【正文】 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)。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(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。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)。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型波紋管稱重傳感器。程序框圖如圖14所示。 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。此時(shí)，在電壓信號(hào)選項(xiàng)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(hào)和對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行的頻譜分析圖。 系統(tǒng)的前面板設(shè)計(jì)系統(tǒng)由四部分組成。結(jié)果顯示有物體的厚度和經(jīng)過(guò)傳感器測(cè)量后的輸出電壓。這部分包括輸入信號(hào)類型，頻率，偏置，相位，白噪聲等參數(shù)的設(shè)置，通過(guò)改變這些參數(shù)可以仿真常見(jiàn)信號(hào)的輸出波形。各示波器也會(huì)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(hào)產(chǎn)生部分：LabVIEW有兩個(gè)信號(hào)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(hào)，信號(hào)生成用于產(chǎn)生一維數(shù)組表示的波形信號(hào)。當(dāng)系統(tǒng)為供應(yīng)狀態(tài)時(shí)，閥門打開(kāi)，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(shí)熱電阻被開(kāi)啟加熱，水溫慢慢達(dá)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(gè)不斷循環(huán)的過(guò)程。 圖45 壓電式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)圖 當(dāng)加速度傳感器和被測(cè)物一起受到?jīng)_擊振動(dòng)時(shí)，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(jī)變量通過(guò)選擇結(jié)構(gòu)和一定的計(jì)算可以產(chǎn)生信號(hào)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(guò)幅值和電平測(cè)量函數(shù)，得到運(yùn)動(dòng)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(shí)驗(yàn)室為教學(xué)實(shí)驗(yàn)提供了無(wú)限的靈活性與創(chuàng)造性。 設(shè)計(jì)將虛擬儀器技術(shù)引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，研制了基于LabVIEW《現(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給器原理FLASH動(dòng)畫演示四個(gè)子系統(tǒng)。（1）實(shí)驗(yàn)室可根據(jù)需要靈活定義實(shí)驗(yàn)儀器的功能虛擬儀器所實(shí)現(xiàn)的測(cè)控儀器的各種功能可由用戶根據(jù)需要自行定義與擴(kuò)展。（3）示波器的顯示窗口：一個(gè)顯示施加外力的變化。圖44 系統(tǒng)程序框圖 加速度測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)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(jì)而成。這里對(duì)流入水箱中水的基本情況進(jìn)行設(shè)定，以便于對(duì)水箱進(jìn)行控制。此時(shí)，在電壓信號(hào)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(hào)和力F波形圖表中看到力F大小變化情況，同時(shí)，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(shuō)明參數(shù)說(shuō)明New ValueQueue Size新的數(shù)值隊(duì)列長(zhǎng)度圖36 水位子VI表2 水位子VI說(shuō)明參數(shù)說(shuō)明Elapsed TimeMass Flow RateInitial LevelNew Level運(yùn)行時(shí)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(shuō)明參數(shù)說(shuō)明High LimitCurrent ValueLow LimitCurrent State最高限制當(dāng)前數(shù)值最低限制當(dāng)前狀態(tài)程序運(yùn)行過(guò)程：這個(gè)程序主體是在While循環(huán)下進(jìn)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(xiàng)式逼近法等。（1）傳感器模擬圖。當(dāng)輸入物體厚度的時(shí)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(guò)小孔的芯軸兩端架起線圈和阻尼環(huán)，芯軸兩端通過(guò)圓形膜片支撐架空且與外殼相連。在電壓信號(hào)選項(xiàng)卡中有2個(gè)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(hào)波形圖和對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行頻譜分析的波形圖，電壓信號(hào)圖附帶的數(shù)值顯示控件顯示出電壓信號(hào)的有效值；在振動(dòng)信號(hào)選項(xiàng)卡中有3個(gè)輸出顯示型圖形控件和4個(gè)輸出顯示型數(shù)值控件，3個(gè)輸出顯示型圖形控件用于顯示振動(dòng)信號(hào)，對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析的波形圖以及對(duì)振動(dòng)信號(hào)的位移、速度、加速度信號(hào)分析波形圖，4個(gè)輸出顯示型數(shù)值控件分別用于顯示在不同時(shí)刻位移、速度、加速度和估計(jì)頻率峰值的數(shù)值。頻譜分析導(dǎo)數(shù)導(dǎo)數(shù)電壓信號(hào)頻譜分析振動(dòng)信號(hào)加速度速度位移圖19 霍爾式傳感器測(cè)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(duì)象如圖13所示?！疤摂M實(shí)驗(yàn)室”是導(dǎo)學(xué)平臺(tái)的核心，將在下一章詳細(xì)介紹其設(shè)計(jì)原理。用戶只需修改程序，就可不斷定義、擴(kuò)展或增強(qiáng)系統(tǒng)的測(cè)控功能。儀器驅(qū)動(dòng)提供了一套函數(shù)和儀器接口，每一個(gè)儀器驅(qū)動(dòng)都專為儀器某一特定的模型而設(shè)計(jì)，從而為它獨(dú)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(gòu)買和維護(hù)費(fèi)用[7]。圖1 虛擬儀器系統(tǒng)資料來(lái)源：[DB/OL].. 虛擬儀器的功能及特點(diǎn)虛擬儀器利用個(gè)人計(jì)算機(jī)強(qiáng)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(duì)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(jià)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(tái)計(jì)算機(jī)上就可以實(shí)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(guó)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(cè)技術(shù)；傳感器技術(shù) 1 導(dǎo)言 現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀和未來(lái)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，需要測(cè)試的數(shù)據(jù)量也越來(lái)越大，對(duì)測(cè)試的速度、精度、實(shí)時(shí)性、數(shù)據(jù)可信度、完整性以及測(cè)試系統(tǒng)的可靠性、智能化、開(kāi)放性等的要求也越來(lái)越高。因此傳統(tǒng)的儀器測(cè)量和智能化的儀器已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代測(cè)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(jì)算機(jī)的發(fā)展，虛擬儀器將會(huì)逐步取代傳統(tǒng)的測(cè)試儀器而成為測(cè)試儀器的主流[3]。其次，傳統(tǒng)儀器維護(hù)費(fèi)用高，需要耗費(fèi)大量的人力物力。虛擬儀器廣泛應(yīng)用于電子測(cè)量、電力工程、醫(yī)療、溫度檢測(cè)、振動(dòng)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(shì) （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(lái)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(diǎn)，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(shí)就能實(shí)時(shí)地進(jìn)行復(fù)雜的分析[8]。傳統(tǒng)儀器把所有軟件和測(cè)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(dòng)測(cè)試工業(yè)中一個(gè)基本的趨勢(shì)就是向基于軟件的測(cè)試系統(tǒng)的重大轉(zhuǎn)變[14]。目前，我國(guó)高檔臺(tái)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(jìn)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(guò)只采購(gòu)?fù)ㄓ脙x器硬件來(lái)設(shè)計(jì)高性價(jià)比的儀器系統(tǒng)[17]。 開(kāi)發(fā)平臺(tái)簡(jiǎn)介系統(tǒng)設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)單的編程技巧舉例——加法器的設(shè)計(jì)，基本構(gòu)成，前面板和程序框圖的設(shè)計(jì)。圖13 選擇ActiveX對(duì)象圖程序框圖設(shè)計(jì)中，通過(guò)ActiveX選板中的“打開(kāi)自動(dòng)化”模塊控制Shockwave Flash Object對(duì)象的movie屬性節(jié)點(diǎn)，然后把數(shù)據(jù)流傳輸?shù)秸{(diào)用節(jié)點(diǎn)Play、Back、Stop節(jié)點(diǎn)。1879年美國(guó)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(méi)有得到應(yīng)用。（5）1個(gè)開(kāi)關(guān)控制按鈕。 工作時(shí)，傳感器與被測(cè)物體剛性連接，當(dāng)物體振動(dòng)時(shí)，傳感器外殼和永久磁鐵隨之振動(dòng)，而架空的芯軸、線圈和阻尼環(huán)因慣性而不隨之振動(dòng)。會(huì)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(gè)滑動(dòng)桿用于設(shè)置壓電晶片長(zhǎng)、寬、厚度，在色彩設(shè)置中，通過(guò)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(jìn)行編程，從而實(shí)現(xiàn)波形分析。我們可以在框圖下亮點(diǎn)運(yùn)行，其中的過(guò)程清晰可看，首先是從各個(gè)控制器（Control）中讀入被控信息。 系統(tǒng)的程序框圖設(shè)計(jì)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(gè)窗口顯示彈簧位移的變動(dòng)情況。用戶只需修改程序，就可不斷定義、擴(kuò)展或增強(qiáng)系統(tǒng)的測(cè)控功能。該系統(tǒng)已成功運(yùn)用于《過(guò)程檢測(cè)與儀表》課程開(kāi)放實(shí)驗(yàn)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(shí)物相似，一個(gè)優(yōu)秀的虛擬儀器面板可以使用戶對(duì)儀器的學(xué)習(xí)、使用的時(shí)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(rèn)讀與操作上的錯(cuò)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(dòng)性。圖47 加速度測(cè)控系統(tǒng)程序框圖當(dāng)輸入信號(hào)時(shí)，由選擇結(jié)構(gòu)選擇輸出那種類型的信號(hào)，通過(guò)選擇結(jié)構(gòu)可以選擇正弦波、方波和三角波。整個(gè)部件裝在外殼內(nèi)，并用螺栓加以固定。（4）兩個(gè)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(cè)量轉(zhuǎn)換電路：根據(jù)電感式傳感器的測(cè)量電路，利用LabVIEW提供的數(shù)學(xué)函數(shù)實(shí)現(xiàn)壓力到電信號(hào)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(dòng)測(cè)控系統(tǒng)主程序框圖 振動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)當(dāng)力施加在懸臂梁上時(shí)，電容元件的電量變化通過(guò)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(cè)量的是振動(dòng)速度參數(shù)，若在測(cè)量電路中接入積分電路，則輸出電勢(shì)與位移