1虚拟化和虚拟仪器技术
随着计算机技术的不断发展，计算机的功能不断得到拓展。虚拟化技术正是这种拓展的具体表现之一。象虚拟现实技术（VR）、虚拟制造技术（VM）已成为研究和应用热点，并日益走向成熟。虚拟仪器技术（VirtualInstru-ment，VI）也是在这种背景下产生的。它是一种全新概念，发展的历史不长，是由美国NationalInstruments公司于1990年推出LabView软件包开始的。它奉行“软件就是仪器”的观念，集成了信号采集、处理与分析技术和计算机技术，在满足使用要求的前提下，通过使用通用的硬件和软件模块，进行数据采集、处理、分析、存储和输出。和传统的处理方法相比，其优点体现在：开发效率非常高，一般不涉及硬件的设计、制作和调试；参数调整方便快捷，与传统方法相比具有较大的调整范围；数值分析处理能力强，运行过程直观可控；仪器移植能力强，所开发的软件模快可以无限制的移植到其它虚拟仪器中；成本低，开发维护容易等。
由于虚拟仪器具有这些传统仪器所不具备的明显的优越性，在发达国家，虚拟仪器已经广泛地代替各种实际的仪器在教学、科研和工业生产中发挥了巨大的作用。
2梯度材料制备实验的虚拟化实现
2.1梯度材料制备的实验模型
梯度材料的制备有不同的方式，这里采用静置沉降的方式。以两种不同的物质制备梯度材料为例。物质A和物质B与沉降介质经均匀混合后置于沉降管中，如1所示。可以认为混合溶液处于层流状态。假设物质A和物质B各有m种不同的粒度组，记作Ai、Bi（i=1，2，…，m）；每种粒度所对应的质量记为MAi、MBi（i=1，2，…，m）；A、B两种物质及沉降介质的密度分别为A、B.
为了获得沉降过程情况以及所得梯度材料沿高度各层的组成情况，首先可将沉降管沿高度分成n层，在n足够大的情况下，可以近似认为每层中的物质沉降距离相等，即：lj=n-j 1nL，j=1，2，…，n每层中所含A物质某种粒度的质量为：MAi/n，i=1，2，…，n每层中所含B物质某种粒度的质量为：MBi/n，i=1，2，…，n根据前面的假设，不同粒度物质的沉降速度可写式中，g为重力加速度。
则某层某粒度物质沉降到管底的沉降时间近似如果将最大沉降时间划分成p等份，以每一等份时间来考虑梯度材料的形成，则梯度材料也可获得相应的p层。这样显然每一层梯度材料就和若干个TAij和TBij对应，因此容易计算出某层梯度材料中所含A物质和B物质的质量：
MAk=（TAij所对应层中的A物质的质量）
MBk=（TBij所对应层中的B物质的质量），k=1，2，…，p则梯度材料某层的组成梯度材料某层的高度以及梯度材料某层的密度以上参数正是研究梯度材料的重要参考。
2.2梯度材料制备的虚拟实验软件系统
2.2.1软件系统的功能模块
本虚拟仪器的软件开发是在VisualC 6.0和Windows98下完成的，它充分利用Windows的多任务和事件驱动机制，以面向对象的方式实现了各种功能。整个软件具有Windows界面，实时性强，人机接口友善，操作简便容易。这里主要介绍一下软件的有关功能模块。
根据以上的实验模型和实际需要，确定了如2所示的系统功能。分别说明如下：1）数据库和数据接口：数据库是本虚拟仪器的核心，它采用数据集中管理和操作的方式来规划和调度各功能模块。数据库中的数据通过内部的数据接口与外部各功能模块交换信息，实现数据的各种操作。这种方式有效的保证了数据的可靠性，防止了实验数据的误操作和失真，而且数据统一分类保存，容易管理。
2）定制实验功能：该虚拟仪器具有较广泛的适用范围，可以完成同种类型的多种梯度材料的制备实验。定制实验功能为用户提供了方便快捷的定制方式，为该虚拟实验的广泛实用性打下了基础。该功能获得的实验原始数据通过数据接口存储在数据库中，以便调用。
虚拟实验软件系统功能模块3）数据处理功能主要是对数据库中有关实验的各种信息进行查找、编辑、存储、显示、打印输出等各种操作，以便于管理现有的实验数据，或查看早期已完成的各种实验情况等。
4）实验过程线图管理与显示功能：这种功能主要是提供一种手段，以便用户可根据具体情况的需要确定要显示何种线图、各种线图以何种形式加以显示，以使该实验尽可能得到清晰的描述。各种实验可能需要不同的线图描述，因此该功能附带了一个线图库。
5）实验设备及实验过程动态显示功能：这是虚拟仪器的一个重要功能和优点，它将实验设备以虚拟的方式显示在计算机屏幕上，并使其中的整个实验过程可视化，实验者可以观察到整个实验的动态变化过程。这为对实验本身的理解与分析提供了帮助。
6）实验报告管理功能：实验完成以后，可以根据实验者的要求提供实验报告。这一功能提供了用户定制实验报告的格式、内容等的工具，并按要求自动完成，然后由计算机打印输出，从而可以使用户方便地获得图文并茂、赏心悦目的实验报告。
在软件实时性方面，主要是应满足实验过程动态可视化的要求。由于这一要求不象实时控制系统那样要求具备高度的实时性，因此可以采用VisualC 提供的Timer（）函数来实现。
2.2.2一个实例
利用以上开发的梯度材料虚拟实验系统，即可进行具体的实验。下面是一个具体的例子。该实验采用Mo和两种材料来制备梯度材料，限于篇幅，这里仅显示了实验过程中的两个画面，一个是实验定制画面，如3所示；另一个是线图显示画面，如4所示。
3结论
在梯度材料制备实验中，整个沉降过程往往要持续数十小时。对于实验者来说，要观察整个过程是很困难的。虚拟仪器技术是计算机、仪器硬件资源与强大的计算机软件功能相结合的产物，它极大地方便了仪器的设计开发、仪器的功能扩展和变更，因此，一方面可以大大地缩短开发周期，降低成本，另一方面也可以动态可视化的形式向实验者提供实验过程细节，从而有助于实验者对实验本身的分析与理解。本文所作的研究还只是一种尝试，随着技术的不断完善和发展，这一技术必将在教学、科研和工业生产中发挥越来越重要的作用。
