【正文】 電壓信號(hào)和對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行的頻譜分析圖。（1）1個(gè)輸入型數(shù)值控件：本控件供學(xué)生輸入霍爾式傳感器的靈敏度系數(shù)。 霍爾元件具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、動(dòng)態(tài)特性好和壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn), 它不僅用于磁感應(yīng)強(qiáng)度、 有功功率及電能參數(shù)的測(cè)量, 也在位移測(cè)量中得到廣泛應(yīng)用。 圖18 虛擬實(shí)驗(yàn)室程序框圖 位移測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)原理此系統(tǒng)主要完成三項(xiàng)任務(wù)：第一，將振動(dòng)位移信號(hào)通過(guò)霍爾式位移傳感器轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行頻譜分析。程序框圖如圖14所示。圖12 電流傳感器前面板通過(guò)點(diǎn)擊相應(yīng)的傳感器按鈕，即可瀏覽學(xué)習(xí)對(duì)應(yīng)的傳感器各種技術(shù)參數(shù)。傳感器介紹前面板圖如圖9所示圖9 傳感器介紹前面板圖在應(yīng)變式傳感器介紹中詳細(xì)羅列四種型號(hào)的應(yīng)變式傳感器，分別為GZB2型電阻應(yīng)變式傳感器、BHR4型電阻應(yīng)變式、SXZA型應(yīng)變式雙梁傳感器和SB2型波紋管稱(chēng)重傳感器。主頁(yè)開(kāi)發(fā)平臺(tái)簡(jiǎn)介虛擬實(shí)驗(yàn)室Flash動(dòng)畫(huà)演示傳感器介紹圖6 系統(tǒng)框架圖導(dǎo)學(xué)平臺(tái)系統(tǒng)的主界面如圖7所示。隨著計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷發(fā)展增強(qiáng)了教學(xué)實(shí)驗(yàn)的靈活性與創(chuàng)造性，可以使學(xué)習(xí)者更著眼于實(shí)驗(yàn)原理的理解與學(xué)習(xí)上，而不是操作復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)儀器，使學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)原理的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)自己的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。虛擬儀器以LabVIEW為軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，LabVIEW軟件是美國(guó)NI公司出品的一種虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)工具，是一種圖形化的編程語(yǔ)言，用于快速創(chuàng)建靈活的、可升級(jí)的測(cè)量和控制程序[16]。采用綜合性?xún)x器代表了將來(lái)軍用ATE系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的重大發(fā)展，并且反映出可重復(fù)配置的軟件處于將來(lái)系統(tǒng)的核心地位這一基本轉(zhuǎn)變。此外，如果需要的話，項(xiàng)目既可以與一個(gè)單一的應(yīng)用程序結(jié)合，也可以運(yùn)行在一個(gè)單一的M系列DAQ設(shè)備上。以下是體現(xiàn)虛擬儀器靈活性的例子。傳統(tǒng)儀器和基于軟件的虛擬儀器具有許多相同的結(jié)構(gòu)組件，但是在體系結(jié)構(gòu)原理上完全不同，如圖3所示。得益于NI軟件的靈活性，只需更新您的計(jì)算機(jī)或測(cè)量硬件，就能以最少的硬件投資和極少的、甚至無(wú)需軟件上的升級(jí)即可改進(jìn)您的整個(gè)系統(tǒng)。（4）開(kāi)放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在虛擬儀器所取代的儀器中，最常見(jiàn)的是示波器。頻域分析是數(shù)字信號(hào)處理中最常用、最重要的方法，頻域分析函數(shù)被劃分為兩個(gè)面板，一個(gè)是變換面板，該面板實(shí)現(xiàn)的函數(shù)功能主要有傅里葉變換、小波變換、拉普拉斯變換等，另一個(gè)是譜分析面板，該面板所包含的函數(shù)主要包括功率譜分析、聯(lián)合時(shí)域分析等[6]。但許多生產(chǎn)過(guò)程都具有危險(xiǎn)性，而且作為學(xué)生，目前還沒(méi)有條件到工廠中了解整個(gè)過(guò)程。虛擬儀器是指具有虛擬儀器面板的個(gè)人計(jì)算機(jī)儀器。虛擬儀器作為傳統(tǒng)儀器的替代品，市場(chǎng)容量巨大。從九十年代中期以來(lái)，國(guó)內(nèi)已有部分院校的實(shí)驗(yàn)室引入了虛擬儀器系統(tǒng)：清華大學(xué)、上海復(fù)旦大學(xué)、上海交通大學(xué)、華中理工大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、四川聯(lián)合大學(xué)等。虛擬儀器概念的核心是以計(jì)算機(jī)為儀器的硬件支撐，充分利用計(jì)算機(jī)獨(dú)具的運(yùn)算、存儲(chǔ)、回放、調(diào)用、顯示及文件管理等智能化功能，把傳統(tǒng)儀器的專(zhuān)業(yè)化功能軟件化，使之與計(jì)算機(jī)融為一體，構(gòu)成一臺(tái)從外觀到功能都完全與傳統(tǒng)硬件儀器相同，同時(shí)又充分享用了計(jì)算機(jī)智能資源的全新的儀器系統(tǒng)[2]。本文對(duì)LABVIEW作了簡(jiǎn)要介紹，論述了常見(jiàn)信號(hào)的產(chǎn)生、采集、處理等，重點(diǎn)設(shè)計(jì)了傳感器模塊以及信號(hào)的模擬采集、信號(hào)測(cè)量、頻譜分析、時(shí)域分析和頻域分析等模塊?！冬F(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)》導(dǎo)學(xué)平臺(tái)包括虛擬實(shí)驗(yàn)室、常用傳感器介紹以及傳感器原理FLASH動(dòng)畫(huà)演示。虛擬儀器在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)十分普及。近幾年來(lái)這些學(xué)校在原有的基礎(chǔ)上，又開(kāi)發(fā)了一批新的虛擬儀器系統(tǒng)用于教學(xué)和科研。據(jù)統(tǒng)計(jì)，價(jià)值32億美元[4]。在虛擬儀器系統(tǒng)中，用計(jì)算機(jī)靈活強(qiáng)大的軟件代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器的某些部件，用人的智力資源代替許多物質(zhì)資源，通過(guò)一組軟件和硬件，形成既有普通儀器的基本功能，又有一般儀器所不具備的基礎(chǔ)上形成虛擬儀器實(shí)驗(yàn)室。在這種情況下，過(guò)程控制平臺(tái)的開(kāi)發(fā)就具有了一定的意義，通過(guò)這個(gè)系統(tǒng)，可以讓同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室中通過(guò)操作計(jì)算機(jī)仿真軟件了解整個(gè)過(guò)程，運(yùn)行機(jī)制。2 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具概述 虛擬儀器概述虛擬儀器（virtual instrument）是指通過(guò)應(yīng)用程序?qū)⑼ㄓ糜?jì)算機(jī)與功能化硬件結(jié)合起來(lái)，用戶(hù)可通過(guò)友好的圖形界面來(lái)操作這臺(tái)計(jì)算機(jī)，就像在操作自己定義、自己設(shè)計(jì)的一臺(tái)單個(gè)儀器一樣，從而完成對(duì)被測(cè)試量的采集、分析、判斷、顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等。通過(guò)利用虛擬儀器開(kāi)發(fā)軟件編制出的虛擬儀器程序，用戶(hù)可以調(diào)整數(shù)據(jù)采集板的動(dòng)作，使軟件就像一臺(tái)示波器一樣顯示輸出的波型，同時(shí)虛擬示波器還可以進(jìn)行許多分析工作。虛擬儀器硬件和軟件都制定了開(kāi)放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，因此用戶(hù)可以將儀器的設(shè)計(jì)、使用和管理統(tǒng)一到虛擬儀器標(biāo)準(zhǔn)，使資源的可重復(fù)利用率提高，功能易于擴(kuò)展，管理規(guī)范，生產(chǎn)、維護(hù)和開(kāi)發(fā)費(fèi)用降低。在利用最新科技的時(shí)候，您可以把它們集成到現(xiàn)有的測(cè)量設(shè)備，最終以較少的成本加速產(chǎn)品上市的時(shí)間[9]。圖3 傳統(tǒng)儀器虛擬儀器比較圖資料來(lái)源：[DB/OL]. 每一個(gè)虛擬儀器系統(tǒng)都由兩部分組成：軟件和硬件。 （1） 一個(gè)應(yīng)用，不同的設(shè)備 圖4 在不同設(shè)備上使用同樣的應(yīng)用程序資料來(lái)源：[DB/OL]. 圖4所示的例子中，一位工程師正在實(shí)驗(yàn)室的臺(tái)式計(jì)算機(jī)PCI總線上使用NI LabVIEW和M系列DAQ設(shè)備開(kāi)發(fā)一個(gè)應(yīng)用程序，以創(chuàng)建一個(gè)直流（DC）電壓和溫度測(cè)量應(yīng)用。 虛擬儀器可與傳統(tǒng)儀器完全兼容，無(wú)一例外。基于軟件的測(cè)試系統(tǒng)的成功應(yīng)用，例如綜合性?xún)x器，需要有對(duì)硬件平臺(tái)和市場(chǎng)上軟件工具的理解，以及對(duì)系統(tǒng)級(jí)體系結(jié)構(gòu)和儀器級(jí)體系結(jié)構(gòu)之間區(qū)別的理解。使用NI的LabVIEW，我們可以很方便的采集到實(shí)際信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行分析得出有用信息，然后將測(cè)量結(jié)果通過(guò)直觀化的顯示、報(bào)告和網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)共享?；谔摂M儀器的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)展迅速，虛擬實(shí)驗(yàn)室與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室相比其優(yōu)點(diǎn)顯而易見(jiàn)，提高了教學(xué)實(shí)驗(yàn)水平及學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)效率。圖7 導(dǎo)學(xué)平臺(tái)主界面利用學(xué)校標(biāo)志性建筑——圖書(shū)館作為背景，為我們的導(dǎo)學(xué)平臺(tái)系統(tǒng)增添色彩，點(diǎn)擊“ENTER”鍵即可進(jìn)入相應(yīng)的子系統(tǒng)。壓力式傳感器中主要介紹流體壓力式傳感器和常用的電阻壓力式傳感器，其中詳細(xì)介紹了NCS系列扭矩扳子檢定儀、NBS系列扭矩扳子以及流體壓力式傳感器。系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單方便。圖14 程序框圖4 虛擬實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 虛擬實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)室是本平臺(tái)的核心部分，包括八個(gè)子測(cè)控系統(tǒng)。第二，對(duì)模擬的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析。 圖20 各式霍爾式位移傳感器的工作原理圖圖20給出了各式霍爾式位移傳感器的工作原理圖。（2）1個(gè)選擇型數(shù)值旋鈕：本控件可改變振子的振動(dòng)速度，使振子的振動(dòng)速度由慢到快隨意改變。在振動(dòng)信號(hào)選項(xiàng)卡中即可觀察到振子的位移、速度和加速度的變化和對(duì)其振動(dòng)信號(hào)的頻譜分析圖，并可以讀到估計(jì)頻率峰值。它不需要輔助電源就能把被測(cè)對(duì)象的機(jī)械量轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量的電信號(hào)，是有源傳感器。（1）模擬實(shí)物圖模塊：通過(guò)模糊轉(zhuǎn)速給定給被測(cè)體一個(gè)虛擬轉(zhuǎn)速，可使齒輪的轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)浮動(dòng)，由模擬實(shí)物圖形象的顯示出動(dòng)態(tài)效果。下面對(duì)系統(tǒng)的前面板和程序框圖進(jìn)行具體介紹。（3）示波器的顯示窗口：這部分由四個(gè)波形顯示器構(gòu)成，其中有輸出電壓波形，還有一個(gè)顯示的是經(jīng)過(guò)濾波后的波形圖，另一個(gè)選項(xiàng)卡中的兩個(gè)波形圖是顯示的頻譜分析結(jié)果。此系統(tǒng)就是利用壓電傳感器的測(cè)量原理進(jìn)行設(shè)計(jì)的。（3）波形顯示。對(duì)頻率測(cè)量而言，不可回避的一個(gè)基本問(wèn)題是橫軸的刻度最小值是多少，也就是頻率問(wèn)題。 液位檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)該子VI利用變介質(zhì)電容傳感器的獨(dú)特性質(zhì)，測(cè)量容器的液面變化并用于自動(dòng)控制。 系統(tǒng)程序框圖設(shè)計(jì)本系統(tǒng)程序框圖調(diào)用了幾個(gè)由LabVIEW本身提供了子VI， （主要是功能是產(chǎn)生水箱的水位的變化，并計(jì)算平均值）、（它是一個(gè)新水位的計(jì)數(shù)器和顯示器，新的水位等于原始的水平加上流入水速減流出水速的差乘上運(yùn)行時(shí)間）和Boolean Change (新?tīng)顟B(tài)的子VI，通過(guò)最高水位、現(xiàn)在的水位、最低水位、現(xiàn)在的狀態(tài)產(chǎn)生新?tīng)顟B(tài))。循環(huán)的所有輸入數(shù)據(jù)值都是在進(jìn)入循環(huán)之前被讀取完畢的，循環(huán)開(kāi)始之后不再讀取輸入的數(shù)據(jù)值。（1）2個(gè)數(shù)字輸入控件，用來(lái)輸入線圈匝數(shù)N和氣隙截面積S；（2）1個(gè)波形下拉列表，本控件可以改變施加給振子的激勵(lì)信號(hào)的波形，有方波、正弦波、三角波三種選擇波形，其中默認(rèn)狀態(tài)為關(guān)閉；（3）1個(gè)旋鈕控件，可以輸入力被測(cè)F的大??；結(jié)果顯示區(qū)域包括四個(gè)部分。通過(guò)這兩個(gè)函數(shù)面板上的VI函數(shù)，我們很容易就可以得到需要的壓力信號(hào)。（2）三部分?jǐn)?shù)據(jù)控制按鍵，圖形來(lái)自Control/Modern/Numeric，從上到下分別為：①原始數(shù)據(jù)方框：水箱的原始水位，水箱中的原始水溫。當(dāng)系統(tǒng)為保溫狀態(tài)時(shí)，閥門(mén)關(guān)閉，熱電阻開(kāi)啟維持溫度。在第一次循環(huán)中可以從按鈕端子中讀到最新值，從而可以正確判斷按鈕是否被按下。a （1）式中: F——質(zhì)量塊產(chǎn)生的慣性力； m——質(zhì)量塊的質(zhì)量； a——加速度。輸入不同的質(zhì)量塊的質(zhì)量，可以使力的大小發(fā)生變化，從而可以輸出不同的電荷量。5 結(jié)論 本文所做的主要工作該平臺(tái)的開(kāi)發(fā)也是對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)的一種改革，改變了傳統(tǒng)教學(xué)的知其然不知所以然的弊端，方便教師課堂演示，講解概念，學(xué)生也可在課外通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)室研究不同參數(shù)下系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，提高學(xué)習(xí)的積極性。本設(shè)計(jì)在科研方面更是具有其不可估量的價(jià)值，在檢測(cè)和測(cè)控中，其縮短檢測(cè)周期，簡(jiǎn)化測(cè)控難度。隨著計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷發(fā)展增強(qiáng)了教學(xué)實(shí)驗(yàn)的靈活性與創(chuàng)造性，可以使學(xué)習(xí)者更著眼于實(shí)驗(yàn)原理的理解與學(xué)習(xí)上，而不是操作復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)儀器，使學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)原理的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)自己的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。 Testing Technology。符合專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)要求。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可全天候工作，提高了實(shí)驗(yàn)室的使用效率，降低了實(shí)驗(yàn)成本。 今后進(jìn)一步研究的方向本設(shè)計(jì)在教學(xué)實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用中有著十分廣闊的應(yīng)用前景，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。本文從另外一個(gè)方面——虛擬實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)方面的應(yīng)用開(kāi)展研究。Y值（即彈簧的活動(dòng)范圍），它可以顯示由于力的不同而使彈簧的位移發(fā)生變化，壓電元件的受力發(fā)生變化，使得輸出電量變化。因此，測(cè)得加速度傳感器輸出的電荷便可知加速度的大小。輸出數(shù)據(jù)只有在完全退出循環(huán)后才有效。圖42 水箱溫度檢測(cè)系統(tǒng)前面板 系統(tǒng)程序框圖設(shè)計(jì)本子VI框圖主要是在While循環(huán)中進(jìn)行，其中調(diào)用了幾個(gè)由LabVIEW本身提供了子VI，（主要是功能是產(chǎn)生水箱的水位的變化，并計(jì)算平均值）、（它是一個(gè)新水位的計(jì)數(shù)器和顯