淺談虛擬儀器實驗室的建設

1淺談虛擬儀器實驗室的建設內(nèi)容摘要：現(xiàn)代教育技術和計算機技術的不斷開展，使得虛擬實驗室技術蓬勃開展起來。虛擬實驗室具有傳統(tǒng)實驗室無可比較的優(yōu)點。本文介紹了虛擬儀器系統(tǒng)引入實驗教學的必要性和可行性，并以工程力學虛擬實驗室的建設為例給出了建立虛擬實驗室的方法。關鍵字：實驗；虛擬儀器；虛擬實驗室實驗是教學活動中一個必不可少的過程，尤其是對于理工類的一些學科，例如物理、化學、機電、計算機等實踐性很強的學科，實驗教學環(huán)節(jié)對學好這些課程更是至關重要。學生只有通過足夠的驗證性實驗和一定數(shù)量的綜合性實驗，才能真正理解和掌握該學科的理論知識，才能獲得一定的實驗能力，并初步具有處理實際問題的能力。因此，充實實驗內(nèi)容，增開綜合性實驗工程，進一步加強實驗室建設，不斷改革實驗教學是十分必要的。隨著人類對自然規(guī)律探索的深入，現(xiàn)代文明的不斷開展，建設現(xiàn)代化的實驗室面臨著越來越多的挑戰(zhàn)。對于以培養(yǎng)面向２１世紀的現(xiàn)代化人才為宗旨的大學教育來說，如何使學生能夠掌握現(xiàn)代技術，如何設計和建設能夠兼容過去、立足現(xiàn)代、面向未來的實驗室更是值得深入探索和實踐。一、虛擬儀器系統(tǒng)引入實驗教學的必要性眾所周知，儀器是實驗的根底，要保證綜合性實驗的開設質(zhì)量，就要同時購置多套先進而昂貴的儀器。一個傳統(tǒng)的實驗要使用多種儀器，而且不同實驗所用的儀器也不盡相同，如果開設綜合性實驗所需儀器就更多，這么多的儀器不僅價值昂貴、體積大、占用空間多，而且相互連接也十分麻煩。如何更合理地配置教育資源，解決好資金投入與人才培養(yǎng)之間的矛盾，是學校開展實驗教育經(jīng)常需要考慮而又傷腦筋的問題。由于條件的限制，我國大學的實驗室建設一直落后于先進國家，這在一定程度上影響了高素質(zhì)人才的培養(yǎng)，制約了我國科研和工業(yè)生產(chǎn)的快速開展。以往的實驗室建設，通常是根據(jù)實驗室的實驗目標和方向，選擇相應的專用儀器設備。為了進行必要的數(shù)據(jù)處理，有時也會選擇一些儀器與計算機系統(tǒng)的接口設備，使儀器系統(tǒng)與計算機系統(tǒng)之間具備通信的能力，到達數(shù)據(jù)共享的目的。不可否認，這樣的實驗室在科學實驗及教學活動中發(fā)揮了極為重要的作用。然而，這種建設方法所無視的是實驗室系統(tǒng)的靈活性和開放性，也沒有充分利用當前迅速開展著的相關領域的技術和設備。因此，在實驗環(huán)境和對象不斷變化的今天，傳統(tǒng)的實驗室建設方法已經(jīng)難以適應，加速大學現(xiàn)代化實驗室的建設已經(jīng)成為當務之急。實驗手段和技術的進步，必然促進相關技術的開展。以虛擬儀器設備及技術為根底的現(xiàn)代化實驗設備正是這種進步的具體表達。建設以虛擬儀器設備及技術為根底的現(xiàn)代化實驗室并不意味著對傳統(tǒng)設備和環(huán)境的否認。虛擬儀器系統(tǒng)可以將已有的實驗設備中的絕大多數(shù)融入新的系統(tǒng)當中，并且充分利用當今流行的現(xiàn)代技術和手段，保證實驗系統(tǒng)在相當長的一段時間內(nèi)不會落后。事實上，建立以虛擬儀器設備及技術為根底的現(xiàn)代化實驗室系統(tǒng)，更為關注的應該是它的內(nèi)在意義，是它的技術思路。設備本身總有過時的時候，包括虛擬儀器本身在內(nèi)，而正確的技術開展思路可以使我們的實驗室始終處于現(xiàn)代化的行列，為科研和教學提供適應開展的實驗手段。多二、雕虛擬型儀器都系統(tǒng)圈引入來實驗久教學介的可室行性慶〔一嘴〕坑虛擬議儀器版系統(tǒng)拾的基木本構狐成唇虛擬拉儀器怖是計巴算機埋技術簡介入甜儀器扭領域撓所形跌成的鉛一沃種新嘉型的熄、富歉有生限命力餓的儀祝器種隔類，延在虛稠擬儀鋼器中狹，計富算機現(xiàn)處于手核心鵲地位腎，儀榮器的前結構務概念菌和設仍計觀有點等緣都發(fā)水生了升突破擱性的銹變化譽。從換構成劇上來鏈說，乎虛擬回儀器勝就是倘利用螺現(xiàn)有低的計當算機乳，配紹上相絞應的患硬件血和專撓用軟岸件，荒形成焰既有彼普通裂儀器憂的基糧本功噸能，腿又有婚一最般儀爛器所鍬沒有階的特起殊功女能的糕高檔泳低價輸新型氏儀器貌。從睛使用窮上來吃說，誠虛擬烘儀器部利用軟ＰＣ攪計算鞭機強帶大的惰圖形案環(huán)境斯，建楊立界特面友暫好確實虛擬玩儀器擠面板?！布蠢溶浢嫣虐濉忱ǎ倮俗魅艘妴T通席過友謹好的種圖形休界面陜及圖義形化誦編程痛語言貢控制致儀器書運行臭，完合成對匯被測盜試量借的采糕集、蒜分析觀、判草斷頑、顯驕示、半存儲示及數(shù)爭據(jù)生沾成。屈虛衫擬儀跪器技吐術的背實質(zhì)味是充喜分利核用最慣新的爬計算熟機技謊術來緩實現(xiàn)浩和擴懷展傳克統(tǒng)儀柜器的槍功能陷。虛膛擬儀導器的旋根本概構成監(jiān)包括置計算駝機、跌虛擬降儀器躬軟件股、硬判件接欄口模誓塊等飯。目祥前較慌為常引用的孩虛擬腐儀器章系統(tǒng)速是數(shù)凱據(jù)采遍集卡晃系統(tǒng)走、G蓄PI宏B儀干器控跟制系字統(tǒng)、增VX脹I儀閣器系生統(tǒng)以排及這儀三者利之竭間的梯任意券組合白。在昂這里蔬，硬殊件僅辨僅是決解決筆信號至的輸浴入輸舟出，詢軟件判才是盒整個收系統(tǒng)方的關遣鍵。羨正因扛為如洞此，挽所以渡當基遙本硬棍件確捆定以澡后，皂就可唐以通逆過不定同的者軟件大〔虹如用游于數(shù)悟據(jù)分瘦析、涼過程時通訊展及圖售形用婆戶界珍面的芒軟件腹〕實窄現(xiàn)不綢同的疑功能浙。虛自擬儀筆器應冬用軟怖件集伸成了治儀器洞的所隊有采五集、露控制諷、數(shù)徹據(jù)分雪析、貌結果勾輸出谷和用祖戶界善面等闖功能抄，使佩傳統(tǒng)岸儀器冤的某贊些硬吳件乃徑至整撕個儀訊器都意被計模算機棍軟件堪所代男替。膝因此捕從某莫種意掀義上碗可以渣說：宵軟件勻就是止儀器社。用縱戶可均以根聚據(jù)自主己的萍需要祖，設夫計自鍋己的擠儀器炸系統(tǒng)亦，滿筍足多麻種多導樣的森應用序要求瓜。利布用計株算機瓜豐富者的軟駁、硬潑件資交源，喘可以倦大大監(jiān)突破憂傳統(tǒng)賢儀器飲在數(shù)圈據(jù)的飽處理覆、表甩達、概傳遞嬸、儲閣存等顯方面叉的限菠制，繁到達辰傳統(tǒng)用儀器慶無法妹比較越的效講果。晉〔二權〕纏虛擬萌儀器搞在實林驗教睛學中被的應屯用其高等公院校宿特別夾是理天工科褲院校霉，實淘驗教造學儀渠器設闖備所女需投雷資巨材大，涂一般眉學校突很難桐滿足籌，造洽成許額多學舍校儀挨器設促備缺穿乏和辣過時排陳舊屠等現(xiàn)腹象，級嚴重寨影響承教學奧科研罰。使翻用虛舌擬儀疲器不梨但可勺以節(jié)塔約大既量儀貍器設陡備的堡經(jīng)費古投入倒，而稿且能佩夠提神高教球學科疾研的梁質(zhì)量連與效發(fā)率?；庞刹鹩谔撚饠M儀飾器的攝硬件切是以氧通用俊微型質(zhì)計算華機為絡根底帳的，席我國羨普通鉆高校好的實蘇驗室決一般苗都擁揚有相煙當數(shù)鍋量的匙通用朝計算騰機，夜因此顏，只牢要購作買一含定的制儀器鬼模板絹以及標相應青的軟晌件就果可以輸構成韻足夠棗數(shù)量騰的虛如擬儀持器供告學生慮使用稿。另義一方魄面，祥在同鋤一臺撤計算萬機上聽，通歌過操起作者網(wǎng)的不蜘同定勇義，住可以婆虛擬側出不泉同的堂儀器傅，各房儀器伐之間址還遞可以隨通過飯不同巾的窗劉口進污行切惡換，仍因此抗實驗鎮(zhèn)室無爹需配槍備各丟種傳劣統(tǒng)儀刺器，賞可以僵通過叫軟件椒設計宴使虛腿擬儀討器和厲實驗跪室設巖備不月斷更叮新。蠅學生竭在計該算機凈上操錘縱各端種虛圣擬儀乒器進岔行試咸驗，喜就如止同是雁在操嘉作傳毯統(tǒng)儀預器一報樣有蛛效，酸與在紙真實善實驗詞室的幫現(xiàn)場鞏試驗抄做出靈的實令驗結取果是銹一樣太的。盜這樣惹，使擾用基贈于虛秒擬儀摸器系慈統(tǒng)的米虛擬姑實驗私來代耍替實薄際現(xiàn)疼場試勞驗，叨能很遲好地田解決逮現(xiàn)有抖實驗摔教學包中的租矛盾邪，又伯符合認現(xiàn)代定實驗廈技術攏的發(fā)檔展方綱向。農(nóng)東三、廳工程菠力學殖虛擬硬實驗紹室-銹--筋衰減初振動虎實驗窄〔一爺〕來實驗鹽原理絲振動蛇臺由猴臺面懇、支邊撐彈塌簧片霞及電競磁阻富尼器乘組成損，在種瞬時庸或持撈續(xù)的誤干擾讀力作顏用下致，臺稼面沿演水平史面縱撓軸方很向振秤動。譜鋁質(zhì)窗臺面恰在電概磁阻綢尼器必的磁聯(lián)隙中古運動來時，值產(chǎn)生鳳與運剃動速淘度成爐正比截的電慨渦流帽阻尼嚇，調(diào)烈節(jié)電異磁鐵盯的勵喘磁電借流可續(xù)改變信阻尼失的大朵小。陜鑼之席試驗抱裝置玉如下煙圖所稀示斯介胸幕斯抖榆〔二勸〕網(wǎng)實驗蘿裝置密序號驚名稱閣數(shù)量撥主要磁技術劃指標證參考此類型夫生產(chǎn)次廠家努1隱水平鐮振動射臺餡1浙固有綠頻率鳳：約弓10匪HZ始阻尼核比：墳0.棟01杜-0慕.2謹0可百變丟自制腰2斧電子掩示波蠶器渾1其通用棵型殿3籍阻尼壇器電面源昏1乏DC倦輸出?。?犯-3賊0V驗，后2A衣PA怖B盼3膊2捎-2他A爽KI排KU宏SU滋I〔緩日本弦〕甲〔三型〕實現(xiàn)驗步跟驟跌通過鏡鏈接執(zhí)控制獲面板掘或在愿窗口騾中直餓接單靠擊各歐實驗撇儀器畫設備譽，打趟開各歲實驗自儀器氣設備拆的控噴制面逼板，腸并開脖通電教源。遣〔可吉以使谷用縮血放按段鈕功淘能，錦方便咬操作避〕屆1、柔翻開勤如右藝圖所市示的介“截阻尼智器電網(wǎng)源達〞議控制威面板渴。確匠定按跳下了據(jù)本“仇A牛〞貌和蛇“禍OU恨TP蓮UT園〞眉按鈕遼，調(diào)嗽整死“厲輸出粘電壓洗或電稈流微臉調(diào)聾〞天旋鈕普，如意下列圖褲所示栗，將公電流渾輸隆出值紅大致量調(diào)為峽0.責5A尤〔同華強迫漿振動欲實驗漸〕。極擇2、愿在“恩水平孟振動疊臺〞醬上輸耗入振團動臺塵的初猾始位蜓移，陡點擊刑“O童K〞才，這請時，壩在“步電子綠示波榨器〞步上將順計入消下振丈動臺聾的衰駕減波串形。企3、減使用券控制卵面板親上的昆“衰墓減曲潑線〞笨功能婦按鈕尾，系秋統(tǒng)將敞自動糖繪出嶼當前哄振動解狀態(tài)坑下的本衰減扮曲線席。通字過這誠個衰午減曲杰線，儉試驗欄者可苗取得澡衰減假曲線拋上任巷意點撲的數(shù)勺據(jù)。插4、臣為增濁加對接本實釋驗的壟了解狹，試飄驗者淚可調(diào)綠整阻找尼器俱電源物的輸展出電捷流，秋以觀豐察不奉同阻騙尼狀克。她5、屠測牧試完法畢時王，將教阻尼高器電示源的膨輸出頭調(diào)至眨零。載然后小關閉馬所有帆儀器捆的電折源頃。秤〔四虹〕實輩驗演放示滑〔五洞〕貿(mào)虛擬溜示波綢器的輝設計渾與實這現(xiàn)方旨案偽1、凍虛擬亡示波艇器的稼結構龜與組剪成霸本虛綢擬數(shù)蠻字示修波器菊主要還由一括塊P園CI攪總線眉的多戴功能懂數(shù)據(jù)另采集冤卡和膏相應鈴的軟軟件組輕成。活將它遇們安焰裝在節(jié)一臺注運行西Wi澆nd轉ow應s9球5/摧98如/N逐T的儀PC飾機上如〔建盤議配凱置在頂P光EN捎TI靠UM誰Ⅱ／吳23花3以租上〕窮，即斤構成庸一個窮功能述強大有的可賤存儲打數(shù)字膨示波頭器。饅該數(shù)銜字示芝波器嶼操作涼與顯身示主陰面板遼如圖鐘1所干示。嶄

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