浅谈虚拟仪器实验室的建设

1浅谈虚拟仪器实验室的建设内容摘要：现代教育技术和计算机技术的不断开展，使得虚拟实验室技术蓬勃开展起来。虚拟实验室具有传统实验室无可比较的优点。本文介绍了虚拟仪器系统引入实验教学的必要性和可行性，并以工程力学虚拟实验室的建设为例给出了建立虚拟实验室的方法。关键字：实验；虚拟仪器；虚拟实验室实验是教学活动中一个必不可少的过程，尤其是对于理工类的一些学科，例如物理、化学、机电、计算机等实践性很强的学科，实验教学环节对学好这些课程更是至关重要。学生只有通过足够的验证性实验和一定数量的综合性实验，才能真正理解和掌握该学科的理论知识，才能获得一定的实验能力，并初步具有处理实际问题的能力。因此，充实实验内容，增开综合性实验工程，进一步加强实验室建设，不断改革实验教学是十分必要的。随着人类对自然规律探索的深入，现代文明的不断开展，建设现代化的实验室面临着越来越多的挑战。对于以培养面向２１世纪的现代化人才为宗旨的大学教育来说，如何使学生能够掌握现代技术，如何设计和建设能够兼容过去、立足现代、面向未来的实验室更是值得深入探索和实践。一、虚拟仪器系统引入实验教学的必要性众所周知，仪器是实验的根底，要保证综合性实验的开设质量，就要同时购置多套先进而昂贵的仪器。一个传统的实验要使用多种仪器，而且不同实验所用的仪器也不尽相同，如果开设综合性实验所需仪器就更多，这么多的仪器不仅价值昂贵、体积大、占用空间多，而且相互连接也十分麻烦。如何更合理地配置教育资源，解决好资金投入与人才培养之间的矛盾，是学校开展实验教育经常需要考虑而又伤脑筋的问题。由于条件的限制，我国大学的实验室建设一直落后于先进国家，这在一定程度上影响了高素质人才的培养，制约了我国科研和工业生产的快速开展。以往的实验室建设，通常是根据实验室的实验目标和方向，选择相应的专用仪器设备。为了进行必要的数据处理，有时也会选择一些仪器与计算机系统的接口设备，使仪器系统与计算机系统之间具备通信的能力，到达数据共享的目的。不可否认，这样的实验室在科学实验及教学活动中发挥了极为重要的作用。然而，这种建设方法所无视的是实验室系统的灵活性和开放性，也没有充分利用当前迅速开展着的相关领域的技术和设备。因此，在实验环境和对象不断变化的今天，传统的实验室建设方法已经难以适应，加速大学现代化实验室的建设已经成为当务之急。实验手段和技术的进步，必然促进相关技术的开展。以虚拟仪器设备及技术为根底的现代化实验设备正是这种进步的具体表达。建设以虚拟仪器设备及技术为根底的现代化实验室并不意味着对传统设备和环境的否认。虚拟仪器系统可以将已有的实验设备中的绝大多数融入新的系统当中，并且充分利用当今流行的现代技术和手段，保证实验系统在相当长的一段时间内不会落后。事实上，建立以虚拟仪器设备及技术为根底的现代化实验室系统，更为关注的应该是它的内在意义，是它的技术思路。设备本身总有过时的时候，包括虚拟仪器本身在内，而正确的技术开展思路可以使我们的实验室始终处于现代化的行列，为科研和教学提供适应开展的实验手段。多二、雕虚拟型仪器都系统圈引入来实验久教学介的可室行性庆〔一嘴〕坑虚拟议仪器版系统拾的基木本构狐成唇虚拟拉仪器怖是计巴算机埋技术简介入甜仪器扭领域挠所形跌成的铅一沃种新嘉型的熄、富歉有生限命力饿的仪祝器种隔类，延在虚稠拟仪钢器中狭，计富算机现处于手核心鹊地位肾，仪荣器的前结构务概念菌和设仍计观有点等缘都发水生了升突破搁性的锈变化誉。从换构成剧上来链说，乎虚拟回仪器胜就是倘利用螺现有低的计当算机乳，配绍上相绞应的患硬件血和专挠用软岸件，荒形成焰既有彼普通裂仪器忧的基粮本功吨能，腿又有婚一最般仪烂器所锹没有阶的特起殊功女能的糕高档泳低价输新型氏仪器貌。从睛使用穷上来吃说，诚虚拟烘仪器部利用软ＰＣ搅计算鞭机强带大的惰图形案环境斯，建杨立界特面友暂好确实虚拟玩仪器挤面板停〔即廊软面膛板〕括，操浪作人见员通席过友谨好的种图形休界面陕及图义形化诵编程痛语言贡控制致仪器书运行臭，完合成对汇被测盗试量借的采糕集、蒜分析观、判草断顽、显骄示、半存储示及数争据生沾成。屈虚衫拟仪跪器技吐术的背实质味是充喜分利核用最惯新的爬计算熟机技谎术来缓实现浩和扩怀展传克统仪柜器的枪功能陷。虚膛拟仪导器的旋根本概构成监包括置计算驼机、跌虚拟降仪器躬软件股、硬判件接栏口模誓块等饭。目祥前较慌为常引用的孩虚拟腐仪器章系统速是数凯据采遍集卡晃系统走、G蓄PI宏B仪干器控跟制系字统、增VX胀I仪阁器系生统以排及这仪三者利之竭间的梯任意券组合白。在昂这里蔬，硬殊件仅辨仅是决解决笔信号至的输浴入输舟出，询软件判才是盒整个收系统方的关遣键。羡正因扛为如洞此，挽所以渡当基遥本硬棍件确捆定以澡后，皂就可唐以通逆过不定同的者软件大〔虹如用游于数悟据分瘦析、凉过程时通讯展及图售形用婆户界珍面的芒软件腹〕实窄现不绸同的疑功能浙。虚自拟仪笔器应冬用软怖件集伸成了治仪器洞的所队有采五集、露控制讽、数彻据分雪析、貌结果勾输出谷和用祖户界善面等闯功能抄，使佩传统岸仪器冤的某赞些硬吴件乃径至整撕个仪讯器都意被计模算机棍软件堪所代男替。膝因此捕从某莫种意掀义上碗可以渣说：宵软件匀就是止仪器社。用纵户可均以根聚据自主己的萍需要祖，设夫计自锅己的挤仪器炸系统亦，满笋足多麻种多导样的森应用序要求瓜。利布用计株算机瓜丰富者的软驳、硬泼件资交源，喘可以倦大大监突破忧传统贤仪器饮在数圈据的饱处理覆、表甩达、概传递婶、储阁存等显方面叉的限菠制，繁到达辰传统用仪器庆无法妹比较越的效讲果。晋〔二权〕缠虚拟萌仪器搞在实林验教睛学中被的应屯用其高等公院校宿特别夹是理天工科裤院校霉，实淘验教造学仪渠器设闯备所女需投雷资巨材大，涂一般眉学校突很难桐满足筹，造洽成许额多学舍校仪挨器设促备缺穿乏和辣过时排陈旧屠等现腹象，级严重寨影响承教学奥科研罚。使翻用虚舌拟仪疲器不梨但可勺以节塔约大既量仪狸器设陡备的堡经费古投入倒，而稿且能佩够提神高教球学科疾研的梁质量连与效发率。慌由拆于虚羽拟仪饰器的摄硬件切是以氧通用俊微型质计算华机为络根底帐的，席我国羡普通钻高校好的实苏验室决一般苗都拥扬有相烟当数锅量的匙通用朝计算腾机，夜因此颜，只牢要购作买一含定的制仪器鬼模板绢以及标相应青的软晌件就果可以输构成韵足够枣数量腾的虚如拟仪持器供告学生虑使用稿。另义一方魄面，祥在同锄一台撤计算万机上听，通歌过操起作者网的不蜘同定勇义，住可以婆虚拟侧出不泉同的堂仪器傅，各房仪器伐之间址还递可以随通过饭不同巾的窗刘口进污行切恶换，仍因此抗实验镇室无爹需配枪备各丢种传劣统仪刺器，赏可以僵通过叫软件椒设计宴使虚腿拟仪讨器和厉实验跪室设岩备不月断更叮新。蝇学生竭在计该算机净上操锤纵各端种虚圣拟仪乒器进岔行试咸验，喜就如止同是雁在操嘉作传毯统仪预器一报样有蛛效，酸与在纸真实善实验词室的帮现场巩试验抄做出灵的实令验结取果是锈一样太的。盗这样惹，使扰用基赠于虚秒拟仪摸器系慈统的米虚拟姑实验私来代耍替实薄际现疼场试劳验，叨能很迟好地田解决逮现有抖实验摔教学包中的租矛盾邪，又伯符合认现代定实验厦技术拢的发档展方纲向。农东三、厅工程菠力学殖虚拟硬实验绍室-锈--筋衰减初振动虎实验窄〔一爷〕来实验盐原理丝振动蛇台由猴台面恳、支边撑弹塌簧片霞及电竞磁阻富尼器乘组成损，在种瞬时庸或持捞续的误干扰读力作颜用下致，台稼面沿演水平史面纵挠轴方很向振秤动。谱铝质窗台面恰在电概磁阻绸尼器必的磁联隙中古运动来时，值产生凤与运剃动速淘度成炉正比截的电慨涡流帽阻尼吓，调烈节电异磁铁盯的励喘磁电借流可续改变信阻尼失的大朵小。陕锣之席试验抱装置玉如下烟图所稀示斯介胸幕斯抖榆〔二劝〕网实验萝装置密序号惊名称阁数量拨主要磁技术划指标证参考此类型夫生产次厂家努1隐水平镰振动射台馅1浙固有绿频率凤：约弓10匪HZ始阻尼核比：坟0.栋01杜-0慕.2谨0可百变丢自制腰2斧电子掩示波蚕器浑1其通用棵型殿3籍阻尼坛器电面源昏1乏DC倦输出俊：0犯-3贼0V验，后2A衣PA怖B盼3膊2捎-2他A爽KI排KU宏SU滋I〔缓日本弦〕甲〔三型〕实现验步跟骤跌通过镜链接执控制获面板掘或在愿窗口骡中直饿接单靠击各欧实验撇仪器画设备誉，打趟开各岁实验自仪器气设备拆的控喷制面逼板，肠并开脖通电教源。遣〔可吉以使谷用缩血放按段钮功淘能，锦方便咬操作避〕届1、柔翻开勤如右艺图所市示的介“截阻尼智器电网源达〞议控制威面板渴。确匠定按跳下了据本“仇A牛〞貌和蛇“祸OU恨TP莲UT园〞眉按钮辽，调嗽整死“厉输出粘电压洗或电秆流微脸调聋〞天旋钮普，如意下列图裤所示栗，将公电流浑输隆出值红大致量调为峡0.责5A尤〔同华强迫浆振动欲实验渐〕。极择2、愿在“恩水平孟振动叠台〞酱上输耗入振团动台尘的初猾始位蜓移，陡点击刑“O童K〞才，这请时，坝在“步电子绿示波榨器〞步上将顺计入消下振丈动台聋的衰驾减波串形。企3、减使用券控制卵面板亲上的昆“衰墓减曲泼线〞笨功能妇按钮尾，系秋统将敞自动糖绘出屿当前哄振动解状态坑下的本衰减扮曲线席。通字过这诚个衰午减曲杰线，俭试验栏者可苗取得澡衰减假曲线抛上任巷意点扑的数勺据。插4、臣为增浊加对接本实释验的垄了解狭，试飘验者泪可调绿整阻找尼器俱电源物的输展出电捷流，秋以观丰察不奉同阻骗尼状克。她5、屠测牧试完法毕时王，将教阻尼高器电示源的膨输出头调至眨零。载然后小关闭马所有帆仪器捆的电折源顷。秤〔四虹〕实辈验演放示滑〔五洞〕贸虚拟溜示波绸器的辉设计浑与实这现方旨案伪1、冻虚拟亡示波艇器的稼结构龟与组剪成霸本虚绸拟数蛮字示修波器菊主要还由一括块P园CI搅总线眉的多戴功能懂数据另采集冤卡和膏相应铃的软软件组轻成。活将它遇们安焰装在节一台注运行西Wi浇nd转ow应s9球5/摧98如/N逐T的仪PC饰机上如〔建盘议配凯置在顶P光EN捎TI靠UM谁Ⅱ／吴23花3以租上〕穷，即斤构成庸一个穷功能述强大有的可贱存储打数字膨示波头器。馒该数衔字示芝波器屿操作凉与显身示主阴面板辽如图钟1所干示。崭

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