虚拟仪器技术论文范文1
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。
虚拟仪器技术论文范文2
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
虚拟仪器技术论文范文3
随着机电产品一体化和生产过程自动化程度的不断提高，机械工程的测试系统越来越复杂。它已成为整个机械设备研制、开发、应用和教学过程中不可或缺的组成部分。机械工程测试系统的基本任务是从测试对象获取反映其变化规律的动态信息，一个功能完善的机械工程测试系统由传感器、信号转换装置、信号分析处理装置和显示与记录等功能模块组成，无疑，讨论和设计机械工程测试系统及其构成要素，是十分有意义的。本文主要分析了虚拟仪器技术在机械工程测试中的应用状况，望大家参考。
一、机械工程测试系统基本状况分析
测试是测量与试验的简称，测试中最基本的是测量。测量是利用各种装置对可观测量（或称被测参数）进行定性和定量的过程。测试的基本任务是获取信息。测试是发展和检验自然科学理论的实践基础。在工程技术领域，由于实际研究对象的复杂性，很多问题难以进行完善的理论分析、推导和计算，所以必须通过试验来获得研究对象的状态，变化和特征等，这正是通过测试来实现的。测试技术正是研究有关测试方法、测试手段和测试理论的科学，它应用于不同的领域并在各个自然科学研究领域起着重要作用。特别是现在机械工程测试技术引起了大型工业企业和高等院校极大的重视。
测试系统的第一个环节是信号的传感，即是将被测量的量或被观察的量通过一个被测量传感器或敏感元本文由论文联盟收集整理件转换成一个电的、液压的、气动的或其他形式的物理量，被测的或被观察的量与被转换的输出量之间根据可利用的物理定律应该具有一种明确的关系。传感器就是用来完成这种转换的装置。
第二个环节为信号的转换和调理。被测物理量经传感环节被转换为电阻、电容、电感或者电压、电流、电荷等电参量的变化，由于在测试过程中不可避免地遭受各种内、外干扰因素的影响，且为了用被测信号驱动显示、记录和控制等仪器或进一步将信号输入计算机进行数据处理。因此经传感后的信号尚需进过调理、放大、滤波、运算分析等一系列加工处理，以抑制干扰噪声、提高信噪比，便于进一步传输和后续环节中的处理。
第三个环节是是对这些信号进行分析处理以及显示记录，包括信号的时域分析、频域分析、相关分析等。原始波形显示、处理后波形显示等。从而还可以分析出机械运转的工况等。 机械工程测试系统有测量、监控、试验分析机械设备运行过程中的参数功能，但前序步骤必经信号的采集、分析才能得出。所以，本系统对于机械的后续分析作用意义重大。
二、虚拟仪器技术在机械工程测试系统中的应用现状
科学技术的日益发展，对现在的机械工程测试系统影响很大，特别是相对于传统的测试系统来讲。以前要用特定的仪器对信号进行分析，但是利用虚拟仪器组建的机械工程测试系统却不用专用的仪器，而是利用计算机作为连接虚拟仪器软硬件的平台，信号源通过调理后数据采集卡就可以获取数据进行分析处理。现代计算机技术对机械工程测试技术和仪器的发展产生了革命性的影响。
测试系统的发展经历了模拟测试仪器、计算机测试系统（智能仪器）及虚拟仪器三个阶段。现代机械工程测试技术以计算机为中心，计算机的发展必然促进测试技术和仪器的发展。在此背景下，虚拟仪器的产生也就水到渠成。
在虚拟仪器中，软件是虚拟仪器系统的关键，目前国内外这种软件主要有美国dsp公司的dadisp软件，以实验后数据处理分析和表示见长美国ni公司的系列虚拟仪器开发平台（labview、labwindows/cvi、virtual bench和component works）、美国quatech公司的daslab软件包和惠普公司的vee软件平台都是可以搭建虚拟测试系统的软件平台，以图形化编程和界面灵活见长。华中理工大学的v198虚拟仪器系统和哈尔滨工业大学的仪器王以虚拟的单个仪器或仪器库见长。其中，美国ni公司的labview软件功能最为完善，labview软件以简单、直观的图形化编程方式、强大的图形显示和数据处理能力见长，运行速度快、开发周期短、界面灵活是其又一大优势，最能体现虚拟仪器的风格，所以基于labview的虚拟仪器应用相当广泛。
由于pc的功能变得越来越强大，速度快，价格低，在标准pc上连接一个或多个仪
器模块构成测试仪器成为一种趋势。这种仪器即为虚拟仪器。虚拟仪器的软件开发平台labview中，“所见即所得”的可视化技术是应用于测试领域的雏形。虚拟仪器注重测试人员在进行工作中的感觉。用仿真的面板给人以真实仪器的感觉，用丰富的曲线图像向测试人员传递信息，是虚拟现实技术在机械工程测试领域中的广泛应用趋势。
几个测试站点连成一个大的测试网络，互通数据和信息，联合分析测试结果，实现
数据和信息共享的网络化测试是机械工程测试系统的一个发展趋势。虚拟仪器技术是现代机械工程测试系统的发展趋势，在丰富的虚拟仪器软硬件产品支持下，尤其是在被誉为“科学家和工程师的语言”labview的支持下，组建一个机械工程测试系统正变得越来越容易。在技术发展日新月异的今天，为了让测试系统就有开放性、兼容性和不断更新的可能，利用虚拟仪器的概念组建测试系统不失为一种好的选择。
在机械工程测试系统中，应用虚拟仪器编的越来越普遍，因为很多传统的硬件设备在虚拟仪器中都可以用软件代替，从而降低了大量的设备浪费，降低了成本，并且还可以直观化的显示其结果，将多种的传统仪器合并到一套虚拟仪器测试系统中，有利于编程，也有利于增强测试系统的准确度。
虚拟仪器技术论文范文4
关键词：虚拟仪器；线程；手机测试；电压；电流
中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)04-11088-02
1 引言
计算机虚拟是目前国际上计算机应用的最前沿的研究方向之一，已引起了学术界和工业界的广泛关注，虚拟仪器技术所表现出的广阔应用前景吸引了众多的研究人员和商业公司。但是虚拟仪器也面临着一些不可避免的问题，为了进行有效的虚拟仪器，首先需要检查应用的虚拟仪器系统所期望的特性，另外需要考虑虚拟仪器发展所面临的挑战。近年来，随着TI LabView的研究的深入发展，虚拟仪器技术的扩展性研究势在必行。为此，本文就有效虚拟仪器的电压电流要求及所面临的挑战进行研究[3-4]。
2 虚拟仪器的表示
2.1 什么是虚拟仪器技术(virtual instrument)
这个问题现在也没有一个公认的定义，虚拟仪器是在PC技术的基础上发展起来的，所以完全“继承”了以现成即用的PC技术为主导的最新商业技术的优点，包括功能超卓的处理器和文件I/O，使您在数据导入磁盘的同时就能实时地进行复杂的分析。随着数据传输到硬驱功能的不断加强，以及与PC总线的结合，高速数据记录已经较少依赖大容量的本地内存。虚拟仪器技术的另一突出优势就是不断提高的网络带宽。因特网和越来越快的计算机网络时的数据分享进入了一个全新的阶段，将因特网和NI的软硬件产品相结。
2.2 按照虚拟仪器的组成划分，它可以分为计算机、应用软件和仪器硬件三个部分。
计算机：提供虚拟仪器通用平台，数据存储，显示等；
仪器硬件：获取被测信号，产生激励信号等；
应用软件：控制数据采集、控制、分析、处理和显示等，是虚拟仪器的关键。
2.3 按照虚拟仪器的功能划分
数据采集；数据分析；结果表达。
2.4 定义虚拟仪器
(1)英国国家物理实验室（NPL）定义
虚拟仪器是在通用计算机（如PC机、Mac或工作站）中加上软件和/或硬件，并使用计算机屏幕提供仪器虚拟界面的可重用测量仪器。
(2)NI公司的定义
虚拟仪器就是在通用计算机上加上一组软件和/或硬件，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电子仪器。
虚拟仪器是一种软件定义的系统，基于用户需求的软件定义了一般测量硬件的功能。
(3)VXIplug&play规范定义
实现传统分立仪器功能的一组软件模块，也包括与其相关或必须的硬件资源。
3 虚拟仪器的优势
3.1 网络化
系统中的仪器数量只受机架尺寸和可用路由器端口数的限制。每一设备都有独有的IP地址，它可以手动或自动设置。仪器可靠近或远离控制器――实际上能放置在公司Intranet或Internet上的任何地方。
3.2 开发时间少
在驱动和应用两个层面上，软件构架能与计算机、仪器仪表和通讯方面的最新技术结合在一起。驱动层设计提供DLL，应用层采用VC++，LabView等软件来完成。而且我们还可以把驱动层设计提供DLL用VC++的方法形成类的形式。软件构架的目的就是为了方便用户的多层调用，同时还提供了灵活性和强大的功能，使您轻松地配置、创建、部署、维护和修改高性能、低成本的测量和控制解决方案。
3.3 完美的集成
虚拟仪器技术从本质上说是一个集成的软硬件概念。随着产品在功能上不断地趋于复杂，工程师们通常需要集成多个测量设备来满足完整的测试需求，但是这些不同设备间的连接和集成总是耗费大量时间，不是轻易可以完成的。NI的虚拟仪器软件平台为所有的I/O设备提供了标准的接口，例如数据采集、视觉、运动河分布式I/O等等，帮助用户轻松地将多个测量设备集成到单个系统，减少了任务的复杂性。为了获得最高的性能、简单的开发过程和系统层面上的协调，这些不同的设备必须保持其独立性，同时还要紧密地集成在一起。NI的结构可以使开发者们快速创建测试系统，并随着要求的改变轻松地完成对系统的修改。得益于这一集成式的构架带来的好处，您的系统可以更具竞争性，因为您可以更高效地设计和测试高质量的产品，并将它们更快速地投入市场[5]。
4 多线程的管理方法和技术
4.1 管理多线程的方法
管理多线程的方法是目前的重点研究方向，研究成果较多，从采用的技术上看，分为动态方法（即链表方法）和静态方法（即数组方法）两大类。动态方法是利用链表方法论理建立链表，由于该方法最后获得的知识表示形式是动态，故一般文献中称它为动态方法。动态方法中较有特色的方法是Tree，B-Tree，平衡二叉树等方法[6-7]。静态方法开展的比较早。近年来，随着矩阵论的发展使数组方法得到了迅速的发展。
4.2 虚拟仪器线程的管理方法和技术的头文件
#include
#include
class CThreadList
{public:
CThreadList();
virtual ~CThreadList();
void AddToList(void* pObject);
void RemoveFromList(void);
void *GetObjectFromList();
private:
struct ThreadObjectListItem
{bool fBusy;
int nThreadId;
void *pObj;};
CCriticalSection m_cs;
CArray m_List;
ThreadObjectListItem *m_prgItems;
int m_nListSize;};
4.3 虚拟仪器线程的管理方法和技术的实现文件
5 用线程虚拟电压和电流的实现
5.1 硬件设计
计算机和Gondon之间通过RS232建立通讯，Gordon和计算机之间也通过RS232，这样就可以完成硬件的连接。Gordon 是一个可以控制输出电压和电流，而且可以完成RS232的电压的转化，就是计算机输出的是十二伏，到达手机的电压是3.7伏。
5.2 软件设计
6 结束语
通过实验我们发现这种方法是可行的，每一百毫秒就显示出手机的电压和电流的状态，而且可以完全达到虚拟仪器的目的。这种方案可以推广到一般的虚拟仪器的方法，包括声音和图像也可以达到其目的[8-10]。当然，如果用线程去模拟所有的功能，我们必须提供一种解决管理多线程的方案。这种方案我们可以采用链表结构来完成。电子技术和计算机技术的进步改变了传统的设计思想，许多过去由硬件实现的功能可以由软件实现；专业化的设计软件为高效、易用的仪器软件开发提供了工具。
参考文献：
[1]Fish K. E, Barnes, H H, Aiken M. W, Artificial Neural Networks: A New Methodology for Industrial Market Segmentation[J]. Industrial Marketing Management, 1995, 431-438.
[2]A. Teller, M. Veloso. Programming Evolution for Data Mining[J]. Int. Expert Syst, 1995,8:216-236.
[3]E. Noad, A. A. Freitas, H. S. Lopes. Discovering Interesting Prediction Rules With a Genetic Algorithms[A]. Proc. IEEE. Congr. Evolutionary Comput. CEC ’99[C]. San Diego: AAAI Press, 1999. 1322-1329.
[4]Scott Sanfield Ralph Arvesen.VC++ Developer Guide.Publishing House of Electronics Industry
[5]/node/2.
[6]/msj/0498/bugslayer0498.aspx.
[7]/debug/postmortemdebug_standalone1.asp.
[8]npl.co.uk.
[9].
虚拟仪器技术论文范文5
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，?t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?热菔亲詈笙允镜?热?/P> 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
虚拟仪器技术论文范文6
在为科学献身的近半个世纪里，他始终以“砍柴樵夫”般的坚韧与顽强，跋涉在为中华崛起而奋斗的科学高峰上，即使面对3次中风、4次心梗、7次至阎王殿的生命挑战，依然以超人的毅力、坚定的信念，战胜病魔，执着奋进地在创世界一流的“虚拟仪器”科研阵地上。那么，这位低调的科学家，又取得了哪些举世瞩目的成就呢？
国内外最早原创提出虚拟仪器构想
什么是“虚拟仪器”呢？应怀樵教授介绍说，“所谓‘虚拟仪器’其实并非是传统的仪器，它是指集数据采集和信号调理器、信号处理技术与PC机技术于一体的软件为主的制造仪器。”
这个概念可不是凭空想象出来的。1965年，应怀樵教授在参加国防科研核爆炸防护工程课题——地下铁道核爆炸振动噪声与动力学测试分析的研究中，发现地铁道床的下沉残余位移（0Hz）用硬件设备无法获得，由此就萌生了虚拟仪器的大胆构想——“用数字算法和软件取代硬件”。
在萌生了这一想法之后，应怀樵教授便开始全心投入了研究。1973年，他原创性地开始尝试用数字计算机的软件数字积分取代传统硬件模拟积分的方法来证实自己的构想，并研究用DFT方法的数字化频谱分析仪器，并于6年之后获得成功。1979年在杭州召开的国防科工委核试验全国防护工程学术会上，他提出虚拟仪器的核心概念——“软件制造仪器”，获得主持会议的中国科学院力学所所长郑哲敏院士、清华大学副校长张维院士、同济大学校长李国豪院士的赞扬和支持，比美国NI公司“软件是仪器”的概念提出早7年。这一具有里程碑式的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着深远的影响。
1985年，应怀樵提出了“把实验室拎着走”的目标，并研制成功中国第一台虚拟仪器，成功地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。
应怀樵教授表示，他一开始就非常看好虚拟仪器技术的发展前景。因此，在1985年10月，他用仅存的300元钱，以寄发资料表格的形式，联系了一批志同道合的研究员，借鉴丹麦玻尔研究所和英国南安普顿大学振动和噪声研究所的模式，成立了北京东方振动和噪声技术研究所。顺利开发了出适合便携机和笔记本使用的小型数采卡和大容量数据采集分析（LCAS）软件，研制成功INV303/306/3018系列（台式和笔记本式）大容量智能数据采集和信号处理系统，以及DASP“达世普”虚拟仪器库系统。
和传统实验仪器相比，虚拟仪器拥有哪些优点呢？应怀樵教授认为，主要有5点：1.体积小，携带方便。传统的专门仪器可由相应的软件模块所替代。2.功能强大，应用面广，扩展升级方便。一个软件模块代替一种仪器，开发新仪器时只需研发出相应的软件模块，对软件版本进行升级即可完成仪器的更新换代。3.配合笔记本电脑、数采仪和调理放大、传感器，可同时实现测试、分析、显示、记录和存储等过程。4.独创了变时基、变频基、高精度频率计“一入三出”振动全息测量和虚拟扩展通道技术、模态自动化分析等几十项实用技术。5.追踪国际新发展，如模态分析模块包括ERA、SSI、PolyLSCF、EFDD及东方所发明的PZM、PPM等最新方法；声学分析模块可进行声功率、声阵列、声品质分析。2009年11月，应怀樵在桂林全国第三届虚拟仪器大会上又提出“云”智慧仪器的新概念。2010年东方所的云智慧仪器实验成功。2011年研制出“云”智慧仪器的初期产品INV3062、INV3060S的新产品。2012年5月24日，北京东方振动和噪声技术研究所名誉所长应怀樵在第十五届北京国际科博会“2012中国战略性新兴产业发展论坛”上，作题为《云智慧时代的第三次工业革命正在走来——“从软件制造仪器”到“软件制造一切”》的主题演讲。毫无疑问，应怀樵及其团队的科技创新为虚拟仪器领域带来了一场全新的技术革命。
十大世界难题突破 让虚拟仪器走进每个实验室
实践证明，“软件制造仪器”节省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/年的巨大价值。
在20世纪90年代，应怀樵教授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。“让INV系统走进每一个实验室，让DASP软件运行在每个试验台上”——这是应怀樵的理想，也是他的团队的奋斗目标。正如诺奖的创立者曾经践行的，科学精神与产业之路的生命熔铸将带给人类更加美好的未来！或许，这正是以不竭的生命激情与创新意志跋涉于科学与产业化之路的“中国虚拟仪器之父”应怀樵教授所真正钟情的。未来的产业化之路还有多远？我们暂时还无法预测，但是，从应怀樵及其团队的身上，我们可以看到，希望就在前方。截至目前，应怀樵开发研制的虚拟仪器产品累计销往科研院所2000余套，初步打开了产业化应用的局面。
近日，他们根据自身所取得的科研突破，推出了全新的DASP V10具有重大实用新技术的新型软件及相关新产品，如包含多种国际上最新最先进方法（最先进的PolyLSCF方法）的模态分析软件包，以及具有国际先进水平的模态自动化分析方法（一键求模态）和独创的国际领先的高精度频率幅值相位分析，以及超低频信号快速高精度测试软件包及双核24位数采仪、INV-CPCI总线式及INV6260N网络式数采仪等科研产品。
虚拟仪器发展中有许多技术难题，但是应怀樵教授总是看准了方向便勇往直前。这些年来，东方所已经取得了丰硕的研究成果，其中有十项处于世界领先地位。
1、基于平台式设计的虚拟仪器库技术， DASP虚拟仪器库系统是我国开发最早的虚拟仪器库系统。
2、变时基（VTB）传递函数（导纳）测量分析方法，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。
3、高精度频率、幅值、相位和阻尼测量的YSL技术，克服了FFT频率分析中频率步进值的限制和泄漏的影响，比国外常规方法提高精度100万倍。
4、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，填补国内外技术空白。
5、倒熵谱分析方法，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。
6、FFT/DFT分析方法，对于有限长信号，FFT/DFT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。
7、振动全息AVD“一入三出”实时测试分析创新技术，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。
8、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。
9、24位“双核”变幅基A/D高精度超量程160dB数采仪技术，既能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。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。
10、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。该项技术于2012年12月24日完成，使得中美两国同步完成的虚拟仪器成果，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，可问鼎诺贝尔物理学奖。
正是这些成果，使得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。
为了推动虚拟仪器的普及，应怀樵教授在全国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25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。
“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。”应怀樵对未来充满信心。
锲而不舍的砍柴者和诺贝尔奖精神
应怀樵教授说：“孙中山先生叫‘中山樵’，樵，砍柴者也，孙先生志向高远，要把中国的大山砍倒，而我只想做一名低头砍柴的樵夫，虽然很苦很累，但是一路有白云清风相伴，人生也别有一番美景。”
为了领略这番美景，应怀樵教授一生五换专业，并被人们津津乐道。他先在浙江大学学习理论物理、后转成数学力学系应用力学毕业，后到清华大学流体力学专业，学习风洞技术，1965年参加我国原子弹和氢弹的核效应工程试验，学习原子弹爆炸测试技术，之后又学习了模拟计算机，专业涉及到振动和频谱分析。正是这五次专业的转换，让应怀樵拥有了丰厚的理论知识积淀和实践经验的积累，磨就了一双砍柴的宝刀。
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，在北京邮电大学学术交流大会报告的讲台上，应怀樵教授突发脑出血，被送往医院急救，昏迷了三天，左边半身不遂，出院后，柱上了拐杖，但他仍然坚持工作。2003年突发脑血栓，2004年突发心梗阻。三次中风、四次心梗，应怀樵到阎王殿走了7遭，可是阎王爷最终还是没有收留他，又让他回到人间，继续用科学技术为人类造福。
这些病痛的经历，早就让应怀樵将生死置之度外，他也因此而意识到了培养后续力量以传承科学梦想的重要性。只要病情稍稍稳定，应怀樵就咬牙硬挺着开始着手各项工作。手脚不听使唤，他就用大脑思考问题，筹划研究所发展；腿脚不好，他就拄着拐杖到办公室，敦促和指导年轻人积极进取，并提出了东方所企业文化，精神追求，道德情操成功法则十八条。此外，通过任兼职教授、博士生合作导师，举办讲座等形式，他为国家培养了一大批国内急需的动态测试与信号处理技术方面的专业人才。
“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。”在应怀樵教授看来，以“四大发明”为标志中华文明为人类科技进步作出重要贡献，然而近代以来却大大落伍了。他觉得，伴随中华民族的伟大复兴，中国科学家理应在高科技领域取得原创的重大突破，向诺奖冲刺！这不仅是一个科学家的荣誉，更是中华民族屹立世界民族之林的时代要求！
在向科学高峰攀登的路上，支撑他一次次度过难关的正是中国科学界应为人类文明进步做出更大贡献的使命感与荣誉感！怀着振兴中华、造福人类的理想追求，他数十年如一日，呕心沥血、将全部精力投入虚拟仪器（VI）科学研究之中，自主创新121项新技术，攻克十大世界性难题并填补国内空白，特别是对“传递函数的测试及实时控制和反演关键技术”的成功突破。《香港文汇报》曾在今年4月对应怀樵做出了如下评价：
“应教授原创性地提出由软件构成的在数采过程中实时快速精确测试幅频和相频曲线，并通过YS L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。此技术可以极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。使得中美两国同步创造的虚拟仪器达到可以问鼎诺贝尔物理学奖的具有世界性重大意义的成果。其意义可与光纤之父诺贝尔奖得主高锟教授的光纤通信的成果相提并论。是中华民族继古代四大发明之后，对人类文明有重要意义和影响的现明之一。”
