封燕芳

（浙江機電職業(yè)技術學院，浙江 杭州 310053）

傳感器檢測技術是電子信息工程專業(yè)的限選課程，在學習該課程后，學生可以更好地對傳感器檢測技術、信號檢測技術等進行掌握，同時也便于深入地了解傳感器工程實際應用過程中存在的問題及解決對策。然而，傳統(tǒng)的教學模式以及設備已無法滿足學生的學習需求，以往的教學設備并不能讓學生直觀地了解傳感器工作原理以及電路測量等重要內(nèi)容，并且由于該部分知識內(nèi)容極其單調、難理解。所以，做好傳感器檢測技術實驗教學改革成為必然趨勢，虛擬儀器技術與傳統(tǒng)儀器設備相比之下不具備損壞硬件設備缺點，能夠通過計算機直接完成數(shù)據(jù)處理，一定程度上減少了高校成本投資費用，并且學習虛擬儀器技術可以打破以往時間與空間的限制，從而大大提高了教學效率。

1 虛擬儀器技術概述

1.1 虛擬儀器技術定義

虛擬儀器是通過一種虛擬儀器面板個人計算儀器，通過微軟軟件在儀器屏幕上構成內(nèi)容，在硬件條件支持下采樣信號，并利用微軟軟件處理后獲得所需的測量結果。虛擬儀器技術是高性能的模塊化硬件，通過軟件可以完成不同難度的測量與測試。同時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。虛擬儀器技術自從使用以來就具備結構單一測量精準等特點，使用用戶在實際操作時只需要利用一臺計算機即可完成操作。

從本質而言，虛擬儀器是基于計算機來管理儀器系統(tǒng)，然后代替儀器功能完成測量需求，也就是將計算機中的軟硬件結合后虛實結構的另一種結合，也是通過計算機技術拓寬虛擬儀器功能。虛擬儀器系統(tǒng)硬件中只可以解決信號輸出，軟件才是系統(tǒng)的重中之重，使用用戶在實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 虛擬儀器技術的優(yōu)勢

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)實三部分組成的，在以往儀器中，會將這三部分結構放在一個儀表機箱中，然而虛擬儀器與以往儀器存在一定的差異性，它是基于計算機軟硬件組合的，不會過度地強調實現(xiàn)形式，為此，虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器對比之下優(yōu)勢是極其明顯的，主要表現(xiàn)為以下幾點。

（1）虛擬儀器技術功能主要由用戶自定義，只需通過提供基本軟硬件，例如，信號調節(jié)器、信號轉換器等，需要的儀器功能只需讓用戶自主調節(jié)即可。

（2）具有強大的數(shù)據(jù)處理功能，虛擬也一起是以計算機為核心，所以其具有數(shù)據(jù)采集、存儲以及分析、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)測量，分析顯示變化量以及被測量的不同分析功能。

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

2 虛擬儀器技術在傳感器檢測技術實驗教學中的應用

2.1 虛擬系統(tǒng)組成以及工作原理

虛擬系統(tǒng)主要由應變片式電阻傳感器、信號調理電路以及計算機和數(shù)據(jù)采集卡組成，能確保數(shù)據(jù)測量的準確性與實效性，提高系統(tǒng)的精準度與便利性。系統(tǒng)結構圖如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)結構圖

當檢測到傳感器信號后，就會將其轉化為電量信號；此時，傳感器會將信號處理后即可轉換為電信信號，通過濾波處理電量信號即可實現(xiàn)轉換位標準信號；數(shù)據(jù)采集卡中此時會采集電壓信號，并將電壓信號轉化位處理相對輕松的數(shù)字信號，通過數(shù)據(jù)采集卡驅動程序傳輸?shù)絇C 機上，在LABVIEW 平臺編寫程序完成數(shù)據(jù)采集、信號處理以及回放功能。在整個系統(tǒng)中可以解決數(shù)據(jù)采集卡的測量與輸出控制等問題。

2.2 儀表面板設計

儀表面板設計是對多路重物檢測控制系統(tǒng)，每一路都是重物質量的檢測系統(tǒng)，且每一路設計工作原理相同，所以即可將每一路檢測程序設計為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。（1）DAQ通道，是關于DAQ 卡的通道設置。（2）數(shù)據(jù)采集函數(shù)，主要設置采集電壓信號，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，主要儲存所采集的電壓信號數(shù)據(jù)。（5）平均函數(shù)Mean vi,平均采集數(shù)據(jù)。（6）LED 報警燈，完成發(fā)光報警的作用。（7）Case 結構與蜂蜜器beep vi 組成，完成報警發(fā)光作用。

圖2 多同等質量檢測程序系統(tǒng)框架圖

在設計該系統(tǒng)時即可進行調用，然后進一步完成設計，即可實現(xiàn)設計目的。在這里需要進行四路重物質量檢測系統(tǒng)設計，以虛擬儀器技術為基礎設計多通道質量檢測儀，通過設計多通道質量檢測儀，學生能夠更直觀地觀看到其中變化，從而便于學生理解。

2.3 調式系統(tǒng)以及運行

調試硬件會直接影響數(shù)據(jù)采集卡的采集結果，在該實驗教學中進行的硬件調試只會涉及應變片式電阻傳感器電路中差分電路部分的調零與調整電橋滑動變阻器，這些在傳感器靈敏度檢測時，需要在零位數(shù)值時進行。在設計完程序以及面板代碼后要調式程序，主要是檢測是否存在邏輯錯誤或出現(xiàn)接口設置的錯誤問題。

3 結語

虛擬儀器技術是計算機與測試儀器技術的最新發(fā)展產(chǎn)物，其將計算機軟硬件資源最大化的進行發(fā)揮，并利用軟件模塊與模塊化功完成傳統(tǒng)電壓信號測試功能。其不僅能夠開發(fā)測試控制系統(tǒng)，同時，還可依據(jù)自身實際需求完成自定義功能的設置，從而促使編程更加容易，便于學生理解學習。所以，在進行傳感器檢測技術實驗教學時，將虛擬儀器技術應用其中將會成為未來發(fā)展趨勢，能促使實驗原理更加直觀，并且設計的質量測試系統(tǒng)具有成本低、結構簡單等特點。本文主要分析了虛擬儀器技術的特點以及傳感器檢測實驗教學中存在的問題，探究了虛擬儀器技術在傳感器檢測實驗教學中的實際應用，希望能夠提高該課程的實驗效果。