【文章內(nèi)容簡介】 綜合以上兩式可得:（8）令: （9）Ks稱為金屬絲的靈敏系數(shù)，表示金屬絲產(chǎn)生單位應(yīng)變時，電阻相對變化的大小。顯然，Ks越大，單位應(yīng)變引起的電阻相對變化越大，故越靈敏。通常采用電橋電路來將電阻的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化，圖9是一個單臂橋電路，RRR3為固定電阻，R4為電阻應(yīng)變片，U為加載在電橋上的電源電壓，我們考慮它不變，U0為輸出電壓。分析一下U0與R4的關(guān)系。U0UR4R3R2R1 圖29 單臂橋電路通過簡單計算可以得出： (10)假定 時，有: （11） 金屬應(yīng)變片： （12）在實際使用中為了提高靈敏度，常采用等臂電橋，四個應(yīng)變片接成差動的全橋工作方式,使得： （13） 電阻絲（加熱器）焦耳定律： 　　電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻成正比，跟通電時間成正比。這個規(guī)律叫做焦耳定律，它最先是由英國科學(xué)家焦耳發(fā)現(xiàn)的。 焦耳定律可以用如下的公式表示： （14）但是這種公式只適用于純電阻電路，即電流通過導(dǎo)體時，如果電能全部轉(zhuǎn)化為熱，而沒有同時轉(zhuǎn)化成其他形式的能量，那么就是純電阻電路，電流產(chǎn)生的熱量Q就等于消耗的電能W，即 = （15） 簡單的可控恒流電路設(shè)計實驗中我們所用的電阻絲加熱器，需要的電流大約為幾十毫安，基于此，本次實驗本人用運算放大器和三極管設(shè)計了一個恒流電路，見圖210。此電路受輸入電壓控制。圖中V1為電壓源，采用12V供電，V2為輸入電壓，由D/A板輸出，R1為負載R2為控制電阻，根據(jù)集成運放輸入虛短與虛斷的理論，以及三極管在工作區(qū)，集電極電流受基極電流控制，可以很容易的得出，輸出電流I: （16），從安全以及設(shè)計需要，本人用Multisim進行了仿真，Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。關(guān)于Multisim這一模擬電路中經(jīng)常用到的仿真軟件的其他信息，文中不再贅述。仿真結(jié)果見圖213到圖215。圖210 恒流源電路圖211 恒流源仿真運行1圖212 恒流源仿真運行2圖213 恒流源仿真運行3通過仿真可以看到，本恒流源輸出電流基本不受負載變化的影響，并且通過調(diào)節(jié)電阻R2可以在一定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)輸出電流，設(shè)計可行。在測量系統(tǒng)的硬件部分完全搭建好之后，基于dSPACE的固體界面?zhèn)鳠崛詣訙y量系統(tǒng)試驗的開發(fā)步驟主要包括以下幾點：①Matlab/Simulink模型建立以及離線仿真。利用Matlab/Simulink建立仿真對象的數(shù)學(xué)模型，設(shè)計控制方案，并對系統(tǒng)進行離線仿真。②輸入/輸出接口（I/O）的接入生成試驗?zāi)Ｐ?。在Matlab/Simulink中保留需要下載到dSPACE中的模塊，從RTI庫中選擇實時控制所需要的的I/O模塊，用硬件接口關(guān)系替代原理的邏輯連接關(guān)系，并對I/O參數(shù)進行設(shè)置，在一些情況下還需要設(shè)置軟硬件中斷優(yōu)先級。③利用RTW和dSPACE提供的工具自動生成代碼并下載。由于MATLAB與dSPACE無縫連接的特性，因此只需簡單的操作即可完成目標操作系統(tǒng)的實時C代碼的生成、編譯、鏈接和下載，將模型下載為目標板DS1103上可運行的程序。④dSPACE綜合實驗和調(diào)試。利用dSPACE提供的ControlDesk軟件，對實時運算數(shù)據(jù)進行獲取、改變參數(shù)并進行實時控制等。圖31顯示了基于dSPACE的固體界面?zhèn)鳠嶙詣訙y量系統(tǒng)開發(fā)流程。圖31 基于dSPACE的固體界面?zhèn)鳠嶙詣訙y量系統(tǒng)開發(fā)流程 Matlab簡單介紹圖32 本次實驗中本人所用Matlab R2011a（1）Matlab產(chǎn)生的歷史背景在20世紀70年代中期，Cleve Moler博士和其同事在美國國家科學(xué)基金的資助下開發(fā)了調(diào)用EISPACK和LINPACK的FORTRAN子程序庫。EISPACK是特征值求解的FORTRAN程序庫，LINPACK是解線性方程的程序庫。在當(dāng)時，這兩個程序庫代表矩陣運算的最高水平。到20世紀70年代后期，身為美國New Mexico大學(xué)計算機系系主任的Cleve Moler，在給學(xué)生講授線性代數(shù)課程時，想教學(xué)生使用EISPACK和LINPACK程序庫，但他發(fā)現(xiàn)學(xué)生用FORTRAN編寫接口程序很費時間，于是他開始自己動手，利用業(yè)余時間為學(xué)生編寫EISPACK和LINPACK的接口程序。Cleve Moler給這個接口程序取名為MATLAB，該名為矩陣（matrix）和實驗室（laboratory）兩個英文單詞的前三個字母的組合。在以后的數(shù)年里，MATLAB在多所大學(xué)里作為教學(xué)輔助軟件使用，并作為面向大眾的免費軟件廣為流傳。1984年，Cleve Moler和 John Lithe成立了MathWorks公司，正式把MATLAB推向市場，并繼續(xù)進行MATLAB的研究和開發(fā)。在當(dāng)今30多個數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中，就軟件數(shù)學(xué)處理的原始內(nèi)核而言，可分為兩大類。一類是數(shù)值計算型軟件，如 MATLAB、Xmath、Gauss等，這類軟件長于數(shù)值計算，對處理大批數(shù)據(jù)效率高；另一類是數(shù)學(xué)分析型軟件，如Mathematica、Maple等，這類軟件以符號計算見長，能給出解析解和任意精度解，其缺點是處理大量數(shù)據(jù)時效率較低。MathWorks公司順應(yīng)多功能需求之潮流，在其卓越數(shù)值計算和圖示能力的基礎(chǔ)上，又率先在專業(yè)水平上開拓了其符號計算、文字處理、可視化建模和實時控制能力，開發(fā)了適合多學(xué)科、多部門要求的新一代科技應(yīng)用軟件MATLAB。經(jīng)過多年的國際競爭，MATLAB 已經(jīng)占據(jù)了數(shù)值型軟件市場的主導(dǎo)地位。時至今日，經(jīng)過Math Works公司的不斷完善，MATLAB已經(jīng)發(fā)展成為適合多學(xué)科、多種工作平臺的功能強勁的大型軟件。在國外，MATLAB已經(jīng)經(jīng)受了多年考驗。在歐美等高校，MATLAB已經(jīng)成為線性代數(shù)、自動控制理論、數(shù)理統(tǒng)計、數(shù)字信號處理、時間序列分析、動態(tài)系統(tǒng)仿真等高級課程的基本教學(xué)工具；成為攻讀學(xué)位的大學(xué)生、碩士生、博士生必須掌握的基本技能。在設(shè)計研究單位和工業(yè)部門，MATLAB被廣泛用于科學(xué)研究和解決各種具體問題。（2） MATLAB的語言特點①語言簡潔緊湊，使用方便靈活，庫函數(shù)極其豐富。MATLAB程序書寫形式自由，利用其豐富的庫函數(shù)避開繁雜的子程序編程任務(wù)，壓縮了一切不必要的編程工作。由于庫函數(shù)都由本領(lǐng)域的專家編寫，用戶不必擔(dān)心函數(shù)的可靠性。可以說，用MATLAB進行科技開發(fā)是站在專家的肩膀上。②運算符豐富。由于MATLAB是用C語言編寫的，MATLAB提供了和C語言幾乎一樣多的運算符，靈活使用MATLAB的運算符將使程序變得極為簡短，具體運算符見附表。③MATLAB既具有結(jié)構(gòu)化的控制語句（如for循環(huán)、while循環(huán)、break語句和if語句），又有面向?qū)ο缶幊痰奶匦?。④語法限制不嚴格，程序設(shè)計自由度大。例如，在MATLAB里，用戶無需對矩陣預(yù)定義就可使用。⑤程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各種型號的計算機和操作系統(tǒng)上運行。⑥MATLAB的圖形功能強大。在FORTRAN和C語言里，繪圖都很不容易，但在MATLAB里，數(shù)據(jù)的可視化非常簡單。MATLAB還具有較強的編輯圖形界面的能力。⑦MATLAB的缺點是，它和其他高級程序相比，程序的執(zhí)行速度較慢。由于MATLAB的程序不用編譯等預(yù)處理，也不生成可執(zhí)行文件，程序為解釋執(zhí)行，所以速度較慢。⑧功能強勁的工具箱是MATLAB的另一重大特色。MATLAB包含兩個部分：核心部分和各種可選的工具箱。核心部分中有數(shù)百個核心內(nèi)部函數(shù)。其工具箱又可分為兩類：功能性工具箱和學(xué)科性工具箱。功能性工具箱主要用來擴充其符號計算功能、圖示建模仿真功能、文字處理功能以及與硬件實時交互功能。功能性工具箱能用于多種學(xué)科。而學(xué)科性工具箱是專業(yè)性比較強的，如c