• 学前教育
  • 小学学习
  • 初中学习
  • 高中学习
  • 语文学习
  • 数学学习
  • 英语学习
  • 作文范文
  • 文科资料
  • 理科资料
  • 文档大全
  • 当前位置: 雅意学习网 > 初中学习 > 正文

    工程测试技术实验【Labview在测试技术实验教学中的应用】

    时间:2018-12-25 03:24:48 来源:雅意学习网 本文已影响 雅意学习网手机站

      摘要: 本文将虚拟仪器引入教学实验,阐述了虚拟仪器的特点,并通过开放式虚拟仪器开发平台(LabVIEW)针对具体事例,探讨虚拟仪器在实验教学中的优势。   关键词: 虚拟仪器 LabVIEW 实验教学
      
      1 前言
      
      虚拟仪器(Virtual instrumentation)是二十世纪九十年代发展起来的一项新技术,其核心思想为“软件即仪器”[1][2]。它是指通过应用程序,将通用计算机与功能化模块硬件结合起来,由用户根据友好界面来操作计算机,自己定义和设计仪器。在测控领域应用越来越广泛,利用NI虚拟仪器技术,用户可快速组建自己的测试系统,从而完成对被测试量的采集、分析、处理、判断及显示等一系列功能。开放式虚拟仪器开发平台(LabVIEW)在教育领域也得到迅速推广与发展,许多高校建立了相关的虚拟仪器的课程。它给传统的教学研究带来了巨大的变化,尤其在实验教学和科研中起着越来越重要的作用,它不仅是大学教学活动的重要实践环节,而且是教育部本科教学评估的一项重要内容。因此,进一步加强实验室建设,不断改革实验教学是十分必要的。
      
      2 虚拟仪器特点及优势
      
      传统仪器的硬件是其关键,功能由厂商定义,因此其扩展性能较低。而虚拟仪器由于其面向应用的系统结构,所以功能可由用户定义,软件是其关键。主要特点如下:
      (1)由于其以PC为核心,使得许多数据处理的过程不必像过去那样由测试仪器本身来完成,而是在软件的支持下,利用PC机CPU的强大的数据处理功能来完成,使得基于虚拟仪器的测试系统的测试精度、速度大为提高,可实现自动化、智能化、多任务测量。
      (2)可方便地存贮和交换测试数据,测试结果的表达方式更加丰富多样。
      (3)虚拟仪器可在较高性价比的条件下,降低系统开发和维护费用,缩短技术更新周期。
      (4)近年来,随着网络技术的发展,已经形成了网络虚拟仪器。这是一种新型的基于Web技术的虚拟仪器使得虚拟仪器测试系统成为Internet/Intranet的一部分实现现场监控和管理[3]。
      虚拟仪器与传统仪器的优势主要体现在以下几个方面[4]:
      
      虚拟仪器技术发展非常迅速,所有测量测试仪器的主要功能可由数据采集、数据测试和分析、结果输出显示等三大部分组成,其中数据分析和结果输出完全可由基于计算机的软件系统来完成,因此只要另外提供一定的数据采集硬件,就可构成基于计算机组成的测量测试仪器。基于计算机的数字化测量测试仪器就称之为虚拟仪器。注意:这里所指的虚拟仪器和EDA仿真软件中的虚拟仪器概念完全不同,它可以完全替代传统台式测量测试仪器。而EDA仿真软件中的虚拟仪器是纯软件的、仿真的。
      虚拟仪器在实验教学中的优势主要体现在[5]:
      (1)在一些实验条件不具备或不完全具备的高校,能够开设虚拟仪器的实验教学。由于学校的人力、实验设备的数量和时间的限制,导致不可能让每个学生都能单独地完成若干次实验,而虚拟仪器能省时、有效地解决实验设备短缺三方面的问题。
      (2)在虚拟的实验平台上,能够方便、具体地进行各种参数的设置和操作,对于虚拟仪器本身不受实验环境、条件及设备精度的影响,测量的数据稳定、可靠。
      
      3 虚拟仪器在大学实验中应用
      
      虚拟仪器技术是测试技术和计算机技术综合集成的产物,代表了现代测试技术和仪器技术发展方向。在大学实验中,主要针对测试技术、机电专业等相关专业。利用LabVIEW功能强大的图形化的开发环境,完成仿真、数据采集、仪器控制、测量分析和数据显示等任务。在配备数据采集卡的基础上,使用LabVIEW即可在单个环境下提供广泛的采集、分析和显示功能。因此,通过大学实验,与理论更好地结合起来,更好地发挥学生主观能动性和加深对硬件、软件的理解,这样使教学达到事半功倍的效果。对于一般的物理量(速度、位移、力等等)的测试过程都是差不多的。下面举一个综合性测试技术应用实例:利用位移传感器和数据采集卡,通过LabVIEW来完成数据采集、电机的控制、数据处理与显示。
      具体的操作步骤如下:
      (1)安装:把电感式位移传感器安装在某一结构上,该结构与电机连接,主要是为了能自动的测量某一圆管的直径。
      (2)标定:为了保证测量的准确性,对于任何传感器在使用之前,必须先对其进行标定。针对该实验使用的电感式位移传感器的标定方法是如图1所示:通过测量标准圆管两次,即可算出该组传感器的灵敏度。
      (3)测量与控制:通过数据采集卡来获取传感器的测试的数据,利用LabVIEW来对这些数据进行处理,然后直接显示在界面上如图2所示。为了能实现自动测量的目的,同样利用LabVIEW来控制脉冲的数量,即可控制电机的速度,如图3所示。
      这个应用实例包括了三个基本的实验:传感器数据的采集、数据处理和结果显示。经过这些基本的实验训练,学生能够更好地掌握自动控制的内容和虚拟仪器编程技术;能够在LabVIEW这个功能强大又方便灵活的虚拟仪器开发平台上,创造出比传统的测试仪器具有更高智能、更高性能价格比、更加可靠及便于操作的先进仪器。也有些学生根据课程上学到的知识,自己选择实验内容,或者另行设计实验方案,在LabVIEW环境中,进行自己感兴趣的实验,这样既拓宽了学生的知识面,又增加了学生的积极性。由于我们的实验环境软硬件完全是工业标准的产品,学生在实验中开发的许多虚拟仪器完全可以直接应用到生产实践中去,对于提高他们的工程素质带来极大的好处,使他们在未来工作中能够从容面对测试技术领域的挑战。
      
      
      4 结论
      
      利用虚拟仪器技术,通过大学实验的方式,学生可以自己开发实验的虚拟仪器,来完成实验,在这个过程中LabVIEW起到了不可替代的作用。这样不仅显著降低了实验设备投资,而且培养了学生的创新精神,提高了学生的工程素质,为高等工程教育实验教学带来了革命性的变化。人机交互的特点尤其适用于个性化教育,是因人施教、因材施教,培养高素质的综合型人才的重要手段。
      在LabVIEW这个高效的虚拟仪器开发平台上,学生自己可以用图形语言开发出各种仪器,综合应用所学过的各学科知识,在普通的计算机上构建一个个人实验室[6],从而完成实际测试过程,达到与用实际仪器教学的相同目的。这样教师和学生既可以摆脱功能单一、固定和不易重新配置的现成仪器的束缚,还可以充分发挥自己的积极性和创造性。总之,开发和利用虚拟仪器教学实验系统更快、更新地构建出集成度高、适应性强的实验室虚拟仪器系统,是高校实验教学改革的一个新的发展方向。
      
      参考文献:
      [1]汪敏生.LabVIEW基础教程[M].北京:电子工业出版社,2002.
      [2]杨乐平,李海涛,肖凯等.虚拟仪器技术概论[M].北京:电子工业出版社,2003.
      [3]裘伟延.基于LabVIEW的虚拟仪器和虚拟实验[J].新技术应用,2002,(5):17-20.
      [4]叶德云,曹薇.基于LabVIEW的测量与控制系统及其在教学中的应用[J].电子工程师,2005,31(3):3-4.
      [5]伊妍萍,王健,李天石.LabVIEW在教学测试实验中的应用[J].实验室研究与探索,2002,21(1):63-64.
      [6]陆绮荣.基于虚拟仪器技术个人实验室的构建[M].北京:电子工业出版社,2006.

    推荐访问:实验 测试 技术 教学中

    • 文档大全
    • 故事大全
    • 优美句子
    • 范文
    • 美文
    • 散文
    • 小说文章