淺析虛擬儀器技術(shù)在傳感器檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

封燕芳

（浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 310053）

傳感器檢測(cè)技術(shù)是電子信息工程專業(yè)的限選課程，在學(xué)習(xí)該課程后，學(xué)生可以更好地對(duì)傳感器檢測(cè)技術(shù)、信號(hào)檢測(cè)技術(shù)等進(jìn)行掌握，同時(shí)也便于深入地了解傳感器工程實(shí)際應(yīng)用過程中存在的問題及解決對(duì)策。然而，傳統(tǒng)的教學(xué)模式以及設(shè)備已無(wú)法滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，以往的教學(xué)設(shè)備并不能讓學(xué)生直觀地了解傳感器工作原理以及電路測(cè)量等重要內(nèi)容，并且由于該部分知識(shí)內(nèi)容極其單調(diào)、難理解。所以，做好傳感器檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革成為必然趨勢(shì)，虛擬儀器技術(shù)與傳統(tǒng)儀器設(shè)備相比之下不具備損壞硬件設(shè)備缺點(diǎn)，能夠通過計(jì)算機(jī)直接完成數(shù)據(jù)處理，一定程度上減少了高校成本投資費(fèi)用，并且學(xué)習(xí)虛擬儀器技術(shù)可以打破以往時(shí)間與空間的限制，從而大大提高了教學(xué)效率。

1 虛擬儀器技術(shù)概述

1.1 虛擬儀器技術(shù)定義

虛擬儀器是通過一種虛擬儀器面板個(gè)人計(jì)算儀器，通過微軟軟件在儀器屏幕上構(gòu)成內(nèi)容，在硬件條件支持下采樣信號(hào)，并利用微軟軟件處理后獲得所需的測(cè)量結(jié)果。虛擬儀器技術(shù)是高性能的模塊化硬件，通過軟件可以完成不同難度的測(cè)量與測(cè)試。同時(shí)還可以幫助使用用戶創(chuàng)建更加靈活自定義的界面，幫助用戶提供更加全面的系統(tǒng)集成。虛擬儀器技術(shù)自從使用以來(lái)就具備結(jié)構(gòu)單一測(cè)量精準(zhǔn)等特點(diǎn)，使用用戶在實(shí)際操作時(shí)只需要利用一臺(tái)計(jì)算機(jī)即可完成操作。

從本質(zhì)而言，虛擬儀器是基于計(jì)算機(jī)來(lái)管理儀器系統(tǒng)，然后代替儀器功能完成測(cè)量需求，也就是將計(jì)算機(jī)中的軟硬件結(jié)合后虛實(shí)結(jié)構(gòu)的另一種結(jié)合，也是通過計(jì)算機(jī)技術(shù)拓寬虛擬儀器功能。虛擬儀器系統(tǒng)硬件中只可以解決信號(hào)輸出，軟件才是系統(tǒng)的重中之重，使用用戶在實(shí)際操作過程中只需要改變軟件就可以完成增減虛擬儀器功能。

1.2 虛擬儀器技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

通常情況下，儀器都是由數(shù)據(jù)采集與控制、數(shù)據(jù)處理與分析以及數(shù)據(jù)現(xiàn)實(shí)三部分組成的，在以往儀器中，會(huì)將這三部分結(jié)構(gòu)放在一個(gè)儀表機(jī)箱中，然而虛擬儀器與以往儀器存在一定的差異性，它是基于計(jì)算機(jī)軟硬件組合的，不會(huì)過度地強(qiáng)調(diào)實(shí)現(xiàn)形式，為此，虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器對(duì)比之下優(yōu)勢(shì)是極其明顯的，主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)。

（1）虛擬儀器技術(shù)功能主要由用戶自定義，只需通過提供基本軟硬件，例如，信號(hào)調(diào)節(jié)器、信號(hào)轉(zhuǎn)換器等，需要的儀器功能只需讓用戶自主調(diào)節(jié)即可。

（2）具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，虛擬也一起是以計(jì)算機(jī)為核心，所以其具有數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)以及分析、處理和傳輸、控制的多種功能，通過虛擬儀器能夠輕松地完成數(shù)據(jù)測(cè)量，分析顯示變化量以及被測(cè)量的不同分析功能。

（3）虛擬儀器具有性能高、開發(fā)拓展性強(qiáng)以及無(wú)縫集成的優(yōu)勢(shì)。由于虛擬儀器技術(shù)是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)上衍生發(fā)展的，所以虛擬儀器技術(shù)就很好地繼承計(jì)算機(jī)技術(shù)為主導(dǎo)的商業(yè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，包括超卓的處理器與文件I/O，從而更好地保護(hù)用戶數(shù)據(jù)可以迅速導(dǎo)入磁盤，并且在導(dǎo)入的過程中還可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析。

2 虛擬儀器技術(shù)在傳感器檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

2.1 虛擬系統(tǒng)組成以及工作原理

虛擬系統(tǒng)主要由應(yīng)變片式電阻傳感器、信號(hào)調(diào)理電路以及計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡組成，能確保數(shù)據(jù)測(cè)量的準(zhǔn)確性與實(shí)效性，提高系統(tǒng)的精準(zhǔn)度與便利性。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

當(dāng)檢測(cè)到傳感器信號(hào)后，就會(huì)將其轉(zhuǎn)化為電量信號(hào)；此時(shí)，傳感器會(huì)將信號(hào)處理后即可轉(zhuǎn)換為電信信號(hào)，通過濾波處理電量信號(hào)即可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換位標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)；數(shù)據(jù)采集卡中此時(shí)會(huì)采集電壓信號(hào)，并將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化位處理相對(duì)輕松的數(shù)字信號(hào)，通過數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動(dòng)程序傳輸?shù)絇C 機(jī)上，在LABVIEW 平臺(tái)編寫程序完成數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理以及回放功能。在整個(gè)系統(tǒng)中可以解決數(shù)據(jù)采集卡的測(cè)量與輸出控制等問題。

2.2 儀表面板設(shè)計(jì)

儀表面板設(shè)計(jì)是對(duì)多路重物檢測(cè)控制系統(tǒng)，每一路都是重物質(zhì)量的檢測(cè)系統(tǒng)，且每一路設(shè)計(jì)工作原理相同，所以即可將每一路檢測(cè)程序設(shè)計(jì)為V1,V1 程序框架圖如圖2 所示，程序框架圖中主要包括以下節(jié)點(diǎn)。（1）DAQ通道，是關(guān)于DAQ 卡的通道設(shè)置。（2）數(shù)據(jù)采集函數(shù)，主要設(shè)置采集電壓信號(hào)，是該程序中最主要的組成部分。（3）數(shù)組Build Array,主要連接多種數(shù)組連接，也可增加元素。（4）引數(shù)組函數(shù)Index Array，主要儲(chǔ)存所采集的電壓信號(hào)數(shù)據(jù)。（5）平均函數(shù)Mean vi,平均采集數(shù)據(jù)。（6）LED 報(bào)警燈，完成發(fā)光報(bào)警的作用。（7）Case 結(jié)構(gòu)與蜂蜜器beep vi 組成，完成報(bào)警發(fā)光作用。

圖2 多同等質(zhì)量檢測(cè)程序系統(tǒng)框架圖

在設(shè)計(jì)該系統(tǒng)時(shí)即可進(jìn)行調(diào)用，然后進(jìn)一步完成設(shè)計(jì)，即可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的。在這里需要進(jìn)行四路重物質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以虛擬儀器技術(shù)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)多通道質(zhì)量檢測(cè)儀，通過設(shè)計(jì)多通道質(zhì)量檢測(cè)儀，學(xué)生能夠更直觀地觀看到其中變化，從而便于學(xué)生理解。

2.3 調(diào)式系統(tǒng)以及運(yùn)行

調(diào)試硬件會(huì)直接影響數(shù)據(jù)采集卡的采集結(jié)果，在該實(shí)驗(yàn)教學(xué)中進(jìn)行的硬件調(diào)試只會(huì)涉及應(yīng)變片式電阻傳感器電路中差分電路部分的調(diào)零與調(diào)整電橋滑動(dòng)變阻器，這些在傳感器靈敏度檢測(cè)時(shí)，需要在零位數(shù)值時(shí)進(jìn)行。在設(shè)計(jì)完程序以及面板代碼后要調(diào)式程序，主要是檢測(cè)是否存在邏輯錯(cuò)誤或出現(xiàn)接口設(shè)置的錯(cuò)誤問題。

3 結(jié)語(yǔ)

虛擬儀器技術(shù)是計(jì)算機(jī)與測(cè)試儀器技術(shù)的最新發(fā)展產(chǎn)物，其將計(jì)算機(jī)軟硬件資源最大化的進(jìn)行發(fā)揮，并利用軟件模塊與模塊化功完成傳統(tǒng)電壓信號(hào)測(cè)試功能。其不僅能夠開發(fā)測(cè)試控制系統(tǒng)，同時(shí)，還可依據(jù)自身實(shí)際需求完成自定義功能的設(shè)置，從而促使編程更加容易，便于學(xué)生理解學(xué)習(xí)。所以，在進(jìn)行傳感器檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，將虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用其中將會(huì)成為未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，能促使實(shí)驗(yàn)原理更加直觀，并且設(shè)計(jì)的質(zhì)量測(cè)試系統(tǒng)具有成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。本文主要分析了虛擬儀器技術(shù)的特點(diǎn)以及傳感器檢測(cè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，探究了虛擬儀器技術(shù)在傳感器檢測(cè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)際應(yīng)用，希望能夠提高該課程的實(shí)驗(yàn)效果。