【正文】 和極少的、甚至無需軟件上的升級即可改進您的整個系統(tǒng)。以下是體現(xiàn)虛擬儀器靈活性的例子。采用綜合性儀器代表了將來軍用ATE系統(tǒng)標準和規(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系統(tǒng)的核心地位這一基本轉(zhuǎn)變。隨著計算機多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)及虛擬現(xiàn)實技術(shù)的不斷發(fā)展增強了教學(xué)實驗的靈活性與創(chuàng)造性，可以使學(xué)習(xí)者更著眼于實驗原理的理解與學(xué)習(xí)上，而不是操作復(fù)雜的現(xiàn)場儀器，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)計自己的實驗系統(tǒng)。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羅列四種型號的應(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型波紋管稱重傳感器。程序框圖如圖14所示。 霍爾元件具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、動態(tài)特性好和壽命長的優(yōu)點, 它不僅用于磁感應(yīng)強度、 有功功率及電能參數(shù)的測量, 也在位移測量中得到廣泛應(yīng)用。此時，在電壓信號選項卡中則可以觀察到經(jīng)由霍爾位移傳感器轉(zhuǎn)化而得的電壓信號和對電壓信號進行的頻譜分析圖。 系統(tǒng)的前面板設(shè)計系統(tǒng)由四部分組成。結(jié)果顯示有物體的厚度和經(jīng)過傳感器測量后的輸出電壓。這部分包括輸入信號類型，頻率，偏置，相位，白噪聲等參數(shù)的設(shè)置，通過改變這些參數(shù)可以仿真常見信號的輸出波形。各示波器也會相應(yīng)的輸出頻譜分析，結(jié)果分析等波形圖。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。（3）信號產(chǎn)生部分：LabVIEW有兩個信號發(fā)生函數(shù)面板，其中波形生成用于產(chǎn)生波形數(shù)據(jù)類型表示的波形信號，信號生成用于產(chǎn)生一維數(shù)組表示的波形信號。當系統(tǒng)為供應(yīng)狀態(tài)時，閥門打開，往水箱內(nèi)加水，加入的水溫比水箱的溫度要低，所以水箱溫度曲線下降，這時熱電阻被開啟加熱，水溫慢慢達到水箱設(shè)定溫度，停止加熱，放出熱水，然后再注入冷水加熱供應(yīng)，這是個不斷循環(huán)的過程。 圖45 壓電式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)圖 當加速度傳感器和被測物一起受到?jīng)_擊振動時，壓電元件受質(zhì)量塊慣性力的作用, 根據(jù)牛頓第二定律，此慣性力是加速度的函數(shù)，即 F=m產(chǎn)生的隨機變量通過選擇結(jié)構(gòu)和一定的計算可以產(chǎn)生信號的幅值，根據(jù)幅值變化的大小和輸入頻率的大小可以調(diào)節(jié)彈簧的變化范圍，得到輸出的位移，一些參量的變化通過幅值和電平測量函數(shù)，得到運動體的加速度，然后在由物體質(zhì)量，根據(jù)壓電加速度傳感器的原理，可以得到輸出電量的大小，從而可以得到加速度的值。（3）虛擬實驗室為教學(xué)實驗提供了無限的靈活性與創(chuàng)造性。 設(shè)計將虛擬儀器技術(shù)引入實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，研制了基于LabVIEW《現(xiàn)代檢測技術(shù)》導(dǎo)學(xué)平臺，包括虛擬實驗室、常用傳感器介紹以及傳給器原理FLASH動畫演示四個子系統(tǒng)。（1）實驗室可根據(jù)需要靈活定義實驗儀器的功能虛擬儀器所實現(xiàn)的測控儀器的各種功能可由用戶根據(jù)需要自行定義與擴展。（3）示波器的顯示窗口：一個顯示施加外力的變化。圖44 系統(tǒng)程序框圖 加速度測控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 系統(tǒng)原理本系統(tǒng)是根據(jù)壓電式傳感器的基本原理設(shè)計而成。這里對流入水箱中水的基本情況進行設(shè)定，以便于對水箱進行控制。此時，在電壓信號波形圖中則可以觀察到經(jīng)由電感壓力傳感器轉(zhuǎn)化而得的電壓信號和力F波形圖表中看到力F大小變化情況，同時，結(jié)果顯示區(qū)域的表盤和數(shù)字也相應(yīng)顯示，即可讀出力F大小。圖35 水位變化子VI表1 水位變化子VI說明參數(shù)說明New ValueQueue Size新的數(shù)值隊列長度圖36 水位子VI表2 水位子VI說明參數(shù)說明Elapsed TimeMass Flow RateInitial LevelNew Level運行時間最大流入速率原始水位新的水位圖37 狀態(tài)改變子VI表3 水位子VI說明參數(shù)說明High LimitCurrent ValueLow LimitCurrent State最高限制當前數(shù)值最低限制當前狀態(tài)程序運行過程：這個程序主體是在While循環(huán)下進行的。因此可以用各種方法加以調(diào)整，比如能量矩平衡法，比例法，多項式逼近法等。（1）傳感器模擬圖。當輸入物體厚度的時候。其結(jié)構(gòu)主要由鋼制圓形外殼制成， 里面用鋁支架將圓柱形永久磁鐵與外殼固定成一體，永久磁鐵中間有一小孔，穿過小孔的芯軸兩端架起線圈和阻尼環(huán)，芯軸兩端通過圓形膜片支撐架空且與外殼相連。在電壓信號選項卡中有2個輸出顯示型圖形控件，用于顯示由霍爾式位移傳感器采集到的電壓信號波形圖和對電壓信號進行頻譜分析的波形圖，電壓信號圖附帶的數(shù)值顯示控件顯示出電壓信號的有效值；在振動信號選項卡中有3個輸出顯示型圖形控件和4個輸出顯示型數(shù)值控件，3個輸出顯示型圖形控件用于顯示振動信號，對振動信號進行頻譜分析的波形圖以及對振動信號的位移、速度、加速度信號分析波形圖，4個輸出顯示型數(shù)值控件分別用于顯示在不同時刻位移、速度、加速度和估計頻率峰值的數(shù)值。頻譜分析導(dǎo)數(shù)導(dǎo)數(shù)電壓信號頻譜分析振動信號加速度速度位移圖19 霍爾式傳感器測試系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) 霍爾式傳感器原理介紹霍爾式傳感器是基于霍爾效應(yīng)的一種傳感器。選擇ActiveX對象如圖13所示。“虛擬實驗室”是導(dǎo)學(xué)平臺的核心，將在下一章詳細介紹其設(shè)計原理。用戶只需修改程序，就可不斷定義、擴展或增強系統(tǒng)的測控功能。儀器驅(qū)動提供了一套函數(shù)和儀器接口，每一個儀器驅(qū)動都專為儀器某一特定的模型而設(shè)計，從而為它獨特的性能提供接口[13]。 不使用廠商定義的、預(yù)封裝好的軟件和硬件，工程師和科學(xué)家獲得了最大的用戶定義的靈活性。此外，用基于軟件體系結(jié)構(gòu)的虛擬儀器代替基于硬件體系結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)儀器，還可以大大節(jié)約儀器購買和維護費用[7]。圖1 虛擬儀器系統(tǒng)資料來源：[DB/OL].. 虛擬儀器的功能及特點虛擬儀器利用個人計算機強大的圖形環(huán)境和在線幫助功能，建立虛擬儀器面板，完成對儀器的控制，數(shù)據(jù)分析與顯示，代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器，改變傳統(tǒng)儀器的使用方式，提高儀器的功能和使用效率，大幅度降低儀器價格，使用戶可以根據(jù)自己的需要定義儀器的功能。首先，在一臺計算機上就可以實現(xiàn)諸如示波器、函數(shù)發(fā)生器、電壓表、頻譜分析儀器的功能，大大節(jié)約了儀器成本。此外，國內(nèi)已有幾家企業(yè)正在研制基于PC的虛擬儀器。關(guān)鍵詞：虛擬儀器；LabVIEW；檢測技術(shù)；傳感器技術(shù) 1 導(dǎo)言 現(xiàn)代檢測技術(shù)的現(xiàn)狀和未來隨著計算機技術(shù)和現(xiàn)代測試技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代檢測系統(tǒng)越來越復(fù)雜，需要測試的數(shù)據(jù)量也越來越大，對測試的速度、精度、實時性、數(shù)據(jù)可信度、完整性以及測試系統(tǒng)的可靠性、智能化、開放性等的要求也越來越高。因此傳統(tǒng)的儀器測量和智能化的儀器已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代測量技術(shù)的需要，虛擬儀器技術(shù)突破了傳統(tǒng)儀器的局限。隨著微型計算機的發(fā)展，虛擬儀器將會逐步取代傳統(tǒng)的測試儀器而成為測試儀器的主流[3]。其次，傳統(tǒng)儀器維護費用高，需要耗費大量的人力物力。虛擬儀器廣泛應(yīng)用于電子測量、電力工程、醫(yī)療、溫度檢測、振動分析、聲學(xué)分析、故障診斷用教學(xué)科研等諸多領(lǐng)域。 虛擬儀器技術(shù)的四大優(yōu)勢 （1）性能高虛擬儀器技術(shù)是在PC技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，所以完全“繼承”了以現(xiàn)成即用的PC技術(shù)為主導(dǎo)的最新商業(yè)技術(shù)的優(yōu)點，包括功能超卓的處理器和文件I/O，使您在數(shù)據(jù)高速導(dǎo)入磁盤的同時就能實時地進行復(fù)雜的分析[8]。傳統(tǒng)儀器把所有軟件和測量電路封裝在一起，并利用儀器前面板為用戶提供一組有限的功能。 自動測試工業(yè)中一個基本的趨勢就是向基于軟件的測試系統(tǒng)的重大轉(zhuǎn)變[14]。目前，我國高檔臺式儀器，如數(shù)字示波器、頻譜分析儀、邏輯分析儀等設(shè)備還主要依靠進口，這些儀器加工工藝復(fù)雜，制造水平要求高，而采用虛擬儀器技術(shù)可以通過只采購?fù)ㄓ脙x器硬件來設(shè)計高性價比的儀器系統(tǒng)[17]。 開發(fā)平臺簡介系統(tǒng)設(shè)計，簡單的編程技巧舉例——加法器的設(shè)計，基本構(gòu)成，前面板和程序框圖的設(shè)計。圖13 選擇ActiveX對象圖程序框圖設(shè)計中，通過ActiveX選板中的“打開自動化”模塊控制Shockwave Flash Object對象的movie屬性節(jié)點，然后把數(shù)據(jù)流傳輸?shù)秸{(diào)用節(jié)點Play、Back、Stop節(jié)點。1879年美國物理學(xué)家霍爾首先在金屬材料中發(fā)現(xiàn)了霍爾效應(yīng), 但由于金屬材料的霍爾效應(yīng)太弱而沒有得到應(yīng)用。（5）1個開關(guān)控制按鈕。 工作時，傳感器與被測物體剛性連接，當物體振動時，傳感器外殼和永久磁鐵隨之振動，而架空的芯軸、線圈和阻尼環(huán)因慣性而不隨之振動。會在圖片控件中顯示物體厚度，并隨著輸入厚度的數(shù)量改變而改變。三個滑動桿用于設(shè)置壓電晶片長、寬、厚度，在色彩設(shè)置中，通過不同的顏色變換，可以清晰地看到壓電晶片的安裝位置。、頻譜單位轉(zhuǎn)換、功率與頻率估值等函數(shù)進行編程，從而實現(xiàn)波形分析。我們可以在框圖下亮點運行，其中的過程清晰可看，首先是從各個控制器（Control）中讀入被控信息。 系統(tǒng)的程序框圖設(shè)計該系統(tǒng)程序框圖由四部分組成。 （3）示波器的圖形顯示窗口：水箱水位變化曲線、水箱水溫變化曲線。 壓電式加速度傳感器圖45是一種壓電式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)圖。另外一個窗口顯示彈簧位移的變動情況。用戶只需修改程序，就可不斷定義、擴展或增強系統(tǒng)的測控功能。該系統(tǒng)已成功運用于《過程檢測與儀表》課程開放實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，收到良好的成效。（2）虛擬儀器面板體現(xiàn)“軟件就是儀器”的概念虛擬儀器面板控件的外形與實物相似，一個優(yōu)秀的虛擬儀器面板可以使用戶對儀器的學(xué)習(xí)、使用的時間大大縮短，減少因傳統(tǒng)儀器使用上的復(fù)雜性而引起的認讀與操作上的錯誤，從而提高操作的正確性和便捷性，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣與主動性。圖47 加速度測控系統(tǒng)程序框圖當輸入信號時，由選擇結(jié)構(gòu)選擇輸出那種類型的信號，通過選擇結(jié)構(gòu)可以選擇正弦波、方波和三角波。整個部件裝在外殼內(nèi)，并用螺栓加以固定。（4）兩個程序控制鍵，一為水箱的供應(yīng)和保溫轉(zhuǎn)換按鈕，另一為返回按鈕。（2）測量轉(zhuǎn)換電路：根據(jù)電感式傳感器的測量電路，利用LabVIEW提供的數(shù)學(xué)函數(shù)實現(xiàn)壓力到電信號的轉(zhuǎn)換。在圖38中的STOP按鈕位于循環(huán)內(nèi)部，并以此作為循環(huán)結(jié)束的條件。圖33 振動測控系統(tǒng)主程序框圖 振動測控系統(tǒng)的實現(xiàn)當力施加在懸臂梁上時，電容元件的電量變化通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)變成電壓輸出，電壓變化的大小反映了施加力的大小。（2）波形參數(shù)設(shè)置。例如電壓值的設(shè)置，噪聲、頻率的設(shè)置。該傳感器測量的是振動速度參數(shù)，若在測量電路中接入積分電路，則輸出電勢與位移