实验室中引入虚拟仪器教学的研究

　　摘　要：分析将虚拟仪器引入实验室教学的意义，并以实例说明。
　　关键词：虚拟仪器；测试；实验教学

1　实验室中引入虚拟仪器教学的意义
　　虚拟仪器的引入对提高实验室教学水平具体表现在如下几点：（1）可以加强实验室技术基础建设　实验室仪器仪表的现代化水平反映了实验室技术基础，而基于计算机技术的虚拟仪器仪表正以不可逆转的力量 推动着测控技术的革命，进而促进了实验室技术的进步。虚拟仪器仪表使过去互不相干、独立分散的许多技术领域，相互影响，逐一靠拢，并形成新的技术方法和规范。因此可以说，将虚拟仪器引入实验室可以加强实验室技术基础的建设。（2）可以加强实验室人力资源的建设　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，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，能够紧跟现代化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。（3）可以满足更多更新的测试要求　虚拟仪器技术能够保持其技术前瞻性，展现给学生的实验设备代表的是较先进的实验手段。如：在LabVIEW开发平台上，用户可以利用强大的图形化编程功能，生成自定义的实验所需的仪器，也可以利用软件自身带的例子，直接调用，内容十分丰富，人机界面友好。通过这些虚拟仪器可以完成现代教学大纲所规定的各种信号的采集、参数测量及其频谱分析，滤波器功能的观察及参数设定等实验。 （4）可以满足实验教学不断提出的新要求　运用多媒体技术、虚拟现实技术和网络技术，使虚拟教学模式向网络学校和虚拟教育延伸。如：借助虚拟仪器技术，把仪器技术与计算机技术相结合，充分利用计算机的软硬件资源，紧跟信息时代的前进步伐。在实验进行过程中，将声、光、动画等各种手段相结合，使教学更生动、更形象，理论和实际相结合得更紧密。利用网络进行教学，使得数据传输、资源共享、信息下载和远程教学各方面更加方便。（5）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，所占用的空间大，更换也不方便。而虚拟仪器很大程度节约了经费，提高了试验效率。如：以时域信号的频谱分析为例，用HP3562A动态信号分析仪需要经过测量方式、选择测量、窗口、平均、频率范围、量程、显示方式、坐标等多个子菜单的正确设定后，才能启动频谱分析功能。而调用虚拟仪器生成的频谱分析仪后，只需要一次设定设备号和通道字符即可运行，其他参数可在显示中设定。不但操作简单，而且大大节约了时间。

2　实例说明
　　实例1：用一个波形显示器一次显示20点的温度测量结果。先用一个在for循环里的随机函数发生模拟测量结果，模拟的测量数据在for循环的边框通道上形成一个数组，然后将其送到波形显示器中就可以显示所需要的测量结果。这样，原来需要在台式示波器上测量的结果现在以LabVIEW就可以实现，设计操作简单且结果精确。其前面板图和框图程序分别如图1和图2所示。
　　实例2：利用LabVIEW中的函数库，对采集到的数据进行曲线拟合，然后对拟合的数据进行分析，并且通过网络发布拟合结果。这样，原来需要在台式仪器上记录数据再拟合的实验，现在只要几分钟就可以解决，并且只需要改变前面板中的几个选项，就可以改变曲线拟合的类型、精度，而且数据可以共享。另外，也可以把几组数据放到同一个示波器上显示，进行比较。图3给出了多项式曲线拟合的前面板图。结合Lab－VIEW自带的Web功能，可对已经做好的虚拟仪器进行发布。具体发布网页的方法见参考文献[4]、[5]。

3　结论
　　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，能够使高校的实验教学内容紧跟时代的发展，能使高校培养出具有创新能力和创新意识的各种人才。总之，开发和利用虚拟仪器教学实验系统和建立虚拟仪器实验室，是高校实验教学改革的一个新的发展方向。