虚拟仪器技术论文范文

虚拟仪器技术论文范文第1篇

一、虚拟仪器与运动控制

1.虚拟仪器与图形化编程语言-LabVIEW

虚拟仪器(即VirtualInstrument，简称NI)是一种基于计算机的仪器，就是在通用计算机上加上软件和(或)硬件，使得使用者在操作这台计算机时，就象是在操作一台他自己设计的专用的传统电子仪器。在虚拟仪器系统中，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，很方便地改变、增减仪器系统的功能与规模，所以有“软件就是仪器”之说。虚拟仪器技术的出现，彻底打破了传统仪器由厂家定义，用户无法改变的模式，虚拟仪器技术给用户一个充分发挥自己的才能、想象力的空间。用户(而不是厂家)可以随心所欲地根据自己的需求，设计自己的仪器系统，满足多种多样的应用需求。

虚拟仪器系统是计算机系统与仪器系统技术相结合的产物。它利用PC计算机强大的图形编程环境和在线帮助功能，结合相应的硬件，快速建立人机交互界面的虚拟仪器面板，完成对仪器或设备的控制、数据分析与显示，提高仪器的功能和使用效率，大幅度降低仪器的价格，使用户可以根据自己的需要定义仪器的功能，方便地对其进行维护、扩展、升级等。

LabVIEW是美国NI公司利用虚拟仪器(virtualinstnlments)技术开发的32位，主要面向计算机测控领域的虚拟仪器软件开发平台。LabVIEW同时也是一一种功能强大的图形编程语言，但它与传统的文本编程语言(如c语言)不同，采用了一种基于流程图的图形化编程形式，因此也被称为G语言(graphicallanguage)。这种图形化的编程形式，方便了非软件专业的工程师快速编制程序。LabVIEW也不同于传统文本式的编程语言的顺序执行方式，而是采用了数据流的执行方式，这种方式要求程序仅在各节点已获得它的全部数据后才执行。

多任务并行处理一般是通过多线程技术来实现的，不同的任务实际上通过各自的线程轮流占用CPU时间片来达到“同时”处理的目的。LabVIEW也采用了多线程技术，而且与传统文本式的编程语言相比，有两大优点：LabVIEW把线程完全抽象出来，编程者不需对线程进行创建、撤销及同步等操作；LabVIEW使用图形化的数据流的执行方式，因此在调试程序时，可以非常直观地看到代码的并行运行状态，这使编程者很容易理解多任务的概念。

LabVIEW图形化编程语言有效地利用了当今图形用户接口的点击特性。编写程序只包含以下的一些简单步骤：

用鼠标选择仪器函数作为对象；

描述测试步骤和对象之间的关系；

建立初始条件。

2.运动控制

运动控制卡是一种基于PC机、用于各种运动控制场合(包括位移、速度、加速度等)的上位控制单元。它的出现主要是因为：

为了满足新型数控系统的标准化、柔性、开放性等要求；

在各种工业设备、国防装备(如跟踪定位系统等)、智能医疗装置等设备的自动化控制系统研制和改造中，急需一个运动控制模块的硬件平台；

PC机在各种工业现场的广泛应用，也促使配备相应的控制卡以充分发挥PC机的强大功能。

运动控制卡通常采用专业运动控制芯片或高速DSP作为运动控制核心，大多用于控制步进电机或伺服电机。一般地，运动控制卡与PC机构成主从式控制结构：PC机负责人机交互界面的管理和控制系统的实时监控等方面的工作(例如键盘和鼠标的管理、系统状态的显示、运动轨迹规划、控制指令的发送、外部信号的监控等等)；控制卡完成运动控制的所有细节(包括脉冲和方向信号的输出、自动升降速的处理、原点和限位等信号的检测等等)。运动控制卡都配有开放的函数库供用户在相应系统平台下自行开发、构造所需的控制系统。因而这种结构开放的运动控制卡能够广泛地应用于制造业中设备自动化的各个领域。

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，步进电机由于具有转子惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点，成了控制系统的主要执行元件之一。步进电机的控制方法包括开环控制和闭环控制两种。

二、基于虚拟仪器的步进电机控制系统整体结构与原理

一般运动控制系统主要由五部分构成：被移动的机械设备、运动I/O的马达(伺服或步进)、马达驱动单元、智能运动控制器、以及编程/操作接口软件。

本系统的目标是利用笔者实验室已有美国国家仪器公司(NI)的NIPCI7354伺服/步进运动控制卡及其配套软件、NI7604伺服/步进驱动器及其配套软件、两相步进电机、LabVIEW软件、多轴精密电移台(负载)、PC机等构建一套步进电机运动控制系统，分别实现单轴、两轴、三轴和四轴的运动控制，要求系统具有数控系统的基本功能，能实现不同坐标系下的直线、圆弧插补、速度控制、电子传动等功能，以供实验教学应用。系统整体结构框图如图1示。

图1系统整体结构框图

1.NIPCI7354运动控制卡

NIPCI7354控制卡可同时控制包括交流和步进电机的4轴运动，能实现诸如点到点位置控制、速度控制、三维直线、圆弧、螺旋型和球形运动、电子传动、混合运动、回程和限位控制、Trigger输入和Breakpoint输出等功能。NIPCI7354的嵌入式固件是基于RT0S(实时操作系统)内核的，实时性强，通过简单易用的运动控制器、软件、以及外设提供集成方案的功能与能力，为一般伺服与步进应用提供精确、高性能的运动功能。该运动控制器可以使用支持Windows2000/NT/Me/xp操作系统的LabVIEW、MeasurementStudio(LabWindows/CVI、VisualBasic)以及C/C++进行编程。

NIPCI7354运动控制卡是高性能PCI步进/伺服控制器，可用于所有运动控制系统中，控制器采用先进的技术，在嵌入式实时运动或者以主机为中心的编程环境中提供混合运动轨迹控制和完全协同的圆形、线性、点到点、齿轮和空间矢量控制。其丰富的功能可以满足最为严格的要求。

NIPCI7354运动控制卡的主要特点：通过PCI总线与主机(上位机)通信；68芯VHDCI输出电缆；普通数字输出电压：0-32V；高电平3.5--30V，低电平0—2V；最大脉冲速率：100KHZ；运行电流：3-14mA；触发输出最大脉冲速率：1MHz；

2.运动控制软件

利用NILabVIEW图形化编程语言以及各种应用软件可以开发功能强大的运动控制程序，运动控制器配备NI-Motion驱动软件提供的LabVIEWVI、固件更新程序、DLL程序，可以利用其它开发工具(比如MeasurementStudio，LabWindowsCVI)或其它编程语言开发运动控制应用。NI运动助手(MotionAssistant)是一个采用LabVIEW代码生成方法的附加工具，运用该工具您只需进行极少编程甚至无需编程即可开发LabVIEW运动控制应用。

3.NI7604驱动器

NI7604驱动器将NI7354提供的四轴运动控制信号放大，以驱动两相步进电机运转，带动精密电移台运动。该驱动器将运动控制器与特定应用马达、编码器、限位器、用户I/O连接在一起。一根控制电缆连接运动控制器与驱动器，为全部的命令集与反馈信号提供一个通道。

NI7604的主要特点：输入电压：115V/23V，2/1A，60/50Hz；步进放大器：IM481H；每相电流：0.2—1.4A；电源连续输出容量：80W；输入电缆：68芯VHDCI型；输出电压：24VDC；+5V输出：1A。

4.运动控制外设

两相步进电机4台，四轴精密电移台一套，电移台是滚珠丝杠/螺母驱动结构。系统原理图如图2示。

三、系统工作原理

通过上位机(PC机)的数据终端设备设置步进电机的目标位置、加速度、速度和减速度(即发出运动控制任务)，NIPCI7354运动控制卡根据设置信息控制电机的运动时间(输出脉冲个数)和方向，即控制卡完成实时运动规划，NI7604驱动器放大脉冲信号以驱动电机运转。

在电机运行过程中，控制脉冲的频率f应随时变化以满足电机低速起停及高速运行的需要。脉冲频率由发送数据的波特率(B)决定，每发出一个脉冲需用两个二进制位1和0来构成其高、低电平，所以f＝B/2，通过调整发送数据的波特率可改变所发出的控制脉冲的频率。按常规波特率系列发送数据时所产生的控制脉冲频率变化较大，不能满足电机正常起停及调速的要求，为此计算机需按非标准的波特率发送数据以产生任意频率的控制脉冲。一般在电机起动及停止阶段每发送一个字节调整一次波特率，以使电机起停得尽量平滑。

四、软件研究与实现

在系统硬件环节构建完成后，先后逐步完成了单轴直线运动控制、两轴平面运动控制、三轴空间运动控制系统的软件研究与开发。

控制软件利用LabVIEW7这种虚拟仪器软件开发平台设计，每个程序分为前面板和框图程序两部分。前面板用于设置控制参数和显示控制过程及结果，框图程序是程序的代码。两轴平面螺旋运动前面板如图3示，两轴平面螺旋运动框图程序(局部)。

五、结语

虚拟仪器技术论文范文第2篇

手机测试

挑战：

中国的手机市场发展迅猛，世界各大手机厂商竞相争夺手机用户。在如此激烈的竞争中，手机的功能日趋丰富，比如摄像头、MP3、FM调频收音机等等。同时，手机通讯协议也层出不穷，GSM、CDMA、GPRS、CDMA2000、EDGE、WCDMA等等。为了应对产品的不断变化，工程师面临着提高效率并缩短产品市场化时间的挑战，他们需要一个灵活而强大的通用测试平台。我们先来看一个通用测试平台针对手机通讯协议的变化而表现出来的优势。大家知道，2G的协议比如GSM和CDMA都已被成功地运用于市场了，而3G的协议比如WCDMA，CDMA2000等等是未来的必然趋势。在从2G到3G的转变中，面临客户群、设备置换、技术的成熟度风险等等问题。运营商希望能够进行平滑的过渡，在不丢失已有手机用户的情况下，首先升级交换网络部分，这使得用户可以使用过渡期的2.5G产品，然后等时机成熟时再升级无线网络部分达到3G的标准。2G的测试仪器已经比较成熟，3G的测试产品正在加紧开发，2.5G的专用测试设备却由于传统仪器制造商考虑到研发成本和市场前景的问题而匮乏。

一家著名的手机制造商制造了支持EDGE(EnhancedDataratesforGSMEvolution)协议的2.5G手机产品，需要针对这一产品的测试方案。EDGE是一个专业协议，由于它的出现时间比较短，了解它的人也比较少，要在短期内构建一个EDGE测试系统是一个巨大的挑战。为了在市场上与同行竞争，需要在一个月内能够使用这套测试设备。

应用方案：

利用TestStand模块化，兼容性强，可自定义的特点，根据生产测试的需要对其进行修改与完善，并结合LabVIEW，GPIB卡，以及相应的测试仪器，创建百分之百符合自己需要的CDMA基站测试系统。

使用的产品：

硬件上整个系统包含了一个PXI机箱，其中有：

NIPXI-8186

2.2GHzIntel奔腾4处理器的嵌入式PC，预装WindowsXP操作系统

NIPXI-5660

2.7GHzRF信号分析仪，9kHz到2.7GHz，20MHz实时带宽，80dB真实动态范围

NIPXI-5670

RF信号源，250kHz到2.7GHz，16位，100MS/s任意波形发生，22MHz实时带宽

NIPXI-5122

14位数字化仪，100MS/s实时采样，2GS/s随机间隔采样，100MHz带宽

NIPXI-4070

6位半数字万用表，6ppm精度

其中，NIPXI-5660被用作矢量信号分析仪，NIPXI-5670被用作射频信号源，NIPXI-5122被用作示波器，NIPXI-4070被用作数字万用表。

软件上使用了LabVIEW图像化开发环境和NI-DAQmx驱动程序。

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虚拟仪器技术论文范文第3篇

1．1传感器

本设计采用的传感器型号是Vaisala公司生产的气象变送器WXT520，是一个轻巧的小型变送器，采用紧凑式包装，可提供6种气象参数。WXT520用于测量风速、风向、降水、气压、温度和相对湿度。传感器外壳的等级为IP65/IP66，适合于我国北方的恶劣天气。WXT520采用32VDC，并使用可选择的通信协议输出串行数据:SDI－12、ASCII自动和轮询。有4个串行接口可供选择:RS－232、RS－485、RS－422和SDI－12;并配备了一个安装用8针M12接头和一个维护用4针M8接头。

1．2主控系统

主控系统包括数据采集器与控制器，具体包括控制器、采集器、通讯模块、供电电源和存储模块等部分。主控器通过嵌入式软件与供电、采集、通讯、存储等单元协调工作来完成。自动气象站的核心是数据采集器，负责数据收集、传输、统计分析和数据存储［4］。采集器电路主板包括主板和底板。主板是嵌入式工控主板，具有良好的扩展性，操作性、支持第三方控制器，包括时钟管理、实时及周期间隔定时器、复位、关机、高级中断及调试单元(DBGU)。通讯单元为西门子6GK7型工业以太网通讯单元，可以做到网络统一，可与支持EtherNet/IP的设备连接，结合使用Ethernet功能使其具有传感器监控器及控制值备份等现场实际应用功能，要想完成任务下达命令和数据上传功能需要通过网络来实现。通讯模块起到关键作用，所以要求其具备以下功能:①支持国际标准通讯协议，如TCP/IP(6．0)、UDP或者PPP，具有标准RS232串口;②可以自动监测联网状态，短线1min内自动拨号重新连接，防止数据的丢失;③接口速率为可选的1200～9600kB/s范围。存储单元:因采集数据的频率较短和跟踪监测的时间范围较长，因此采用存储容量为闪迪256G固态硬盘，用于保证存储容量及数据的安全性、稳定性和读取速度，同时存储单元可以记录系统工作状态。防雷单元:由于监测系统需要全天候连续工作，所以需要面对复杂天气状况，因此加装防雷设备对于整个系统的安全性尤为关键，本系统采用的是雷太LY1－B系列电涌保护器(一级防雷器)。供电单元:由于本系统需要在田间进行监测，不宜采用城市供电，因此选用了太阳能电池进行供电，对电池的容量要求为在无光线的环境中可以连续供电10天。扩展单元:新型传感器需要有相应的端口或接口与主控系统相连接，以满足系统升级或新添设备需要。

2系统设计

农田气象信息远程监测系统的主控器选用的是Atmel公司的ARM9系列的AT91SAM9260处理器。该处理器可以采用Linux操作系统，通过嵌入式应用控制程序，实现农田环境多要素气象数据的采集、处理及存储的功能。被采集到的气象要素基于TCP/IP协议的通讯网络，采用无线GPRS方式，根据实际情况选择最佳的组网方案，实现无线气象数据传输，并基于LabVIEW开发农业气象信息管理软件，使气象信息能够被读取。

2．1采集控制设计

采集系统可以实现采集并对采集到的气象要素信号进行处理。采集系统内部设有存储器，可以进行信息清除并对采集到的各气象要素的数据进行存储，有接口USB实现信息数据的备份功能。系统设有通讯接口RS232/RS485，可以通过该接口与GPRS/CDMA等通讯设备连接。该系统有时钟校准功能，通过监控中心下达指令，对气象站的时间进行校准。数据处理的方法需要设计采集数据的时间间隔。气象数据的监测主要为定时扫描各传感器的数据，通过通讯模块将数据的电信号传到主控系统中经既定程序(LabVIEW)计算;通过屏幕可以直接读取实时数据，针对特定时间段的数据可以进行有目的的分析，如平均值，不同时间点的变化趋势数据以及不同周、月份、年份的数据统计分析等［5］。收集数据默认为温度、相对湿度、降雨量、风向、风速及气压;当增加传感器时，在主控系统中重新设置就可以进行增加项目数据的收集。各气象数据中气温、相对湿度、雨量、气压的数据传感器每10s测定一次，根据气象学上常规的统计方法，通过程序收集到1min内每10s的瞬时气象数据。气温、相对湿度、雨量、气压在1min内会收集到6个数据，舍弃一个最高值和一个最低值，使用其余的4个测定数据来计算算术平均值，此值为监测系统最终在屏幕中实时显示的瞬时数值。风向、风速的监测频率为1次/min，系统计算每5min内5次测定值的算数平均值，此数据在LabVIEW程序界面中实时显示。所有测定的数据在数据库中均有保存，如统计部门需要对数据进行特殊分析，均可在数据库中将数据导出。在数据库中如有异常数据，一般以超过临近时间点两倍的数据值进行特殊标记，以便提醒管理员对相应数据进行核实和异常情况的分析。

2．2通讯设计

前端采集部分与后端监控中心系统通信采用无线GPRS通信方式，由于农田气象站放置在室外，因此不适宜采用光纤传输，而采用GPRS无线能够解决此问题［6］。GPRS采用的组网方式是公网固定IP的方式。GPRS拥有传递及时、通信信号好等优势，在并组网时减少对原有网络资源的浪费，节约了成本，并可以在室外复杂环境中实时进行监测，而且具有一定的安全性。室外自动气象站与气象信息管理系统需要建立点对点的网络连接，在连接过程中需要以无线方式登陆到以太网络来获得网络地址。要实现网络服务器地址和端口映射在气象管理系统中，需要气象信息管理系统软件采用其网络子网地址，这样在管理系统显示软件中就可以实现气象数据的双向通讯，进行有效的信息传递和收集［7－8］。图2为基于GPRS无线通讯的气象信息系统示意图。

2．3软件设计

气象信息管理系统可以通过网络来查看气象信息。本研究天气显示采用的软件是LabVIEW，此软件是美国国家仪器公司推出的一门图像化编程语言，同时也是著名的虚拟仪器开发平台［9－10］。作为一门图形化编程语言，LabVIEW秉承了其简单易用的一贯作风，使用户能够快速编写出强大的应用程序。本研究的LabVIEW编写程序图，如图3所示。为了方便叙述，本文把风向、风速、温度、湿度、雨量和气压多种气象数据统称为气象信息值。气象系统天气前面板显示图，如图4所示。通过该系统对哈尔滨市香坊区东北农业大学校内气象信息值进行监测，与气象台预报数据作为参考进行对比，气象信息值监测结果如表1所示。表1中实测的时间跨度是实验当天早6:00至晚18:00。从数据中可以看出，实测日期当天监测到的温度、湿度、雨量、风速和气压与参考值相比，具有良好的线性关系，系统可以准确计算出当天所监测气象信息的平均值。此收集到的气象数据只是一天中的部分数据，所以经过系统分析计算出来的数据只能代表所监测时间范围内的气象信息，与气象台的参考值有偏差。

3结论

本研究实现了通过虚拟仪器技术对气象信息进行实时监测及通过GPRS无线传输通讯与管理系统进行数据交换，且通过LabVIEW软件可以把气象信息以数据形式直观展现。通过对现场实际气象信息监测，证实该系统可以连续实时记录和储存所监测时间范围内的气象数据，并可以对收集到的数据进行统计分析，配合气象预警系统基本可以实现恶劣气象条件及时给与提醒，为相关机构对实施相应防护方案提供准确可靠的理论根据。同时，可把恶劣天气对农业生产的影响降到最低，为农业生产的顺利进行提供有力保障。

虚拟仪器技术论文范文第4篇

【关键词】Labview软件;MATLAB软件;Visual Basic软件;JAVA软件;优缺点

1.引言

传统示波器是电子工业、科学研究和教学实验领域中一种必备的仪器，并且都在这些领域中占有重要的地位。在高速发展的现代科技技术下，对传统测控仪器提出了新的技术要求，主要包括智能化、自动化、多样化等等[1]。传统仪器跟其他传统测控仪器一样，越来越不能满足这些新技术的要求，与此同时，新仪器的开发对开发商与用户都带来了更大的挑战。基于上述原因，新型的测控仪器设备的出现是当务之急，虚拟仪器这个概念变得不再陌生。

虚拟仪器的开发基于强大的计算机软件和硬件，把传感器技术，自动化控制技术等有效的融合在一起[2]。软件设计平台的灵活性，依据用户不同的特殊需求创建出人机友好操作界面，实现并取代各类特殊、昂贵的测试仪器的功能。

实现用户友好操作界面的软件操作平台有很多，例如，Labview软件，MATLAB软件，Visual Basic软件，JAVA软件等，本文将对实现虚拟示波器用户操作界面的开发性软件进行比较。

2.虚拟仪器的发展

2.1 国外发展状况

近年来，世界各国的虚拟仪器公司开发了不少的虚拟仪器开发软件，方便了开发商利用这些开发软件组建自己的虚拟仪器或测试系统，并编制测试软件，最具影响力的是NI公司的Labview和Labwindows/CVi开发软件，美国HP公司的HP-VEE和HPTIG平台软件，美国Tektronix公司的Ez-Test和Tek-TNS软件以及HEM Data公司的Snap-Master平台软件等都是国际上公认的优秀虚拟仪器开发平台[3]。从1988年陆续有虚拟仪器产品面市，当时有五家制造商推出30种产品。此后，虚拟仪器产品每年成倍增加，到1994年底，虚拟仪器制造厂已达95家共生产1000多种虚拟仪器产品，销售额达2.93亿美元，占整个仪器销售额73亿的40%。美国是虚拟仪器的诞生地，也是全球最大的虚拟仪器制造国，生产虚拟仪器的主要厂家有HP公司目前生产100多种型号的虚拟仪器，Tektroflix公司目前生产约80多种型号的虚拟仪器。

2.2 国内发展状况

国内虚拟仪器的开发和研究起步相对比较晚，清华大学，重庆大学，西安交大以及东方震动和噪声技术研究等高校和公司对虚拟仪器的产品和设计平台以及NI产品做了大量的研究工作，所研究和开发的结果在某些方面都得到了很好的应用，比较突出的是重庆大学测试中心所研究的虚拟仪器，目前，部分院校的实验室也引入了虚拟仪器系统，包括上海复旦大学，上海交通大学，华中科技大学等[4]。于此，又开发了一批新的虚拟仪器系统用于教学和科研，其中华中科技大学机械学院所开发出的Inventor可重构虚拟实验台、深圳蓝津信息技术有限公司开发出的DRVI快速可重组虚拟仪器平台等影响力比较大，中国农业大学的研究人员利用虚拟仪器开发平台开发了用于精密播种机性能检测的实验室自动化系统。山东大学医学院基于虚拟仪器技术研究了胸双极立体心电图及其三维可视。

2.3 未来的发展趋势

虚拟仪器正在持续且迅速地发展，它即将取代测量技术在传统领域的各类仪器，使仪器的功能和技术性能方面具有了灵活性和经济性，因而更适应当代科学技术迅速发展和科学研究所提出的更高更新的测量需求[5]。并且随着计算机技术、仪器技术和网络通信技术的不断完善，虚拟仪器技术也会在向网络化方向发展，即基于网络的虚拟仪器。网络技术和虚拟仪器技术相结合，产生了基于网络的虚拟仪器，使用的网络化虚拟仪器，可以在任何地点，任何时间获取测试的数据，因此图像化编辑平台的发展将带动和完善虚拟仪器的发展。国内专家预测未来的几年内我国将有50%的仪器为虚拟仪器，国内将有大批企业使用虚拟仪器系统对生产设备的运行状况进行实时监测。

3.几种虚拟示波器常用开发环境的特点

3.1 基于Labview的虚拟示波器

Labview是一种基于图形编程语言的可视化优秀开发平台，它与传统编程语言最大的区别是使用图形语言，以框图的形式编写程序[6]。它与VisualC++、visual basic、LabWindows/CVI等编程语言不同，是使用图形化程序设计语言G，而不是基于文本语言的程序代码，用方框图代替了传统的程序代码，一个Labview程序主要包括前面板、框图程序、图标/接线端口3部分[7]。为用户提供一个便捷、轻松的设计环境，利用它设计者可以像搭积木一样，轻松组建一个测量系统或数据采集系统，并可以任意构建仪器面板，而无须进行任何繁琐的计算机程序代码的编程，从而可以大大简化程序的设计。

在设计虚拟示波器时，程序包括数据采集，波形显示，信号处理，波形存储和回放几个模块。因而硬件部分的主要功能就是采集外部的信号，可以是PCI、USB、DAQ等数据采集装置，然后是信号调理，目的就是完成信号缓冲、放大、滤波等功能[8]，Labview开发平台自带的函数具有强大的信号处理功能，充分发挥Labview的优势所在。在它的前面板上可以非常直观地显示出旋钮，开关，波形等示波器应有的界面设置，参数设置，可以根据开发者的想法自行定义，具有很强的灵活性[9]，真正的操控系统的是后面板，建立功能模块，元器件的连接，按键功能的实现等等，模块化的实现使虚拟示波器的功能更加完善。

3.2 基于MATLAB的虚拟示波器

MATLAB是Matrix和Labortaty前三个字母的缩写，意思是“距阵实验室”[10]。是一套功能十分强大的计算机辅助和设计教学软件，MATLAB具有以下的主要功能：数值计算功能，符号计算功能，图形处理功能及可视化功能，可视化建模及动态仿真功能。

基于MATLAB平台设计的虚拟示波器可以充分发挥它的数据分析功能，不仅方便了实验研究，也可以为控制系统的设计与优化提供了有效的途径[11]。基于MATLAB的虚拟示波器硬件系统主要是完成数据采集系统的设计，主要有MCU、数字I/O、A/D、数据通信接口，以及电源部分组成。而对计算机串口以及数据输入的控制，由MATLAB软件的仪器控制工具箱中的函数来完成。通过调用MATLAB的数据采集，画图程序来完善虚拟示波器的功能。MATLAB是很好的数据分析处理软件，而将其与Labview相结合编程可以极大的提高系统的数据采集、分析、故障诊断的能力，具有很强的技术提升空间。

3.3 基于Visual Basic的虚拟示波器

Visual Basic简称VB，是Microsoft公司推出的一种Windows应用程序开发工具。在界面设计、文件处理、多媒体应用、数据访问等方面提供了有力的帮助，具有易懂、易学的优点。对于虚拟示波器开发而言，VB在数据处理和图形显示方面不如Labview。在使用VB开发工业测量与控制系统应用软件时，需要对待测量信号进行实时采集、显示、以及实时处理等VB并不擅长。对此类应用程序的开发，最为理想的解决方案是将VB的图形用户界面开发及其他方面的优势和LabVIEW在数据采集、显示与处理方面的优势结合起来[12]，互相取长补短，从而开发出功能更加强大的测控软件系统。

MATLAB与VB的结合主要有两种方式。其一是在VB中引入MATRIXVB，使得VB可以调用MATLAB函数。其二是将在MATLAB中编写的文件编译成VB可以调用的DLL文件。通过混合编程，利用VB和MATRIXVB，快速、简洁地生成虚拟仪器[13]。

3.4 基于JAVA的虚拟示波器

JAVA是由Sun Microsystems公司推出的JAVA程序设计语言和平台的总称。面向对象的一次编译随处运行的高级语言，提供了强大的网络支持，用Java实现的HotJava浏览器跨平台、动感的Web、Internet计算的功能。推动了Web的迅速发展，常用的浏览器均支持Java applet[14]。基于JAVA开发网络化的虚拟测控系统具有强大的网络和跨平台的优势。

基于JAVA的网络化虚拟示波器，利用socket和多线程技术实现，使用双缓存技术解决了波形显示时的闪烁问题，由系统启动用户界面线程，同时启动不断侦听对客户连接请求的线程。如果侦听到客户的连接请求，就开辟一个新的线程来处理其连接请求。与此同时还要查询数据是否已经传送完毕，一旦完成便要通知用户界面线程更新界面。

除了上述的几种开发平台外，还有C++ Bulider，Visual ，VC等都可以是结合多种软件的虚拟仪器开发平台，另外国内也有一些虚拟仪器开发系统，如吉林大学自主研发的图形化虚拟仪器开发平台LabScene，重庆大学研制的虚拟仪器开发系统VMIDS等等[15]。并在相应领域取得了一定的成果。

4.结束语

在各领域的应用中，虚拟仪器正在取代着传统仪器，它的优势也是显而易见的，它的出现是仪器界的一次革命，具体表现为：智能化程度高，处理能力强;复用性强，系统费用低;可操作性强等等。对于虚拟仪器的设计而言，软件设计是核心，对于每一种虚拟仪器的开发平台都有它自己的特色与缺陷，MATLAB是一款数字处理与图形化处理的强大软件，在设计虚拟示波器时可以发挥它强大的数据处理功能，对于Visual Basic而言，它的缺陷是存在的，但它是一款作为结合型开发软件的好处;利用JAVA的开发的虚拟仪器是现在乃至未来的重要开发平台，它是仪器朝着网络化的发展，就目前而言，Labview是虚拟示波器开发软件的首选，它的图型化编程语言使用户和开发者都能比较容易理解。在实际应用中，我们不仅仅局限于单种软件开发工具，可以将它们结合起来使用，取长补短，各抒其长，会使所开发的虚拟仪器得到更全面的设计。再者在实施方案前，对开发平台进行分析探讨、比较，最终选择适合的虚拟平台，对之后的工作会带来更多的便利。

参考文献

[1]王波.虚拟示波器系统设计与实现[D].苏州大学硕士学位论文，2006.

[2]王维喜.基于声卡的多功能虚拟示波器和虚拟函数发生器设计[D].青岛大学学位论文，2009.

[3]李艳.基于Labview虚拟仪器的设计和应用[D].南京理工大学学位论文，2006.

[4]丁鹏.基于USB数据采集的虚拟仪器的研究和设计[D].西安电子科技大学学位论文，2010.

[5]王美刚.基于声卡的虚拟仪器[D].太原理工大学硕士学位论文，2006.

[6]姜碧琼.基于Labview的虚拟示波器的设计[D].西北农林科技大学学位论文，2008.

[7]朱红林，刘武.基于Labview的虚拟示波器的设计[J].电子工程师.2006.32（11）：17-19.

[8]曾秀云.基于虚拟仪器的信号采集与控制系统开发[D].电子科技大学.2010.

[9]朱治国，郑建荣，刘小平等.虚拟仪器及常用开发软件[J].现代仪器，2004，1：28-31.

[10]薛德庆，姚世锋，刘锐，蔡继军.MATLAB在虚拟仪器中的编程应用研究[J].传感器与仪器仪表，2006，22（5-1）：157-159.

[11]罗彬，曾岳南，张雪群.基于MATLAB的虚拟示波器设计[J].仪器仪表用户，2006.13（4）：107-110.

[12]宋波，陈一民.关于虚拟仪器开发工具的比较与选取[J].国外电子测量技术，2006，25（8）：1-5.

[13]戴永彬，关维国.VB和MATRIXVB在虚拟示波器中的应用[J].仪表技术，2004（6）：21-22.

[14]白伟能，吉国力，周笋.基于MATLAB和VC++混合编程的ACR仿真系统开发[J].厦门大学学报（自然科学版），2005，44（1）：136-138.

虚拟仪器技术论文范文第5篇

关键词：课题研究；虚拟仪器实践；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）31-0075-02

一、引言

虚拟仪器技术是当前仪器与测量发展的一个重要方向，它为各学科提供了一个通用的测量及仪器设计平台，因此“虚拟仪器实践”课程不仅提供了虚拟仪器技术理论与实践结合的环节，也是学生综合应用所学各门学科知识的一个很好的实践机会。对于工科学生来说，加强对他们的实践能力的培养尤为重要。

“虚拟仪器实践”课之前的教学内容是让学生完成“虚拟仪器实验箱”配套的实验指导书上的5个实验，实验指导书详细介绍了实验步骤，学生按照实验指导书的内容完成即可。但是每次课程结束，学生仍然不懂虚拟仪器的基本知识，更不用说独立完成一个虚拟仪器的设计与实现，远远达不到开设这门课的目的以及培养学生创新实践能力的目标，因此对这门课的教学改革势在必行。

通过分析“虚拟仪器实践”课程的课程目的以及学生的实际情况，我们在课程中借鉴了以课题研究为导向的教学方法，对课程内容、授课模式和考核方式等几方面进行了改革，经过2年的教学实践，均取得了较好的教学效果和学生反馈。

二、课题研究为导向的教学法

课题研究为导向的教学法，是指在教学中引入课题研究任务，引导学生带着一定的目的性主动学习，这可以提高学生学习的积极性，并提高独立科研的能力。从课程伊始布置课题任务，期末提交课程设计报告，课题研究任务贯穿整个课程教学过程。

以课题研究为导向的教学过程，学生可以根据兴趣自主选题，所以学习的兴趣和动力较大，不仅会自己去研究“怎么做”，还会研究“怎么做得更好”，因此是学生在教师的指导下变被动学习为主动学习的过程。

课题研究为导向的教学法，实际上是以建构主义教育理念为指导的“做中学”，要求学生通过“动手做”获得直接经验，并运用已掌握的知识去分析和解决实践中的问题，对获得的数据进行整理、分析等处理，最终得出结论。因此，学生得到的知识是鲜活的知识，并且易于内化为认知结构。

做中学的教学思想被认为是最有效的教学策略之一。正如美国“2061计划”中指出，最有效的向各类学生教授科学的策略应是支持学生对他们自己动手的和与他们的生活和文化相关的活动形成他们自己的理解[7]。

对于如何开展做中学，国内外教育界做了很多有效的尝试和探索，丹麦的奥尔大学创立的课题（项目）组织教学（project organized）模式便是一个成功范例。这一模式包括选择课题、师生协同研究、撰写研究报告、课题评价四个阶段，真正做到了按课题（项目）组织教学，以课题研究贯穿于教学的全过程。

三、课题研究为导向的教学实践

在“虚拟仪器实践”课程教学过程中实施以课题研究为导向的教学法，不仅仅是帮助学生更好地掌握虚拟仪器技术的知识，包括虚拟仪器系统的构成、虚拟仪器的编程环境和编程方法、虚拟仪器的编程技巧以及优化策略，也重在培养各种能力，包括发现和运用学习资源的能力，合作学习的能力，口头表达能力和书面表达能力，运用在大学学到的知识和发展的智力等。

改革以后的课程内容、授课模式和考核方式都围绕以上目标进行，课程内容不再是几个固定的实验，而是学生自主完成一个课题的设计并实现；授课模式也主要是“以学生为中心”的研究型课堂模式，教师主要工作是答疑和点评；课程考核是根据课题完成情况和课程设计报告的情况综合评分。具体步骤如下。

（一）确定课题

主要是给学生们布置课题任务，同时介绍考核的标准、查找文献的方法、课程设计报告的格式要求，并提供示范的优秀作品。

课题的确定是实施项目教学法的关键环节。选题既要新颖有趣，能够激发学生的兴趣，又要有一定综合性和难度，能够让学生对所学知识进行综合、学会理论联系实际、学会解决处理实际问题，从中培养学生的综合能力。

为了激发学生的学习热情和创新意识，鼓励学生根据自己的兴趣爱好以及查找资料的结果自主选题，再由教师审批确定。

（二）知识梳理

任何一个领域的知识都是有结构的。把知识放到一个大的架构下学习，有助于掌握和理解，有益于记忆和应用，可以有效提高学习效率。学生在小学期生产实习时已经学过了LabVIEW的基本知识，但是比较零碎，没有构建起虚拟仪器技术的整体知识脉络，因此，在学生开始他们的课题研究之前，我们用2个课时给学生做了必要的知识梳理，把虚拟仪器技术的基本知识点贯穿起来，也解决了学时少的情况下尽可能提高课题研究质量的问题。

（三）课题研究

学生可以选择独立完成或者2人一组完成课程设计。学生利用网络、参考书籍查找相关资料，实现课题的预期效果。在教师的建议和指导下，学生寻找符合项目性能指标要求的传感器和元器件，完成硬件电路的搭建。硬件电路完成后，进入软件框图程序设计。最终进行软硬件系统调试，完成设计要求。也允许有一定难度和实用价值的纯软件的课题。

（四）课题评价

每组同学用PPT和课题成果演示相结合的方式展示课题的研究成果以及获得的知识和技能，老师进行点评，主要从综合性、界面友好性、程序规范性、创新性四个方面进行评价和考核，鼓励学生的创新意识和有难度的课题。

（五）撰写报告

之前绝大多数学生都没有做过小论文，我们参考毕设论文的格式向学生提出了课程设计报告的要求（即应包括摘要、关键词、全文、心得总结及参考文献，且参考文献应在文中标注等），并给出示例范文。这不仅使学生得到了初步的科学研究训练，也为即将到来的毕业设计做了很好的过渡。

四、教学实践的实施效果

我们从2014年开始对电子信息工程专业两届共108名学生进行了以课题研究为导向的“虚拟仪器实践”课的教学改革探索。学生用9周时间，利用美国NI公司LabVIEW虚拟仪器软件、数据采集卡及其他传感器和元器件分别完成了自动温度监测仪、多媒体小助手、基于LabVIEW的远程实验、实时变声器、基于LabVIEW的多媒体通讯系统、十字路通灯控制系统、直流电机转速控制仪设计等多个课题的设计。学生们还自拟了全国大学生体质健康测试计算器、学生宿舍简易监控系统等反映学生日常生活需要的题目，学生们做得兴趣盎然，相关作品参加校内外的虚拟仪器竞赛也获得了较好的成绩。

通过本课程，学生不但完成了虚拟仪器技术相关知识的学习和综合应用，还加深了对传感器技术、测控技术、计算机原理与接口技术、信号与系统、计算机网络技术等理论知识的理解。课堂气氛活跃，学生分析能力、组织协调能力和动手能力显著提高，基本达到了预期教学目标。

为了提高学生的课程论文质量，我们要求每个课题都小题大做。从课题调研、提交方案、课题完成，到最后的论文提交，完成了一个系统的学术训练过程。在最近的这期教学实践中，我们强化了方案环节，要求学生在前期要提交一份研究方案的报告，因此这期提交的论文质量整体上比上期有较大的提高。学生在完成论文后普遍有一种成就感。

五、教学实践中的教学体会及应注意的问题

以课题研究为导向的“虚拟仪器实践”课的教学改革探索取得了比较好的教学效果，但是还是有些需要注意改进的问题。

（一）项目设计要合理

学生的层次和素质有较大的差别，为了满足每个学生的不同需求，使他们有不同程度的收获，项目设计必须有层次。同时，给学生布置任务时一定要提出明确的要求和目标。

另外，根据学生的反馈，多数学生希望在选题时能够得到更多老师的引导和支持。我们的学生经过多年应试教育的培养，创新意识比较缺乏，希望老师有现成的题目给他们。改变这种状况还需要长期的培养和引导。

（二）把握好教师的地位

以课题研究为导向的教学中，学生为主体，教师设计课题任务、提供指导和建议并且做好督促和检查。

由于已经是大四阶段，很多同学在外实习，加上考研的比例很大，所以不少学生直到期末交稿的截止期限前才真正开始做，这就很难保证课题研究的质量。因此教师要经常性的检查，以增加他们的时间紧迫感，确保课题和论文完成的质量。

六、结语

经实践证明，以课题研究为导向的教学法是一套行之有效的教学方法。在“虚拟仪器实践”课程中的教学实践表明，不仅可以让学生综合应用所学知识，同时培养了学生的独立思考能力，为培养具有创新实践能力的人才培养目标以及工程教育创新改革提供了一种新思路和有效模式。

参考文献：

[1]夏纪梅.“任务教学法”给大学英语教学带来的效益[J].中国大学教学，2001，（6）：32-34.

[2]刘科，宋秦中.以实践为中心的“虚拟仪器”教学研究[J].中国电力教育，2011，（19）：97-98.

[3]聂铁力，梁栩凌.管理理论基础课程的情境教学设计――与美国课题导向教学方式的比较[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2014，（6）：50-51.

[4]邱宏，吴平，陈森，张师平.研究型教学中科研训练环节的教学实践[J].中国科教创新导刊，2013，（13）：26-27.

[5]郭杰，周祥才，张美凤.项目教学法在“虚拟仪器技术”课程教学中的应用研究[J].科技信息，2011，（6）：130-133.

[6]黄献海.课题研究为导向的材料力学教学方法初探[J].力学与实践，2012，（6）：74-76.

虚拟仪器技术论文范文第6篇

【关键词】汽车发动机；虚拟仪器；特点；实验；应用

0.引言

虚拟技术、计算机通信技术和网络技术构成了信息技术中最重要的组成部分。而在汽车发动机的研究和生产过程中，发动机实验发挥着至关重要的作用。而虚拟仪器技术的发展使测试仪器走向了柔性化，用户可以根据自己的需求搭建专门的测试环境，同时在具有兼容性和可扩展性的硬件基础上，通过专业的虚拟仪器软件，灵活方便地实现整个测试系统的扩充、更改和升级，从而提高整个测试系统的效率，降低测试的成本。

1.虚拟仪器技术背景

1.1虚拟仪器技术的介绍

虚拟仪器（Virtual Instrument）技术，就是在计算机的基础上，引入特殊的仪器硬件和专用的软件，来实现一种具备普通一起基本功能又有着自身特殊用途的新型仪器技术。虚拟仪器技术融合了计算机硬件、软件技术和总线技术，同时又与测试技术、仪器技术紧密相关。在上个世纪80年代美国的国家仪器公司（National Instruments Corporation，NI）在世界上首先提出了虚拟仪器技术的概念。

虚拟仪器技术的核心概念是：基于计算机的统一仪器的硬件平台，通过计算机特有的运算、数据存储、回放、调用、显示以及文件管理等功能，把传统仪器的专业功能和控制面板以软件的形式呈现，与计算机充分结合就，从而形成具备传统仪器外观和功能，同时又可以利用计算机智能资源的全新仪器。目前世界上应用最为广泛的是NI公司研制和推出的总线系统虚拟式仪器LabVIEW。

1.2虚拟仪器系统的结构

一个虚拟仪器系统主要由以下几个部分组成：数据采集系统、通用接口总线（General Purpose Instrument Bus，GPIB）仪器控制系统、基于计算机总线技术虚拟仪器中扩展（VME Extension for Instrumentation， VXI）的仪器系统，及以上由以上部分组合而成的系统。数据采集系统作为外界物理参量与计算机数据处理之间的桥梁，是整个虚拟仪器系统中的一个重要的组成部分，其机构主要包括以下一些功能单元：

（1）模数采集卡和数模卡：其核心部件是高性能的模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC），该模块具备高级的定时功能，当今的模数转换器的分辨率能够达到12bit、16bit、18bit甚至24bit，同时采样频率可以为0-100KHz、200KHz、330KHz、1000KHz、20MHz和更高。而且还可以实现无时差、无相移额多通道采样。测试通道数最多高达1024。

（2）计算机及其附件：该模块有高性能的计算机，显示设备和光驱、硬盘等，它们是虚拟仪器系统进行数据处理的核心。

（3）功能软件：功能软件指的是具备测试和分析功能的专业软件，这些软件在整个虚拟仪器系统中发挥着重要的作用。

（4）接口和总线：虚拟仪器系统具有多种接口和总线方式（如PC总线方式、USB总线方式、并行总线方式等），而用户可以根据自己的需求选择合适的接口和总线方式。

（5）传感器和调理模块：它们是虚拟仪器测试系统的基础，高质量的传感器和调理模块决定了测试系统优异的性能。

1.3 虚拟仪器技术的特点

（1）虚拟仪器系统基于通用的软件开发平台：硬件模块确定后，其测量功能主要通过内部的专业软件实现，整个系统的规模可由修改软件控制。

（2）高度自定义，使用方便：虚拟仪器不同于传统硬件仪器使用过程中用户无法更改仪器功能的模式，通过专业的虚拟仪器软件，用户能够根据自己的需求，方便灵活地构建适合的测量系统，并可以对整个系统进行扩展和升级，从而大大缩短了开发周期。

（3）虚拟系统的开放性强：虚拟仪器可以和其他设备进行互联，对实验现场进行监测和管理，互联功能可以使测控系统突破局域限制。

（4）高性价比：一套虚拟仪器系统可以实现多种功能，系统组建快捷，测量时使用的数字化技术，很大程度上降低了环境干扰和系统误差的对整个实验的影响，更可以节省硬件设备，降低了搭建测试系统的成本。

2.虚拟仪器技术在汽车发动机实验中的应用

2.1发动机油耗测试

利用虚拟仪器技术在原发动机实验测控台架上设计瞬态油耗测试系统，传感器模块的核心是质量式油耗传感器，目的是把发动机的油耗等性能参数由传感器转化为相应的电信号，同时可利用发动机实验测控台架得到转速和扭矩等信息，其他模块包括数据采集卡和计算机处理系统。

测试中测量特定时间内所消耗的燃油重量计算出发动机单位时间内的油耗量，其中质量式油耗传感器主要由称量装置、计数装置和控制装置三个部分组成。而虚拟仪器软件中的主操作界面包括控制区和显示区：显示区中显示转速、扭矩、油耗等信息，同时设有超过极限报警指示灯显示；控制区包括测量仪控制开关、采集速率、参数值设置、极限值和初始值等。主程序软件按功能分为转速计、扭矩计、油耗仪等测试模块，其中每个模块可独立工作，用于单个内容的测试。完成信号采集后，进行数据显示和保存。

2.2发动机噪声测试

整个虚拟仪器系统包括硬件和软件两大部分，硬件的传感器模块中传声器采用驻极体microphone，转速传感器使用夹式传感器拾取信号，再通过数据采集模块将获取的信号数字化，供计算机数据处理使用。而系统的软件由控制面板、参数输入、数据显示、性能分析以及系统检测等功能模块。

在实验中先通过系统得到整个配气机构的噪声频谱，然后得到消除气门落座噪声后的频谱, 通过噪声相减的原理计算得到气门落座噪声频谱图，从而能够去除出气门杆段撞击摇臂噪声、配气机构的气门落座噪声以及链条链轮噪声，经过分析处理计算出噪声频谱图并得到对噪声影响较大的那些频率分量，再与具体的机械结构特征进行比较，最终分析得到主要的噪声源。

3.结束语

作为一种新型的仪器技术，虚拟仪器技术所具备的优点是传统的仪器所无法得到的，虚拟仪器系统有机地结合了计算机硬件技术和通用软件开发平台（例如LabVIEW等），良好的硬件兼容扩展性以及优质的数据处理能力，为整个虚拟仪器系统的搭建提供了性能支持和技术保障。同时，将虚拟仪器技术应用于汽车发动机的相关实验研究中，很大程度上提高了发动机实验测试的自动化水平，为汽车发动机状态检测提供了大量精确的数据，同时也为发动机的研制生产工作引入了先进的测试技术手段。

【参考文献】

［1］林正盛.浅谈虚拟仪器技术的演化与发展.微计算机信息，1997,(4)，(5).

［2］杨乐平，李海涛，肖相生.LABVIEW程序设计与应用.北京：电子工业出版社，2001.

［3］任自中.虚拟技术在内燃机试验研究中的应用.内燃机学报，2001,(1).

［4］谢旭良.基于LABVIEW工作平台的内燃机振动和噪声信号处理系统[硕士学位论文].大连：大连理工大学，2000.

［5］李永刚.汽油发动机综合测试仪的虚拟设计[硕士学位论文].广州:华南农业大学，1999.

虚拟仪器技术论文范文第7篇

[关键词]虚拟实验室 虚拟仪器 包装测试

中图分类号：TD524 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）13-0361-01

包装测试是对包装材料、容器、包装件进行必要的测试，可以优化包装设计，提高包装质量，扩大产品影响，对提高企业、社会的经济效益都具有十分重要的意义。当前，我国正经历着大规模产业转移。东部地区制造业企业为寻求廉价资源，向中西部转移。包装作为制造业的末端环节，在我省并不发达，缺乏专业的包装检测公司，并且包装测试设备种类繁多，价格昂贵。因此，本项目研究小型包装测试公司的构建及运营，弥补我省包装测试行业的不足。[1] [2]

1.包装测试的分类

产品的工程测试，主要包括五各方面的测试：

1） 包装材料的物理性能测试。这类测试主要针对包装材料，项目主要包括耐破强度、边压强度、粘合强度、交货水分、厚度、化学成分指标、生物指标等

2）静态性能测试。它是指包装件受静载荷（所受的力不随时间而变化）时所产生的变化，有关测试如堆码试验、压力试验。

3）包装件的动态性能测试。它是指包装件受动载荷（所受的力随时间而变化）时所产生的变化。这种变化很快，且随机性大，对检测方法要求很高，现在多用电测法进行测试。有关测试如冲击试验、跌落试难、六角滚筒试验、滚动试验、振动试验等。

4）包装件内装物物理性能测试。它是指包装件的内装物的某些物理参数的测试，如温度、湿度测试，防水试验，喷淋试验，高温试验，低温试验，浸水试验，渗漏试验，耐候试验等。

5）包装件的物殊性能测试。它是指对某些有特殊要求包装的包装件进行的有关测试，如：长霉试验、盐雾试验、防腐试验、防锈试验等[3]。

2 . 基于虚拟仪器建立虚拟包装测试公司

采用虚拟仪器技术建立虚拟包装测试公司，可解决上述包装测试中存在的问题。所谓虚拟仪器，即是打破了传统测试仪器由厂家定义、用户无法改变的工作模式，在测试系统和仪器设计中用软件代替硬件，根据用户需求定义和设计仪器的测试功能，开发虚拟的仪器来代替常规实验仪器。

构建虚拟包装测试公司，其目的是设计相关虚拟实验，对包装结构、材料、技术工艺进行检测，辅助包装完成保护产品、方便储运、促进销售的功能。实现保护产品功能，需要设计包装件可靠性试验，模拟产品的流通过程，检验包装能否起到保护作用；实现方便储运功能，需要设计容器气密性、耐压性等虚拟实验，评价包装容器是否便于运输；实现促进销售功能，需要从销售心理学角度出发，建立包装评价体系，从色彩、结构、图案等方面对潜在消费者的吸引程度进行量化评价。

2.1 虚拟仪器特点

1）经济性

虚拟仪器体现了“软件即仪器”的特点。采用虚拟软件和各种电子元器件即可设计虚拟的仪器。既不用担心仪器老化损坏，又可重复利用，减少资金投入。

2）扩展性

传统仪器设备在生产时由厂家设定，而虚拟仪器功能由用户通过设计软件自行定义，采用通用设备如信号采集卡、各类传感器等组装虚拟仪器，虚拟仪器需要进行功能扩展和提高测试精度时仅需更换元器件就可完成升级。

3）准确性

传统实验设备，测试精度不同价格差异很大。同时传统仪器设备在使用一段时间后，还存在老化现象。这些都会影响实验的效果，而虚拟仪器由软件和电子元器件构成，产生故障仅需更换电子元器件，测试精度能够保证。

2.2 虚拟包装测试公司硬件结构

虚拟包装测试公司是网络通信技术和虚拟仪器技术结合而成的复杂系统，可采用基于WEB的浏览器/服务器（Browser/Server）模式进行开发。这种模式开发周期短、成本低，具有较好的兼容性和扩展性，如图1所示。

基本交互过程为：登陆客户端，通过Internet访问WEB服务器，向WEB服务器发出实验请求。WEB服务分析实时获得的实验请求，验证用户合法性，并将实验请求发给虚拟实验室服务器。虚拟实验室服务器调用虚拟实验设备库的虚拟仪器进行实验，虚拟实验室数据库实时存储记录实验数据，并通过Internet连接客户端，将结果反馈。[4]

虚拟实验室硬件由以下各部分组成：

1）WEB服务器：接受客户端实验请求并验证用户合法性，将实验请求发送给虚拟实验室服务器；进行虚拟实验时将虚拟实验室数据库存储的实验数据反馈给客户端。

2）虚拟实验室服务器：负责与WEB服务器和虚拟实验室数据库通信，接受实验请求，传送实验数据。

3）虚拟实验室数据库：实验数据的存放和管理，实验环境配置方案的管理。

4）虚拟实验设备库：管理和存放虚拟仪器硬件。

5）客户端：用户登陆，提交实验请求；处理、存放、显示实验结果。

3. 结语

基于虚拟仪器既能以最低成本搭建包装测试公司、提高实验仪器利用率，又能根据需要设计和调整包装实验项目，降低实验室维护成本。因此，虚拟包装测试公司是包装测试公司的重要发展方向。

参考文献

[1] 戴宏民，戴佩华.包装工业在科学发展观的指导下的新趋势和新政策[J].包装工程，2005，26（3）：1-4.

[2] 王志伟.包装工程教学改革与实践[J].包装工程，2003，24（4）：149-151.

[3] 王雷.包装工程实验室结构探析[J].包装工程，2006，27（3）：110-112.

[4] 鲁建东，王正铎，刘晶.网络虚拟包装工程实验室的构建[A].北京高教学会实验室工作研究会2007年学术研讨会论文集[C]，2007年：53-57.

作者简介

第一作者 李苗，女，西安工业大学包装工程专业学生

第二作者 曹乐，男，西安工业大学包装与工业设计系教师，讲师

第三作者 李润，女，西安工业大学包装与工业设计系教师，讲师

第四作者 袁艳，女，西安工业大学包装与工业设计系教师，讲师

基金项目：本论文由西安工业大学大学生创新项目资助

虚拟仪器技术论文范文第8篇

【关键词】虚拟仪器 实验教学 创新能力

计算机技术与仪器的结合是当今仪器发展的一个重要方向，这种结合有两种方式，一种方式是将计算机装入仪器中，这就是所谓的智能化仪器，随着计算机功能的日益强大和体积的日趋缩小，这类仪器的功能越来越强大，有着广泛的应用前景。另一种方式是将仪器装入计算机中，充分利用计算机的软硬件资源和操作系统实现各种仪器功能，这就是所谓的虚拟仪器。

一、虚拟仪器技术在实验教学中的应用优势

虚拟实验室具有易于构建，易于实现试验硬件及测试数据共享，便于异地在线检测和远程测控等特点，这些特点使得虚拟仪器在学校实验室中可以发挥重要作用。运用虚拟仪器技术，可以应用现有设备搭建功能强大的实验系统，从而节省大量的购置设备费用，可以提高仪器界面的人机交互能力和可视化程度，给实验者提供更好用的仪器。与传统实验室相比，虚拟实验室具有独特的优点：1.能充分利用计算机现有资源；2.容易实现技术更新；3.自动化、智能化程度高；4.功能齐全、灵活、方便。这些优点在实践教学中产生了不可忽视的作用，能够弥补传统实验室的不足。虚拟仪器最简单的应用就是代替常规的仪器，如函数发生器、示波器等，对实现信号产生及波形记录，可以取得较好的效果。用计算机虚拟出的函数发生器，其波形、频率、幅值等都可用键盘或鼠标进行设置，完全能代替常规的仪器使用。学生可以利用这种虚拟仪器及时进行数据处理，观察和分析实验结果。虚拟仪器的设计和使用，大大提高了学生的实验兴趣、实验效果和效率，巩固了他们对该课程和理论知识的掌握。

二、改变实验教学模式，培养创新人才

有关“测试自动化”方面的传统实验大多数以验证性为主，实验内容单一，学生无需思考，按部就班地按照实验步骤就可以做完实验，缺乏设计性和创新能力的培养。引入虚拟仪器系统，就可灵活地增加各种设计性实验内容， 使学生根据实验要求，自行设计各种软面板，定义仪器的功能，以各种形式表达输出检测结果，实时进行分析。因此，虚拟仪器设计不仅能锻炼学生的独立构思和设计能力，而且能激发学习的兴趣。

三、提高实验室水平，满足实验教学的新要求

虚拟仪器技术包括：信号调理技术、数据采集技术、数据处理技术、数据输出和传输技术等，也就是说，虚拟仪器技术使过去互不相干、独立分散的许多技术领域，相互影响，相互融合，并形成新的技术方法和规范。这就要求从事实验教学的教师具有综合实验能力和雄厚的理论基础，能够紧跟现代科学技术的发展步伐，能够不断更新和调整实验方法和手段，使实验室的实验教学设备保持其先进性。虚拟仪器的引入对人力资源的建设提出了更高的要求，而唯有人力资源得到有效的开发，才能使虚拟仪器发挥出应有的作用。

四、可以显著降低试验成本和提高实验效率

传统台式仪器价格相对较贵，若购进一套新型的完整的测试设备少则几万元，多则几十万元，另外，还具有占用空间大、更换不方便的缺点。而虚拟仪器很大程度节约了经费，提高了试验效率。虚拟仪器已在学生的毕业论文实验中开始推广使用，这种训练不仅加强了学生对虚拟仪器的工作原理、使用方法及功能的认识，而且开阔了学生的思路和眼界，提高了处理问题和解决问题的能力。因此，开发和利用虚拟仪器系统是改革实验教学的一个新的发展方向，必将在我校实验领域开辟新的天地。

建设现代化的教学、科研实验室是一项具有挑战性的工作。虚拟仪器的产生和发展推动了试验方式的改革，将虚拟仪器引入实验室教学，不仅可更新实验设备，降低实验仪器费用，还可减少实验测量中的人为误差，提高实际测量的准确度，实验效率较高。此外，在激发学生自主学习的积极性，增加单位时间的实验内容，促进学生动手能力的提高和创新意识的培养等方面也收到了良好的效果。

五、结束语

虚拟仪器克服了传统仪器自成系统，功能单一，体积庞大，仪器繁多，操作次数过多出现滑丝、指示不准等机械故障所导致的测量误差。不仅虚拟仪器工作平台的PC机可以一机多用，就是实验室也可以一室多用，节省了大量的设备购置费，可缓解实验室空间不足，又使现有的计算机资源得到充分利用。

将虚拟仪器技术引入实验教学，不仅可更新实验设备，降低实验仪器费用，还可减少实验测量中的人为误差，提高实际测量的准确度，实验效率较高。此外，在激发学生自主学习的积极性，增加单位时间的实验内容，促进学生动手能力和创新意识等方面也收到了良好的效果。参考文献：

[1]赵茜,夏庆观.多功能虚拟测试仪的设计[J].电测与仪表.2005.

[2]邓焱,王磊.LabVIEW7.1测试技术与仪器应用[M].北京:机械工业出版社.2004.

[3]侯国屏.王坤,叶齐鑫. LabVIEW7.1编程与虚拟仪器[M].北京:清华大学出版社.2005.

虚拟仪器技术论文范文第9篇

关键词：LabVIEW SQL；Server2008；LabSQL心电数据库

中图分类号：R318 文献标识码：A

1引言

传统的心电图诊断系统主要由三大功能模块组成：心电信号的记录、分析和诊断结果表述。在以往的临床经验中，这三大功能通常由手工完成，并完全依靠医生的临床经验[1]。随着虚拟仪器技术的发展，人们可以通过虚拟仪器来实现心电图的信号处理、结果表达，从而解决传统心电图诊断方法中数据处理、表达、传输、存储等方面的问题。LabVIEW作为虚拟仪器技术常用的应用开发软件，能够充分利用计算机的软硬件资源，具有编程简单、结果直观等特点，与数据采集卡结合可以建立良好的数据采集系统[2，3]。随着心电采集技术的发展，很多对采集系统的拓展工作已经可以实现心电数据的处理和应用，包括诊断系统的开发以及通过与网络技术结合实现远程心电监护等方面[4-6]。但是，这些拓展应用中，主要侧重于心电数据的采集、处理、网络传输等，较少关注心电数据的存储技术与管理。

数据的存储与管理、维护是信号采集系统的重要组成部分，数据库技术与LabVIEW虚拟仪器的结合，一方面可以利用数据库强大的数据管理能力，另一方面可以发挥LabVIEW在信号采集上的优势，从而实现大规模心电数据的有效管理和维护。目前，四大权威心电数据库[7]均为欧美国家建立，国内在基于大规模人群的心血管流行病学调查分析方面同样开展了相关研究工作，致力于构建国人自己的心电数据库[8-10]。大规模心电数据库的建立离不开工程实现技术，在虚拟仪器技术与心电信号采集系统结合的趋势下，基于虚拟仪器技术平台设计心电数据库在工程实践上有很重要的意义。

本文介绍基于LabVIEW心电信号采集平台的心电数据库设计。在LabVIEW环境下，搭建了基于LabSQL与SQL Server的心电数据库系统，一方面利用LabSQL建立LabVIEW和SQL Server数据库管理系统之间的连接，实现LabVIEW与SQL Server之间的心电数据传输，方便心电数据的存储，另一方面设计了心电数据库基础表及数据表间关系，为心电数据的管理提供了便利。该系统已成功用在基于LabVIEW的心电数据采集系统研发中。基于LabSQL和SQL Server的数据库设计方法具有通用性，可方便地推广到与LabVIEW结合的数据采集和管理系统中，具有良好的工程应用价值。

2基于LabSQL的数据库连接

2.1基于LabVIEW的心电采集系统简介

速度快、性价比高等优点[13]。SQL Server在电子商务、数据仓库和数据库解决方案等应用中起着重要的作用，能针对数据库中的数据提供有效的管理，并有效地保证数据的完整性和安全性。

3.1数据库设计

临床实践中，心电图可以作为诊断心脏类疾病检测的主要手段。心脏类疾病的发生与病人的年龄、性别、个人史、其他疾病等有关[10]。因此，病人的基本情况是心电数据库中重要的一部分。作为基于LabVIEW心电采集系统的一部分，心电数据库主要数据表的设计需要满足采集系统需求。同时，数据表的设计还需要参考标准心电数据库PTB（PhysikalischTechnische Bundesanstalt）中病历的临床摘要。PTB数据库是心电研究中常用的标准心电数据库，具有十分重要的参考价值。

基于上述分析，心电数据库可以划分为三个表。

1）病人基本信息表（Patient）

病人基本信息表如表1，主要用于记录病人的各项基本信息。其主要数据结构和数据项如下：病人的病历号、性别、年龄、检查原因等，其中病人病历号码具有唯一标识性，被选作该表的主键。主键是指在数据表中能唯一标识表中每个数据行的一列或者多列。一个数据表只能有一个主键，并且主键列不允许取空值。SQL Server 会自动为主键创建索引。在使用主键时，该索引可以加快访问速度并有助于实现数据的唯一性。

4结束语

在LabVIEW环境下，利用LabSQL工具包的相关子VI模块，实现了与SQL Server 数据库的连接，并将数据存储在专门设计的心电数据库中，搭建了完整的心电数据采集和管理系统。该系统包含病人的基本信息和心电数据记录，有效地实现了大规模心电数据输入和管理的自动化。该心电采集系统及心电数据库的建立，为心电数据的临床分析和集中研究提供便利。

参考文献

[1]于洁， 李川勇.基于LabVIEW的心电信号采集系统设计[J].生物医学工程与临床，2001，5（3）：121-122.

[2]赵艳辉，赵修良，周超，等.基于LabVIEW的心电信号采集系统[J].电子设计工程.2011，5（19）：30-34.

[3]秦鑫，高凤梅，龙云玲.基于LabVIEW的心电测量系统[J].河南科技学院学报.2008，36（2）：92-94.

[4]赵芳芳.基于LabVIEW的心电自动诊断系统设计[D].秦皇岛：燕山大学工学硕士学位论文，2011.

[5]宋佳瑛.基于LabVIEW和HHT的ECG信号的采集与分析研究[D].昆明：云南大学硕士研究生学位论文，2012.

[6]秦莉娜.基于虚拟仪器的远程心电监护系统的设计[D].长春：长春理工大学硕士研究生学位论文，2006.

[7]李桥，邵庆余，王永，等.心电数据库生成系统[J].山东生物医学工程.1995，14（1）：1-7.

[8]杨啸林，张靖，徐铖，等.基于大规模人群调查的心电数据库的构建[J].中国生物医学工程学报.2010，29（3）：326-330.

[9]徐铖. 心电数据库与网络应用平台的建立及成人心室复极不一致分析[D].北京：北京协和医学院基础学院硕士研究生学位论文，2010.

[10]阴玺.心电远程监护系统的数据库系统设计与数据压缩算法研究[D].重庆：重庆大学硕士学位论文.2007.

[11]靳贺敏.基于LabSQL的LabVIEW数据库访问技术[J].福建电脑，2010，3：62-63.

[12]尹技虎，王峰.基于LabSQL的LabVIEW数据库访问技术[J].仪表技术，2011，04：55-56.

虚拟仪器技术论文范文第10篇

【关键词】虚拟实验;研究现状;实证分析

【中图分类号】G420 【文献标识码】A【论文编号】1009―8097(2009)12―0111―04

引言

从广义的角度而言,虚拟实验是指区别于实际动手实验,通过各种仿真手段实现的仿真实验。虚拟实验主要用虚拟仪器、设备代替传统的实验仪器和实验设备进行实验,对实验结果的性能和实验过程中产生的“虚拟电路或设备”进行预测和评价,从而缩短实验操作时间和设计周期,降低实验成本[1]。虚拟实验大多通过软件实现,能够减少仪器设备的损坏,还可以避免真实实验或操作所带来的各种危险,因此,能有效解决真实实验资源不足的现状。由于虚拟设备的研究与应用的迅速发展,通过计算机可以模拟各种实验设备,使用者可以通过虚拟实验系统完成实验的理论设计和实践,多层次、多角度对实验设计和结果进行分析,然后再回到真实实验室进行实践检验。这样既节省了实验时间,又提高了实验效率,促进了创造性思维的发展。目前虚拟实验在学校实验教学与科学研究中发挥重要作用,引起了人们广泛的关注。

虚拟实验在国外研究较早,因其诱人的应用前景,各国均在大力发展,出现了很多成熟的系统[2-5]。我国的虚拟实验的研究起步较晚,但是发展速度较快。根据目前从网上可查到的信息和各院校开放的对外服务看,国内部分大学已陆续建立了虚拟实验系统[6-8]。为了详细了解我国虚拟实验的研究状况,本文采用量化统计的方法,通过对中国知网中4个数据库收录的所有关于虚拟实验方面的论文进行统计和分析,探析其研究的现状和存在的问题,寻找解决问题的途径。

一 研究资料和方法

本文所用的研究样本为1999年～2008年10年间中国知网上的有关虚拟实验的论文,包括中国期刊全文数据库、中国博士论文全文数据库、中国优秀硕士学位论文全文数据库、中国重要会议论文全文数据库4个数据库收录的所有关于“虚拟实验”方面的文章,采用的检索项是“篇名”或“题名”,检索词为“虚拟实验”,“精确”查找。

应该说明的是,一项研究往往是多方面的,综合的,可以归入好几种分类,很难设计出一个单一的分类方案来囊括全部的研究内容。针对很多文章分类不明确,或者内容涵盖多个领域,笔者采用“标题+摘要+全文”的分析方法,对论文关注的主要内容进行归类和分析。

二 有关虚拟实验研究论文的统计与分析

1 按研究数量分析

从1999年～2008 年,共检索到关于“虚拟实验”的文献648篇,其中中国期刊全文数据库共发表研究论文533篇;中国博士论文全文数据库收录论文2篇;中国优秀硕士学位论文全文数据库共收录论文85篇;中国重要会议论文全文数据库收录论文28篇。各年收录论文情况见表1。总体看来,关于“虚拟实验”的研究论文数量庞大,研究和关注程度呈逐年上升趋势。尤其是2006～2008这三年来,年产生论文数量超过100篇,其硕士论文也达10年最高,说明关于虚拟实验的研究得到了研究者们广泛的关注,研究内容也有了一定的深度。

表1 研究论文的基本信息统计

2 按研究内容分

我们将所有的研究样本分为理论和实践两大类进行分类整理,有关统计结果如表2所示。图1为论文分类数量的逐年统计结果。表中数据显示,在1999～2008年发表的论文中,偏重于理论研究与探讨的论文147篇,占22.7%,而偏向实践研究方面的论文501篇,占77.3%,后者是前者的3倍多。从图1可以看出,虽然理论和实践研究数量均呈逐年上升趋势,但是这10年来关于虚拟实验方面的研究一直偏重于实践方面,并且有逐渐增大的趋势。

表2 样本论文的分类统计

图1 虚拟实验理论与实践研究数量逐年统计图

(1)理论研究

我们将理论研究的文献进行二次整理和分析,按照论文研究的内容将理论研究划分为教学思考、教学模式、技术介绍与分析等7个方面,各年统计情况见表3。图2则反映理论研究类各论文数量的逐年发展情况。

“教学思考”方面论文102篇,研究内容包含虚拟实验的教学功效、教学前景、虚实结合实验以及虚拟实验室建设的思考、虚拟实验建构的必要性探讨、系统介绍、实验内容与步骤的介绍等方面。这方面的研究主要存在的问题是,很多文章内容较短,对于虚拟实验的教学功能、前景、在教学中的作用与地位、开设虚拟实验的必要性和构想等阐述较多,很多选题雷同,总体看来研究内容不够深入。

“教学模式”方面的论文一共15篇,大多是物理、电工电子等具体学科中虚拟实验的教学模式的简单介绍以及虚拟实验在探究学习、合作学习中的应用,缺少对教学模式应用的效果分析。其中,基于网络的虚拟实验的教学研究得到了重视,说明了人们已经逐渐认识到了网络虚拟实验与单机版虚拟实验相比所具有的优势。

“技术介绍与分析”方面的论文17篇,主要集中在虚拟实验开发的技术介绍,如Vrml、Java、Matlab、Java3D、Cult3D、虚拟仪器技术等。有些文章从多个方面对这些技术进行了比较分析,揭示出各自的优缺点,对实验开发有一定的参考意义。

“现状与趋势”方面的论文10篇,分别介绍了国内外已开发的成熟的虚拟实验系统、虚拟仪器技术与基于虚拟仪器技术的虚拟实验系统的发展和应用前景,一些文章指出了当前研究的不足,并提出发展趋势。

此外,有一篇论文从哲学层面对虚拟实验的发展阶段进行了探讨,其余2篇论文分别是虚拟实验技术的研究与应用创新团队介绍以及会议内容介绍。

表3 理论研究的分类统计

图2 理论研究类各论文数量的逐年发展情况

(2)实践研究

同样,将所有偏向实践应用的论文进行整理与分类,如表4所示,图3为实践研究类论文数量的逐年发展的情况。本文将实践类论文分为“设计与开发”、“教学应用”以及“虚拟实验方法”三类。

“设计与开发”方面论文431篇,占实践类论文的86%。内容包括虚拟实验过程设计与开发、实验系统(管理网站)的设计与开发、虚拟仪器间通信的标准化建设、实验模型的设计与实现、实验仪器的建模等方面。开发工具有Authorware、flash、VB、C++ builder、Matlab、LabVIEW、EWB、Java3D、VRML等,多达十余种。类型从二维虚拟实验系统到三维虚拟实验系统;从纯软件开发的虚拟实验系统到基于虚拟仪器技术的远程控制虚拟实验系统,涉及物理、计算机、交通、机械设计、电子工程、检测等多个学科。从以上数据可以看出,设计与开发类的研究是近年来研究的重点和热点。从一个侧面说明了技术性和学科适用性对虚拟实验的使用和推广起着至关重要的作用。

“教学应用”方面论文61篇,仅占实践类论文的12.2%。研究内容包括虚拟实验在具体学科教学中的应用实例、实验实施方法和效果、实验现状调查等方面。但是对具体学科教学内容的应用实例介绍比较多,对实验实施方法和效果、实验教学与应用现状调查很少。由此可见,目前人们对虚拟实验的教学应用研究的热情不高,对实验的教学设计及其应用效果研究认识还不够。

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“虚拟实验方法”方面论文9篇,这部分研究关注相对较少,主要集中在使用虚拟实验的方法模拟具体学科知识,侧重于学科知识的发现与研究。

表4实践研究类论文分类统计

图3 实践类论文数量的逐年发展的情况

3 按关注学科分析

中图分类号是指采用《中国图书馆分类法》对科技文献进行主题分析,并依照文献内容的学科属性和特征,分门别类地组织文献所获取的分类代号。因此,本文参考中图分类号来分析文献所属学科。需要说明的是,虚拟实验的研究是一个交叉学科,既可能运用到相关专业知识,又需要相应的计算机技能。我们在参考中图分类号进行统计的过程中,发现有一些文献分属多个学科。为了侧重于研究“虚拟实验”的关注学科,本文在统计时将这些文献分别列属于相应学科。

本文对相关领域进行归类,共列出17个大类,分别涵盖教育、自然科学、工业技术、交通运输等领域(见图4),其中“其他领域”包括哲学、农业科学、基础医学、贸易经济、体育、天文学与地球科学、管理学以及食品工业,各有1篇文献。由图4可见,目前很多领域对虚拟实验进行了关注,其中以“自动化技术、计算机技术”领域对虚拟实验最为关注,10年来研究论文总量为313篇,侧重于使用各种技术进行实验平台的设计与开发、实验模型与仪器的建模等方面。其次是教育技术领域,文献总量为131篇,主要侧重于计算机化教学以及教学应用等方面。其他对虚拟实验关注较多的是“无线电电子学、电信技术与电工技术”、“高等教育”、“机械、仪表工业”领域。由此可见,在关注学科中,“计算机技术”和“教育技术”领域最为突出,说明虚拟实验的发展跟计算机技术有着极其重要的关系;其次,教育技术、高等教育、课程与教学论领域的关注说明了虚拟实验在教育教学中的作用已经引起人们的关注,虚拟实验的教学应用将成为人们下一阶段研究的主要内容。

图4 各领域中关于“虚拟实验”研究论文数量情况

三 对目前虚拟实验研究的思考

1 理论研究深度还不够

通过对虚拟实验现状的文献分析,我们发现,理论研究与实践研究数量差距较大,说明目前人们在该领域的研究重实践、轻理论,这与很多领域重理论、轻实践的现状不太相同。

理论类论文很多还停留在对于虚拟实验教学功能、构建虚拟实验系统的必要性、系统介绍等层次。目前人们对虚拟实验在教学中的功能、作用以及构建虚拟实验系统的必要性等已经有了明确的认识,因此,应加强对指导虚拟实验教学的理论研究。对虚拟实验与真实实验结合的过程中,教师与学生的角色变化以及新型的教与学方式的转变应给予关注。

2 虚拟实验系统通用模型的设计与开发不多

实践领域“设计与开发”方向的研究最多,说明目前人们对开发出适合学科特点的虚拟实验系统的迫切性。但是研究集中在基于某一门课程虚拟实验的实现,开发的技术种类繁多。基于一种技术开发的某一学科虚拟实验已有成熟的系统产生,但是有些研究者换一个设计案例仍然进行研究,这无形中造成了资源的浪费。因此,如何开发出某一学科的虚拟实验通用模型,实现基于此平台的二次开发,以避免不必要的重复劳动,提高开发效率,对现阶段虚拟实验教学的深入开展显得尤为重要。

3 加强虚拟实验系统应用研究

通过以上文献分析可以看出一个明显的现象,就是广大研究者对开发出的虚拟实验系统在教学中的应用情况不太关注。对虚拟实验系统应用于教学的过程设计与效果分析、虚拟实验系统开发评价等方面的研究不多,尤其是关于学生对虚拟实验系统学习体验的调查和从学生视角对使用虚拟实验系统进行学习的评价很少。实际上,这方面的研究,对于检查所开发平台的有效性、实用性有很重要的意义。

4 加强学科之间的交流与合作

通过关注学科的分析,说明虚拟实验已经引起很多领域研究者的关注。但是研究群体仍以相应学科的人员为主,学科之间的交流与合作还需加强。多学科的交流与合作可以结合多方面的研究力量,从多视角深入地进行研究,拓展其在各个领域的应用。

―――――――――

参考文献

[1] 牛龙平.“虚拟教学、虚拟实验”系统的研究与应用[J].高等理科教育,2005,(2):82-84,105.

[2] Johns Hopkins university.Java virtual physics laboratory[EB/OL].

[3] Ruhr university.vclab[EB/OL].

[4] HHMI.BioInteractive virtual labs[EB/OL].

[5] National University of Singapore.NUS Internet Remote Experimention[EB/OL].

[6] 华中科技大学.液压与气压传动虚拟实验[EB/OL].

[7] 崔光佐,程旭,杨芙清.基于WWW的网上虚拟实验室设计与实现[EB/OL].

[8] 车皓阳,余胜泉,何克抗.构建基于WEB的虚拟实验室[EB/OL]. =