【正文】 提供了子VI， （主要是功能是產(chǎn)生水箱的水位的變化，并計算平均值）、（它是一個新水位的計數(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行時間）和Boolean Change (新狀態(tài)的子VI，通過最高水位、現(xiàn)在的水位、最低水位、現(xiàn)在的狀態(tài)產(chǎn)生新狀態(tài))。（4）虛擬示波器和結(jié)果顯示：虛擬示波器顯示出電壓波形以及濾波后的波形。（2）水箱參數(shù)設(shè)置：水箱參數(shù)為原始水量、最高水位、最低水位、流入速率、循環(huán)周期。系統(tǒng)前面板如圖34所示。 液位檢測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)該子VI利用變介質(zhì)電容傳感器的獨特性質(zhì)，測量容器的液面變化并用于自動控制。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(dāng)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。、頻譜單位轉(zhuǎn)換、功率與頻率估值等函數(shù)進(jìn)行編程，從而實現(xiàn)波形分析。若信號頻率為，每周期約采10個樣本，共采10個周期，那么顯然這個分辨率太低了。對頻率測量而言，不可回避的一個基本問題是橫軸的刻度最小值是多少，也就是頻率問題。實際信號的輸入用結(jié)構(gòu)條件函數(shù)實現(xiàn)，結(jié)構(gòu)條件函數(shù)可設(shè)置多個子框圖，每個子框圖都有自己的序號，執(zhí)行該函數(shù)時，可由信號類型這個下拉列表控件實現(xiàn)輸入多種波形，如正弦波，方波，三角波等波形。其中懸臂梁上的壓電介質(zhì)材料的電容和懸臂梁上施加的力用數(shù)值常量或數(shù)值輸入控件進(jìn)行設(shè)置。 程序設(shè)計中，首先介紹實物模擬圖的程序設(shè)計原理。（3）波形顯示。（2）波形參數(shù)設(shè)置。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。圖30 振動測控系統(tǒng)前面板圖本系統(tǒng)由三部分組成。此系統(tǒng)就是利用壓電傳感器的測量原理進(jìn)行設(shè)計的。通過材料受力形變作用形變時，其表面會有電荷產(chǎn)生而實現(xiàn)非電量測量。產(chǎn)生的數(shù)值在經(jīng)過幅值和電平的測量函數(shù)，得到濾波后的波形圖，輸入的電壓、頻率、噪聲幅值得到仿真信號。圖29 厚度測控系統(tǒng)程序框圖程序運行過程：本程序主要為兩層while循環(huán)結(jié)構(gòu)，其中還用到選擇結(jié)構(gòu)，通過隨機變量的輸入和一定的計算產(chǎn)生物體厚度的連續(xù)變化。（3）示波器的顯示窗口：這部分由四個波形顯示器構(gòu)成，其中有輸出電壓波形，還有一個顯示的是經(jīng)過濾波后的波形圖，另一個選項卡中的兩個波形圖是顯示的頻譜分析結(jié)果。例如電壓值的設(shè)置，噪聲、頻率的設(shè)置。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。（1）原理示意圖：本部分主要為圖片控件，顯示運行時的動態(tài)效果，傳感器在實際工作時的原理示意圖。下面對系統(tǒng)的前面板和程序框圖進(jìn)行具體介紹。圖25 實物圖子程序框圖圖26 信號處理子程序框圖圖27 測速系統(tǒng)完整程序框圖 厚度測控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)本系統(tǒng)根據(jù)低頻透射式電渦流傳感器基本原理設(shè)計而成。系統(tǒng)前面板如圖24所示。（3）圖形顯示面板：有電壓信號、振動信號和結(jié)果顯示。（1）模擬實物圖模塊：通過模糊轉(zhuǎn)速給定給被測體一個虛擬轉(zhuǎn)速，可使齒輪的轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)浮動，由模擬實物圖形象的顯示出動態(tài)效果。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，則輸出電勢與位移成正比；若在測量電路中接入微分電路，則其輸出與加速度成正比[20]。 工作時，傳感器與被測物體剛性連接，當(dāng)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。 圖23是動圈式振動速度傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。它不需要輔助電源就能把被測對象的機械量轉(zhuǎn)換成易于測量的電信號，是有源傳感器。通過對電路頻率的測量而得到齒輪的實際轉(zhuǎn)速。圖22 位移測控系統(tǒng)程序設(shè)計圖 轉(zhuǎn)速測控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 系統(tǒng)原理該系統(tǒng)是利用磁電感應(yīng)式傳感器原理設(shè)計而成，齒輪的轉(zhuǎn)動使氣隙磁阻產(chǎn)生周期性變化，從而引起磁路中磁通的變化，使磁電感應(yīng)式傳感器線圈內(nèi)產(chǎn)生周期性變化的感應(yīng)電動勢。其后的信號處理模塊，、幅頻分析和相頻分析模塊實現(xiàn)。在振動信號選項卡中即可觀察到振子的位移、速度和加速度的變化和對其振動信號的頻譜分析圖，并可以讀到估計頻率峰值。通過過程控制平臺的鏈接，轉(zhuǎn)到此系統(tǒng)的前面板，此時激勵波形為關(guān)閉狀態(tài)，各顯示圖形控件中無波形輸出，選擇需要的激勵波形，在靈敏度系數(shù)選項中輸入一定數(shù)值，并調(diào)節(jié)到一定的振動速度，此時模擬信號將給振子一個激勵，使振子不斷振蕩起來。（5）1個開關(guān)控制按鈕。（4）1個選項卡控件：本控件分為振動信號和電壓信號兩個選項卡。（2）1個選擇型數(shù)值旋鈕：本控件可改變振子的振動速度，使振子的振動速度由慢到快隨意改變。圖21 位移測控系統(tǒng)前面板圖由圖可知，本系統(tǒng)包含5個功能模塊。 系統(tǒng)前面板設(shè)計通過對霍爾式位移傳感器的模擬，產(chǎn)生仿真信號給位移測控系統(tǒng)。由于磁鐵中間的磁感應(yīng)強度B=0，因此霍爾元件輸出的霍爾電勢UH也等于零，此時位移Δx=0。 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。 霍爾式傳感器廣泛用于電磁測量、壓力、加速度、振動等方面的測量。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。軟件流程如圖19所示。第二，對模擬的振動信號進(jìn)行頻譜分析。圖17 子VI的節(jié)點設(shè)置圖程序框圖中，通過一個選擇結(jié)構(gòu)來確定調(diào)用子VI與否，點擊每個圖像按鈕都會調(diào)用相應(yīng)的子VI，程序框圖如圖18所示。圖16 虛擬實驗室界面在虛擬實驗室的程序框圖設(shè)計中，因虛擬實驗室屬于一個鏈接平臺，所以在其程序框圖設(shè)計中，只要完成子VI調(diào)用即可。虛擬實驗室位移測控系統(tǒng)轉(zhuǎn)速測控系統(tǒng)厚度測控系統(tǒng)壓力測控系統(tǒng)加速度測控系統(tǒng)水箱溫度檢測系統(tǒng)液位檢測系統(tǒng)振動測控系統(tǒng)圖15 虛擬實驗室結(jié)構(gòu)框架圖虛擬實驗室平臺中的八個子系統(tǒng)，它們分別用圖像按鈕形象地表達(dá)其含義，點擊相應(yīng)的按鈕就會進(jìn)入該系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，完整的子系統(tǒng)將在下面章節(jié)中詳細(xì)介紹。圖14 程序框圖4 虛擬實驗室設(shè)計與實現(xiàn) 虛擬實驗室設(shè)計虛擬實驗室是本平臺的核心部分，包括八個子測控系統(tǒng)。Flash文件為自動化素材庫，素材庫內(nèi)容包括電阻式傳感器、電容式傳感器、變磁組式傳感器、光電式傳感器、壓電式傳感器、光纖傳感器、熱電式傳感器、霍爾式傳感器、超聲波傳感器和數(shù)字傳感器[18]。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。在前面板放置ActiveX控件。系統(tǒng)操作簡單方便。電流傳感器前面板如圖12所示。圖11 半導(dǎo)體傳感器目錄圖此外還介紹了S系列的霍爾式傳感器，HEL系列的溫度傳感器，MLV9200系列振動傳感器，GAA083電流傳感器。圖10 流體壓力傳感器目錄圖常用半導(dǎo)體傳感器中介紹氣體傳感器和濕度傳感器。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。圖8 傳感器介紹系統(tǒng)設(shè)計傳感器介紹子系統(tǒng)主要通過圖文并茂明確地對常用傳感器闡述其主要技術(shù)參數(shù)、基本原理、使用方法、安裝方法以及使用圖例等，包括應(yīng)變式傳感器、壓力式傳感器、霍爾式傳感器、位移傳感器、溫度傳感器、半導(dǎo)體傳感器和加速度傳感器等常用傳感器。 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?！伴_發(fā)平臺簡介”是介紹本次系統(tǒng)所采用的軟件——，“Flash動畫演示”則是通過Flash播放器形象地演示各種常用傳感器采集信號的原理及過程。圖7 導(dǎo)學(xué)平臺主界面利用學(xué)校標(biāo)志性建筑——圖書館作為背景，為我們的導(dǎo)學(xué)平臺系統(tǒng)增添色彩，點擊“ENTER”鍵即可進(jìn)入相應(yīng)的子系統(tǒng)。系統(tǒng)總體框架圖如圖6所示。為此，我以基于LabVIEW的VI模塊設(shè)計方法作為實例，逐步實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)方式，學(xué)生的學(xué)習(xí)方式和教師的教學(xué)方式，充分發(fā)揮虛擬儀器的優(yōu)勢，為學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展提供豐富多彩的教育環(huán)境和有力的學(xué)習(xí)工具。在虛擬儀器的研究過程中還有許多問題需要我們進(jìn)行探索，如虛擬儀器軟、硬件開發(fā)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在虛擬儀器實驗室中的應(yīng)用。基于虛擬儀器的遠(yuǎn)程實驗室在實驗教學(xué)中發(fā)展迅速，虛擬實驗室與傳統(tǒng)實驗室相比其優(yōu)點顯而易見，提高了教學(xué)實驗水平及學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)效率。（3）虛擬儀器實驗室為教學(xué)實驗提供了無限的靈活性與創(chuàng)造性。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(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]。（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。使用NI的LabVIEW，我們可以很方便的采集到實際信號，并對其進(jìn)行分析得出有用信息，然后將測量結(jié)果通過直觀化的顯示、報告和網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)共享。使用虛擬儀器進(jìn)行測試工作，相對傳統(tǒng)的儀器，其利用軟件實現(xiàn)了硬件內(nèi)容，無須購買硬件設(shè)備，應(yīng)用靈活，可以大大縮短系統(tǒng)研制周期，因此在測控領(lǐng)域中有了廣泛的應(yīng)用。通過將測量功能轉(zhuǎn)向用戶可接觸并可重復(fù)配置的硬件，那些采用這種體系結(jié)構(gòu)的儀器從具有更大靈活性和可重復(fù)配置功能的系統(tǒng)中受益，而且這些系統(tǒng)反過來又提高了性能并降低了成本。這與虛擬儀器的許多性質(zhì)是相同的，虛擬儀器是“一個軟件定義的系統(tǒng)，其中基于用戶需要的軟件定義了通用測量硬件的功能”?；谲浖臏y試系統(tǒng)的成功應(yīng)用，例如綜合性儀器，需要有對硬件平臺和市場上軟件工具的理解，以及對系統(tǒng)級體系結(jié)構(gòu)和儀器級體系結(jié)構(gòu)之間區(qū)別的理解。為了降低測試系統(tǒng)的成本并提高重用率，DoD通過海軍的NxTest計劃已經(jīng)確定：將來的ATE要使用建立在模塊化硬件和可重復(fù)配置的軟件基礎(chǔ)上的體系結(jié)構(gòu)，稱為綜合性儀器。 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]。除了提供庫之外，200多家儀器廠商也為NI儀器驅(qū)動庫提供了4000余種儀器驅(qū)動。 虛擬儀器可與傳統(tǒng)儀器完全兼容，無一例外。即使任務(wù)完全不同，他也可以重用同樣的M系列DAQ設(shè)備，他所需要做的就是使用虛擬儀器軟件開發(fā)出新的應(yīng)用程序。 （2）許多應(yīng)用程序，一個設(shè)備圖5 許多應(yīng)用程序重復(fù)使用硬件資料來源：[DB/OL]. 圖5所示的例子中，一