带使用方便。

以LabVIEW（虚拟仪器）为主要技术手段的开发公司，能提供全套的系统集成服务，包括结构设计、软件开发、软件与硬件的产品升级与改造。其服务领域包括：汽车、通信、航空、半导体、电子设计生产、过程控制和生物医学等各领域。涵盖了从研发、测试、生产到服务的产品开发所有阶段。

自96年我们把虚拟仪器技术应用到[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/3p][color=#3333ff]离子色谱仪[/color][/url]控制上,ZIC－6A05型[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/3p][color=#3333ff]离子色谱仪[/color][/url]是在普通的计算机加上一组软件和相关接口硬件，使得操作这台计算机时，就象是在操作一台专用仪器。传统的仪器通常由信号的采集，分析，输出三部分组成。现在利用当前高速发展的计算机技术，把上述三部分由一台计算机实现，就是虚拟仪器技术。在计算机上插入数据采集卡，用软件在屏幕上生成仪器面板，用软件进行对仪器的控制。因此ZIC－6A05型[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/3p][color=#3333ff]离子色谱仪[/color][/url]是[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/3p][color=#3333ff]离子色谱[/color][/url]技术与计算机技术的完整结合，是现代仪器发展的最新形式，与其他形式的仪器相比有独特的优点。1：仪器硬件以计算机和数据采集卡为基础，外购标准采集卡插入计算机扩展槽内，这些硬件均为知名计算机厂家生产，因此工艺可靠。2：软件功能丰富具有高级数据分析功能如PID控制，数字滤波，温度补偿，FFT转换，相关分析功能等。3：具有网络功能，无论是INTERNET或局部网络ZIC－6A05[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/3p][color=#3333ff]离子色谱仪[/color][/url]都可以随时随地联网交换数据，方便用户建立数据管理制度。4：仪器输出可同时接记录仪，积分仪，特别是色谱工作站，插入数据处理卡（我所该工作站产品序号为ZIC－6A03）及软件即可完成，该计算机同时是[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/3p][color=#3333ff]离子色谱仪[/color][/url]和色谱数据工作站。5：维修方便，若用户通过INTERNET与我所连接，可以进行远程修复，软件升级。硬件发生故障用户可用EMS转递我所，不必整套仪器维修，节约时间和费用。（计算机在用户当地购买与维修）6：在原来的五级电导基础上增加一级作为温度补偿电极，这样减少温度变化对仪器的影响，使基线稳定。

希望对有兴趣的同学有帮助。[img]http://www.instrument.com.cn/bbs/images/affix.gif[/img][url=http://www.instrument.com.cn/bbs/download.asp?ID=55436]虚拟仪器-Labview入门教材[/url]

目前有计量校准相关软件(或者仪器设备软件)的规程规范或校准方法？虚拟仪器是需要计量校准？

小弟现在正在做一个基于虚拟仪器labview的[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/3p][color=#3333ff]离子色谱仪[/color][/url]的开发的课题，希望有经验的哥们不吝谈谈经验，小弟必定十分感激！

虚拟仪器（Virtual Instrument）是日益发展的计算机硬件、软件和总线技术在向其他技术领域密集渗透的过程中，与测试技术、仪器技术密切结合，共同孕育出的一项全新成果，其核心是：以计算机作为仪器统一的硬件平台，充分利用计算机独具的运算、大容量存储、回放、调用、显示以及文件管理等智能化功能，同时把传统仪器的专业化功能和面板控件软件化，使之与计算机结合起来融为一体，从而构成一台外观与传统硬件仪器相同，功能得到显著加强，充分享用计算机智能资源的全新仪器系统。

方案综述: 　　虚拟仪器是指具有虚拟仪器面板的个人计算机仪器，它是计算机资源、模块化功能硬件与用于数据分析、过程通信及图形用户界面的应用软件的有机结合。它利用软件在屏幕上生成各种仪器面板，完成对数据的处理、表达、传送、存储、显示等功能。虚拟仪器与传统仪器相比，其主要优点是可以由用户自己定义、自己设计仪器系统，以满足不同的要求，使仪器的功能更加强大、灵活，而且很容易同网络、外设及其他应用相连接。这样既降低了价格，节省开发、维护的费用，又缩短了技术开发周期。 　　虚拟仪器的关键技术之一就是应用软件，这是因为，虚拟仪器的主要功能是由软件来体现的，即“软件就是仪器”。虚拟仪器的软件开发平台应该提供一个图形化的编程设计环境，值得一提的是NI的LabView和LabWindows及HP的VEE。 　　本文介绍的基于网络的虚拟仪表系统是一个不包含数据采集及总线控制系统的虚拟测试平台，主要用于对测试数据文件的事后处理或对被测对象进行实时仿真测试，形成网络化测试仿真系统。 　　１、基于网络的虚拟仪表系统 　　系统利用软件在计算机屏幕上生成仪表面板，通过数据接口接收需要处理显示的仪表数据或软件产生的仿真数据，实时显示刷新数据、波形和图像。该系统具有两个主要的特点：一是具有方便的交互性；二是实现了网络数据传输和绘制的实时性，可以在不同的网络端点显示不同的虚拟仪表，达到多机并行处理的目的。 　　1.1系统组成 　　整个软件系统划分为两个独立的子系统：编控子系统和播出子系统。 　　编控子系统的主要工作是建立、编辑演示模型并控制仿真的启动和结束。编控子系统又可以划分为两个子模块：编辑模块和播出控制模块。通过编辑模块，允许用户设计建立满足自身需要的虚拟仪表模型，也可以对一个现有的仪表模型进行编辑。通过播出控制模块可以实现网络仿真功能，建立和播出子系统之间的连接关系；并通过数据接口不断接收外部输入的仪表参数，向已建立连接关系的各播出子系统发送相应的指令／数据包以更新仪表显示状态。 　　播出子系统负责接收播出控制系统发来的指令／数据包（包括数字仪表模型、各种参数等），对指令进行解释，不断刷新显示当前仿真结果。在播出子系统中可以指定某可视化对象是否可见，这样可以使在不同的计算机上运行的播出子系统显示不同的仪表面板来达到分布式并行处理的目的。　　1.2 参数的网络传输 　　系统需要在不同计算机之间进行参数传输，因此网络通信是必不可少的条件。本系统采用的是客户／服务器结构的应用程序，这种结构非常适用于分布式处理的计算机网络环境。由于系统是面向PC机平台的应用，因此采用基于TCP／IP协议的Winsock接口实现网络间的数据传输。

打造自己的实验室！！[img]http://www.instrument.com.cn/bbs/images/affix.gif[/img][url=http://www.instrument.com.cn/bbs/download.asp?ID=47771]仪器分析虚拟实验室flash[/url]

protues虚拟实验室　　随着电子技术的不断发展, 电子类课程在高教中的地位日趋重要。而作为该类课程教学重要组成部分的实验教学，也越来越受到了人们的重视。它对于提高教学质量，培养学生的实际动手能力及创新思维能力具有无可比拟的作用。长期以来，高教研究者、工作者一直为此探索，并希望找到一个行之有效的方法。为此，人们借助现有的电子技术手段，建立了多种门类的实验平台（如电路分析实验室、模拟电子线路实验室、数字电路实验室、信号与系统实验室等），并在此平台上开设了相应的实验课程。尽管如此，这些措施并未达到预期的效果。特别是在电子技术高速发展的今天，这些方法及手段已经显得不再适宜，建立一套新的实验手段及方法已成为高教研究者、工作者的共识。　　2 现有实验室存在的问题　　目前，现有的电子类实验室大多存在以下问题：　　1）不利于管理及维护。　　现有电子类实验室种类多、如电路实验室、电子线路实验室、数字电路实验室、单片机实验室、微机原理实验室、ARM实验室（或嵌入式系统实验室）、信号系统实验室、数字信号处理实验室等；在每一类实验室中，设备种类多、数量大（如，各类信号源设备、各类测试仪器仪表、各种实验箱等）。种类繁多的设备，加上分批进行的学生实验，对于有限的师资力量而言，有效的管理工程制图桌及维护无疑成为十分艰巨的任务。　　2）不利于保持实验室的先进性，也不利于保护前期的投资　　由于现代电子技术的飞速发展，各种新设备、新器件层出不穷，这就往往造成这样一种现状，某一种实验设备可能刚到用户的手中就面临落后的，就更不用说在2-3年后被淘汰是多么的正常。因此，基于硬件设备手段建立的实验室面临着随时可能落后的现状，要想保护其前期投资更是难上加难。　　3）不利于提高实验效果。　　现有电子类实验室大多采取一种封闭式的实验教学模式，即在规定的课时时间内，学生在规定的场地内，进行规定的实验内容（由于实验设备能力的限制造成），这种封闭式的实验教学模式，一方面由于时间及场地的限制，往往造成学生不能有充够的时间深入了解及研究实验的内容，学生对实验的兴趣也被这些限制所扼杀。另一方面，固定式的验证实验内容也限制了学生的思维空间，扼杀了学生创新思维能力的培养。因此，其实验效果很难提高，这种做法实际上背离了现代实验教学改革中提出的“优化课内，强化课外”的实验教学意识。　　4）实验内容彼此孤立，不利于培养学生“从概念到产品“认识的形成。　　现有的各种电子类教学实验，基本是进行固定程式的验证式实验，实验所用的元器件，线路板已选好，学生所做的工作仅是对实验箱连连线，使用一下测试仪器、仪表，建立学生的相应概念而已。很难满足现代实验教学改革提出的三个实验层次即“基础性实验、综合性实验、创新性实验”的目标，目前的实验平台不能满足这样的训练，即：学生从有一个概念（或想法）开始，然后着手教学电梯模型电路原理图的设计、编写程序代码、调试、PCB设计，最后形成产品的整个开发过程的训练。学生通过传统实验手段所得到的训练是片面的、局部的，其对产品开发过程的认识并不深刻，这也是导致学生所学不能所用的根本原因所在。　　5）不利于开展创新性研究。　　开展创新性研究的前提是实验环境的丰富资源及其灵活可变性。但目前基于硬件的实验平台往往采取一种定式的实验或研究环境，即教师只能在有限的几种器件或线路实验板之上进行实验内容的设定或研究，学生也同样如此，这对于开展创新性研究极为不利。　　6）不利于培养学生的实验兴趣及创新思维能力。　　学生对某一课程实验的兴趣往往需要一段较长时间的培养才能产生，但现有的课程实验由于场地不能随时、随地对学生开放，并且开放的时间也非常有限，这就不能激发学生的实验兴趣，另外其创新思维能力的培养也受到同样的限制。　　3 PROTEUS实验室建设的必要性　　3.1 PROTEUS实验室概念　　利用计算机仿真技术，在计算机网络平台上，学习电路分析、模拟电路、数字电路、嵌入式系统（单片机应用系统、ARM应用系统）、微机原理与接口技术等课程，并进行电路设计、仿真、调试等通常在相应实验室完成的实验。一个计算机网络硬件平台（或一台计算机）、一套电子仿真软件，再加上一本虚拟实验教程，就可相当于一个设备先进的实验室。以虚代实、以软代硬，即为虚拟实验室的本质。　　Proteus实验室采用Proteus仿真软件和相应的硬件平台构成一个从虚拟到实际，从软件到硬件，从概念到产品的全过程设计的多功能实验平台。它主要用于电路分析、模拟电路、数字电路、嵌入式系统（单片机应用系统、ARM应用系统）等课程的实验、研究等。　　3.2 PROTEUS仿真软件简介　　Proteus是一种功能强大的电子设计自动化软件，提供智能原理图设计系统、SPICE模拟电路、数字电路及MCU器件混合仿真系统和PCB设计系统功能。其不仅可以仿真传统的电路分析实验、模拟电子线路实验、数字电路实验等，而且可以仿真嵌入式系统的实验，其最大的特色在于可以提供嵌入式系统（单片机应用系统、ARM应用系统）的仿真实验，这也是其它任何仿真软件无力所及的。例如，其教学用数控车床支持单片机和周边设备，可以仿真51系列、8086、AVR、PIC、Motorola的68系列等常用的MCU，并提供周边设备的仿真，例如373、led、示波器等。Proteus提供了大量的元件库，有RAM、ROM、键盘、马达、LED、LCD、AD/DA、部分SPI器件、部分IIC器件等。在编译方面，它也支持Keil和MPLAB等多种编译器。　　3.3 PROTEUS实验室的优点　　Proteus实验室的主要优点总结如下：　　1）多功能型实验室　　其不仅可以仿真电路分析实验、模拟电子线路实验、数字电路实验，而且可以仿真嵌入式系统的实验，其最大的特色在于可以提供嵌入式系统（单片机应用系统、ARM应用系统）的仿真实验，因此，它完全可以称之为一个多功能的实验平台。　　2）开放型实验室 　　由于其硬件是基于网络平台的，如一个单位内的局域网、或企业网、或校园网（或单机板，基于一台PC）或Internet用户。因此其实验用户可以不受传统实验室的时间、空间、及实验内容的限制。用户可以跨越时间、空间及实验内容的约束，尽情释放自己的实验兴趣及创新思维；此外，这也使得设备的利用率得到最大的发挥。　　3）先进型实验室　　由于Proteus实验室主要由其Proteus仿真软件实现，其内置：　　①万种以上的元器件（数字的、模拟的、交流的和直流的）及多达30多个元件库；　　②多种现实存在的虚拟仪器仪表，如示波器、频谱分析仪，电压表、电流表、图表分析、逻辑分析仪、虚拟终端等。这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标，例如会计模拟实验室极高的输入阻抗、极低的输出阻抗，可尽可能减少仪器对测量结果的影响。　　③丰富的测试信号源用于电路的测试，这些测试信号包括模拟信号和数字信号。[co

在网上下载了大连理工大学的虚拟实验室软件，安装后发现，原子吸收光谱、离子色谱以及原子吸收光谱等都无法进行操作演示。希望有完整版软件的大侠贡献一份，谢谢！

相继出现的智能仪器、总线仪器和虚拟仪器等微机化仪器，都无一例外地利用计算机的软件和硬件优势，从而既增加了测量功能，又提高了技术性能。　　20世纪70年代以来，计算机、微电子等技术迅猛发展。在它们的推动下，同时也是为适应现代化工农业生产甚至战争的新需求，测量技术与仪器不断进步，相继诞生了智能仪器、PC仪器、VXI仪器、虚拟仪器及互换性虚拟仪器等微机化仪器及其自动测试系统，计算机与现代仪器设备间的界限日渐模糊，测量领域和范围不断拓宽。近10年来，以Internet为代表的网络技术的出现以及它与其他高新科技的相互结合，不仅己开始将智能互联网产品带入现代生活，而且也为测量与仪器技术带来了前所未有的发展空间和机遇，网络化测量技术与具备网络功能的新型仪器应运而生。　　计算机、微电子、通信和网络等技术是网络化测量技术与仪器产生并迅速发展的强劲支撑　　计算机就是仪器　　自从迅猛发展的计算机技术及微电子技术渗透到测量和仪器仪表技术领域，便使该领域的面貌不断更新。相继出现的智能仪器、总线仪器和虚拟仪器等微机化仪器，都无一例外地利用计算机的软件和硬　　件优势，从而既增加了测量功能，又提高了技术性能。由于信号被采集变换成数字形式后，更多的分析和处理工作都由计算机来完成，故很自然使人们不再去关注仪器与计算机之间的界限。近年来，新型微处理器的速度不断提高，采用流水线、RISC结构和cachE等先进技术，又极大提高了计算机的数值处理能力和速度。在数据采集方面，数据采集卡、仪器放大器、数字信号处理芯片等技术的不断升级和更新，也有效地加快了数据采集的速率和效率。与计算机技术紧密结合，已是当今仪器与测控技术发展的主潮流。对微机化仪器作一具体分析后，不难见，配以相应软件和硬件的计算机将能够完成许多仪器、仪表的功能，实质上相当于一台多功能的通用测量仪器。这样的现代仪器设备的功能已不再由按钮和开关的数量来限定，而是取决于其中存储器内装有软件的多少。从这个意义上可认为，计算机与现代仪器设备日渐趋同，两者间已表现出全局意义上的相通性。据此，有人提出了计算机就是仪器/软件就是仪器的概念。　　计算机就是测控系统的中坚　　总线式仪器、虚拟仪器等微机化仪器技术的应用，使组建集中和分布式测控系统变得更为容易。但集中测控越来越满足不了复杂、远程（异地）和范围较大的测控任务的需求，对此，组建网络化的测控系统就显得非常必要，而计算机软、硬件技术的不断升级与进步、给组建测控网络提供了越来越优异的技术条件。　　UNIx、WindowsNT、Windows2000、Netware等网络化计算机操作系统，为组建网络化测试系统带来了方便。标准的计算机网络协议，如OSI的开放系统互连参考模型RM、Internet上使用的TCP/IP协议，在开放性、稳定性、可靠性方面均有很大优势，采用它们很容易实现测控网络的体系结构。在开发软件方面，比如NI公司的labview和LabWindows/CVI，HP公司的VEE，微软公司的的VB、VC等，都有开发网络应用项目的工具包。软件是虚拟仪器开发的关键，如Labview和LabWindows/CVI的功能都十分强大，不仅使虚拟仪器的开发变得简单方便，而且为把虚拟仪器做到网络上，提供了可靠，便利的技术支持。LabWindows/CVI中封装了TCP类库，可以开发基于TCP/Ip的网络应用。Labview的TCP/IP和UDP网络VI能够与远程应用程序建立通信，其具有的Internet工具箱还为应用系统增加了E-mail、FTP和Web能力；利用远程自动化VI，还可对控制其他设备的分散的VI进行控制。Labview5.1中还特别增加有网络功能，提高了开发网络应用程序的能力。　　将计算机、高档外设和通信线路等硬件资源以及大型数据库、程序、数据、文件等软件资源纳入网络，可实现资源的共享。其次，通过组建网络化测控系统增加系统冗余度的方法能提高系统的可靠性，便于系统的扩展和变动。由计算机和工作站作为结点的网络也就相当于现代仪器的网络。计算机已成为现代测控系统的中坚。转自塑料问答

在传统的仪器设备、测试测量系统及现场过程控制中，一般都是采用自成系统的方式，也就是组成一套（台）专用的设备。这必须包含最基本的组成部分，如键盘输入控制、显示系统等等。不仅系统繁杂、造价高、设计周期长、而且使用受到限制。而现在随着计算机的普及及价格下降，现代仪器仪表及试验设备应该充分利用这一有利资源，借助计算机其强大的数据处理能力、充分的外围支持能力（如存储、显示、打印等等）、普遍的认知度等等，即简便了设计难度、降低了综合成本、提高了综合可靠性，又提高了自身的综合性能，何乐而不为呢？？？这关键是一个设计思想问题。但这一思想又如何实现呢？？ USB成为PC计算机主流外设接口已经是大势所趋，不管是测试测量仪器、各类试验机、试验设备、还是虚拟设备，要想与计算机通讯连接以实现强大的处理功能，其发展方向必然是USB接口。而USB数据采集与控制系统的开发因涉及到驱动程序、编程函数、底层固件等等，还有一定技术难度及开发成本、开发周期等问题。因此使用USB数采与控制卡产品，并通过产提供商的技术支持，构建这类仪器及设备是很好的解决方案。 但是构建各类测试测量仪器、各类试验机试验设备，必须具有高分辨率、高精度的要求，而且这类仪器及设备大都需要连接各种传感器，所以也必须具有高灵敏度的要求，这样就可以减少或不必使用价格高而且匹配困难的变送器。也有时需要对动态信号进行观测，这就需要高速连续采集数据，并能存储或显示出曲线。但国内市场上能满足这些要求的产品很少而且价格又相当高，动辄上千元，甚至几千元。 有没有超高性价比的USB数据采集卡成为解决这一问题的关键，即要具备一定的性能又要有低廉的价格。现推荐一款供大家参考http://item.taobao.com/item.htm?id=15840968110

实际工作中，遇到不少新进实验室的人员，直接上机吧有些心虚，不上机又总是不会独立使用，是否应该有个虚拟的仪器，可以先试试自己操作一下，熟练些了再上机多好。前几年看到过有家公司做过虚拟气相色谱，主要做培训和基础虚拟测试，最后就不知道怎么样了。虚拟现实东西发展很快，虚拟色谱怎么没有发展？是否有前途？

相继出现的智能仪器、总线仪器和虚拟仪器等微机化仪器，都无一例外地利用计算机的软件和硬件优势，从而既增加了测量功能，又提高了技术性能。　　20世纪70年代以来，计算机、微电子等技术迅猛发展。在它们的推动下，同时也是为适应现代化工农业生产甚至战争的新需求，测量技术与仪器不断进步，相继诞生了智能仪器、PC仪器、VXI仪器、虚拟仪器及互换性虚拟仪器等微机化仪器及其自动测试系统，计算机与现代仪器设备间的界限日渐模糊，测量领域和范围不断拓宽。近10年来，以Internet为代表的网络技术的出现以及它与其他高新科技的相互结合，不仅己开始将智能互联网产品带入现代生活，而且也为测量与仪器技术带来了前所未有的发展空间和机遇，网络化测量技术与具备网络功能的新型仪器应运而生。　　计算机、微电子、通信和网络等技术是网络化测量技术与仪器产生并迅速发展的强劲支撑　　计算机就是仪器　　自从迅猛发展的计算机技术及微电子技术渗透到测量和仪器仪表技术领域，便使该领域的面貌不断更新。相继出现的智能仪器、总线仪器和虚拟仪器等微机化仪器，都无一例外地利用计算机的软件和硬件优势，从而既增加了测量功能，又提高了技术性能。由于信号被采集变换成数字形式后，更多的分析和处理工作都由计算机来完成，故很自然使人们不再去关注仪器与计算机之间的界限。近年来，新型微处理器的速度不断提高，采用流水线、RISC结构和cachE等先进技术，又极大提高了计算机的数值处理能力和速度。在数据采集方面，数据采集卡、仪器放大器、数字信号处理芯片等技术的不断升级和更新，也有效地加快了数据采集的速率和效率。与计算机技术紧密结合，已是当今仪器与测控技术发展的主潮流。对微机化仪器作一具体分析后，不难见，配以相应软件和硬件的计算机将能够完成许多仪器、仪表的功能，实质上相当于一台多功能的通用测量仪器。这样的现代仪器设备的功能已不再由按钮和开关的数量来限定，而是取决于其中存储器内装有软件的多少。从这个意义上可认为，计算机与现代仪器设备日渐趋同，两者间已表现出全局意义上的相通性。据此，有人提出了计算机就是仪器/软件就是仪器的概念。　　计算机就是测控系统的中坚　　总线式仪器、虚拟仪器等微机化仪器技术的应用，使组建集中和分布式测控系统变得更为容易。但集中测控越来越满足不了复杂、远程(异地)和范围较大的测控任务的需求，对此，组建网络化的测控系统就显得非常必要，而计算机软、硬件技术的不断升级与进步、给组建测控网络提供了越来越优异的技术条件。　　UNIx、WindowsNT、Windows2000、Netware等网络化计算机操作系统，为组建网络化测试系统带来了方便。标准的计算机网络协议，如OSI的开放系统互连参考模型RM、Internet上使用的TCP/IP协议，在开放性、稳定性、可靠性方面均有很大优势，采用它们很容易实现测控网络的体系结构。在开发软件方面，比如NI公司的labview和LabWindows/CVI，HP公司的VEE，微软公司的的VB、VC等，都有开发网络应用项目的工具包。软件是虚拟仪器开发的关键，如Labview和LabWindows/CVI的功能都十分强大，不仅使虚拟仪器的开发变得简单方便，而且为把虚拟仪器做到网络上，提供了可靠，便利的技术支持。LabWindows/CVI中封装了TCP类库，可以开发基于TCP/Ip的网络应用。Labview的TCP/IP和UDP网络VI能够与远程应用程序建立通信，其具有的Internet工具箱还为应用系统增加了E-mail、FTP和Web能力；利用远程自动化VI，还可对控制其他设备的分散的VI进行控制。Labview5.1中还特别增加有网络功能，提高了开发网络应用程序的能力。　　将计算机、高档外设和通信线路等硬件资源以及大型数据库、程序、数据、文件等软件资源纳入网络，可实现资源的共享。其次，通过组建网络化测控系统增加系统冗余度的方法能提高系统的可靠性，便于系统的扩展和变动。由计算机和工作站作为结点的网络也就相当于现代仪器的网络。计算机已成为现代测控系统的中坚。

测量技术的应用时刻都离不开检测仪器，也就是说电子计量检测仪器的使用是测量工作顺利开展的基础性条件。那么做好检测仪器的维护工作是极为重要的。华品计量仪器首先对电子计量检测仪器维护与保养的现状进行研究，并提出合理性建议，希望与同行一起分享[align=center][img]https://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20190823/fc0383b2d9bb44ed934315e68b56561c.png[/img][/align]1、微机管理技术微机管理技术利用内部局域网和互联网通讯可以将仪器全部的工作信息资料和状态及时的传递给电子计量检测仪器生产厂家的维护部门，生产厂以这些数据资料为参考，就可以拟定科学性强、完整度高的设施维修与养护的方案，并为仪器使用单位的生产程序的正常运行提供基础性保障及远程故障诊断及维护升级。2、虚拟仪器技术虚拟仪器技术将测试仪器软硬件融为一体，已经在工业生产及科学实验领域得到极为广泛的应用。虚拟仪器的检修人员可以在计算机软件的辅助下直接完成维护工作。采用数字式校验仪实现虚拟仪器的计量与维护。数字式校验仪主要由两部分构成，分别是电子电路组成的校准源和智能控制模块，只要在操作界面的仪器校准模块中就可以完成对仪器计量检测自身的性能检测和仪器校准，一旦发现异常，就会将信息及时的反馈给仪器检修与维护人员，在反馈数据信息资料的帮助下，技术人员顺利对完成对仪器计量检测基础性维护的工作任务。3、华品计量电子计量检测仪器维护建立健全管理与维护的章程，这是电子计量检测仪器维护工作顺利运行的基础前提与重要保障，制度体系包括仪器鉴定体制、管理目录制度以及运行检定制度等，覆盖仪器的全生命周期，使计量检测仪器维护工作科学有序 其次，综合经济与社会效益，构建电子仪器计量检测的检测标准，明确设置测量点，设置科学的误差容限 结尾对使用领域的广大仪器计量检修人员进行岗位技能培训，获得国家注册计量师等专业技术资格，为电子计量检测仪器运行的可靠稳定以及提高产品自身的性能奠定基础。

微型化 微型智能仪器指微电子技术、微机械技术、信息技术等综合应用于仪器的生产中，从而使仪器成为体积小、功能齐全的智能仪器。它能够完成信号的采集、线性化处理、数字信号处理，控制信号的输出、放大、与其他仪器的接口、与人的交互等功能。微型智能仪器随着微电子机械技术的不断发展，其技术不断成熟，价格不断降低，因此其应用领域也将不断扩大。它不但具有传统仪器的功能，而且能在自动化技术、航天、军事、生物技术、医疗领域起到独特的作用。例如，目前要同时测量一个病人的几个不同的参量，并进行某些参量的控制，通常病人的体内要插进几个管子，这增加了病人感染的机会，微型智能仪器能同时测量多参数，而且体积小，可植入人体，使得这些问题得到解决。多功能化 多功能本身就是智能仪器仪表的一个特点。例如，为了设计速度较快和结构较复杂的数字系统，仪器生产厂家制造了具有脉冲发生器、频率合成器和任意波形发生器等功能的函数发生器。这种多功能的综合型产品不但在性能上（如准确度）比专用脉冲发生器和频率合成器高，而且在各种测试功能上提供了较好的解决方案。人工智能化 人工智能是计算机应用的一个崭新领域，利用计算机模拟人的智能，用于机器人、医疗诊断、专家系统、推理证明等各方面。智能仪器的进一步发展将含有一定的人工智能，即代替人的一部分脑力劳动，从而在视觉（图形及色彩辨读）、听觉（语音识别及语言领悟）、思维（推理、判断、学习与联想）等方面具有一定的能力。这样，智能仪器可无需人的干预而自主地完成检测或控制功能。显然，人工智能在现代仪器仪表中的应用，使我们不仅可以解决用传统方法很难解决的一类问题，而且可望解决用传统方法根本不能解决的问题。融合isp和emit技术，实现仪器仪表系统的internet接入（网络化） 伴随着网络技术的飞速发展，internet技术正在逐渐向工业控制和智能仪器仪表系统设计领域渗透，实现智能仪器仪表系统基于internet的通讯能力以及对设计好的智能仪器仪表系统进行远程升级、功能重置和系统维护。 在系统编程技术（in-systemprogramming，简称isp技术）是对软件进行修改、组态或重组的一种最新技术。它是lattice半导体公司首先提出的一种使我们在产品设计、制造过程中的每个环节，甚至在产品卖给最终用户以后，具有对其器件、电路板或整个电子系统的逻辑和功能随时进行组态或重组能力的最新技术。isp技术消除了传统技术的某些限制和连接弊病，有利于在板设计、制造与编程。isp硬件灵活且易于软件修改，便于设计开发。由于isp器件可以像任何其他器件一样，在印刷电路板（pcb）上处理，因此编程isp器件不需要专门编程器和较复杂的流程，只要通过pc机，嵌入式系统处理器甚至internet远程网进行编程。 emit嵌入式微型因特网互联技术是emware公司创立eti（extendtheinternet）扩展internet联盟时提出的，它是一种将单片机等嵌入式设备接入internet的技术。利用该技术，能够将8位和16位单片机系统接入internet，实现基于internet的远程数据采集、智能控制、上传／下载数据文件等功能。虚拟仪器是智能仪器发展的新阶段 测量仪器的主要功能都是由数据采集、数据分析和数据显示等三大部分组成的。在虚拟现实系统中，数据分析和显示完全用pc机的软件来完成。因此，只要额外提供一定的数据采集硬件，就可以与pc机组成测量仪器。这种基于pc机的测量仪器称为虚拟仪器。在虚拟仪器中，使用同一个硬件系统，只要应用不同的软件编程，就可得到功能完全不同的测量仪器。可见，软件系统是虚拟仪器的核心，“软件就是仪器”。 传统的智能仪器主要在仪器技术中用了某种计算机技术，而虚拟仪器则强调在通用的计算机技术中吸收仪器技术。作为虚拟仪器核心的软件系统具有通用性、通俗性、可视性、可扩展性和升级性，能为用户带来极大的利益，因此，具有传统的智能仪器所无法比拟的应用前景和市场。