基于LabVIEW《现代检测技术》导学平台设计.doc

基于LabVIEW《现代检测技术》导学平台设计 自动化05-2班：张 鹏 指导教师：姚素芬 内容摘要：近年来高校的大幅度扩招，学生人数急剧增加，实验室的设备和规模已远远不能满足教学的需要。虚拟仪器技术的出现不仅在测控领域掀起了一场革命，同时也给传统的教学实验研究带来了巨大的变化。为此，本文将虚拟仪器技术引入实验教学环节，研制了基于LabVIEW《现代检测技术》导学平台。本文对LABVIEW作了简要介绍，论述了常见信号的产生、采集、处理等，重点设计了传感器模块以及信号的模拟采集、信号测量、频谱分析、时域分析和频域分析等模块。《现代检测技术》导学平台包括虚拟实验室、常用传感器介绍以及传感器原理FLASH动画演示。通过LabVIEW软件完成了压力、振动等系统的设计，并实现仿真平台的应用。经仿真表明，该系统设计方案是可行的，软件流程设计是合理的，符合毕业设计的要求。 关键词：虚拟仪器；LabVIEW；检测技术；传感器技术 1 导言 1.1 现代检测技术的现状和未来 随着计算机技术和现代测试技术的飞速发展，现代检测系统越来越复杂，需要测试的数据量也越来越大，对测试的速度、精度、实时性、数据可信度、完整性以及测试系统的可靠性、智能化、开放性等的要求也越来越高。因此传统的仪器测量和智能化的仪器已经不能满足现代测量技术的需要，虚拟仪器技术突破了传统仪器的局限。在计算机上建立了测试控制系统，可以将许多信号处理的方法方便的应用到测量中，已经广泛用于军事、航空、航天、科研和工厂等民用场合[1]。 随着微电子技术，计算机软件硬件技术和通信技术的发展及其在测试技术中的应用，推动了测试新理论、新方法及其新的仪器结构的发展，虚拟仪器就是将仪器硬件（如A/D、D/A转换器、I/O），计算机资源（如微处理器、存储器、显示器），仪器软件（如软面板、图形界面、数据处理、信息交换等）有效地结合起来构成的软硬结合、虚实共体的新一代电子仪器。虚拟仪器概念的核心是以计算机为仪器的硬件支撑，充分利用计算机独具的运算、存储、回放、调用、显示及文件管理等智能化功能，把传统仪器的专业化功能软件化，使之与计算机融为一体，构成一台从外观到功能都完全与传统硬件仪器相同，同时又充分享用了计算机智能资源的全新的仪器系统[2]。 虚拟仪器在发达国家已经十分普及。在美国，虚拟仪器系统及其图形编程语言已作为各大学理工科学生的一门必修课程。美国斯坦福大学的机械工程系要求三、四年级的学生在实验时应用虚拟仪器进行数据采集和实验控制。然而，虚拟仪器产业在国内的发展现状和发展态势不容乐观。虚拟仪器是随着传统电子测控技术、计算机技术和通讯技术不断发展、不断完善而产生的一项综合性结构化电子测量与控制技术。而在我国，计算机、通信及电子产业的发展与欧美国家相比呈现相对滞后的地位，从而决定了我国的虚拟仪器产业底子薄，缺少必要的软硬件技术支持，起步较晚，发展缓慢的特点。直到上个世纪九十年代中后期，虚拟仪器这一概念才逐渐被引入到我国的计算机应用行业中，先天的不足使得我国的虚拟仪器技术的应用还处在起步阶段。 从九十年代中期以来，国内已有部分院校的实验室引入了虚拟仪器系统：清华大学、上海复旦大学、上海交通大学、华中理工大学、哈尔滨工业大学、四川联合大学等。近几年来这些学校在原有的基础上，又开发了一批新的虚拟仪器系统用于教学和科研。其中，四川联合大学的教师基于虚拟仪器的设计思想，研制的“航空电台二线综合测试仪”，将8台仪器集成于一体组成虚拟仪器系统，使用方便、灵活。清华大学汽车系利用虚拟仪器技术构建的汽车发动机检测系统，用于汽车发动机的出厂检验。此外，国内已有几家企业正在研制基于PC的虚拟仪器。随着微型计算机的发展，虚拟仪器将会逐步取代传统的测试仪器而成为测试仪器的主流[3]。 目前，我国正处于科学技术蓬勃发展的新时期，对仪器设备的需求将更加强劲。虚拟仪器赖以生存的PC计算机近几年正以迅猛的势头席卷全国，这为虚拟仪器的发展奠定了基础。虚拟仪器作为传统仪器的替代品，市场容量巨大。据统计，1995年我国进口电子测量仪器约73.5万台，价值32亿美元[4]。据专家预测，到本世纪初我国将有50%的仪器为虚拟仪器。发达国家虽然在此领域比我国起步较早，但差距并不是很大，我们应当充分把握时机，取长补短，学习国外先进经验，将我国的虚拟仪器产业水平逐渐向先进国家靠拢。各级学校也要抓住机遇，充分利用虚拟仪器的强大功能开创实验教学的新局面[5]。 1.2 研究的背景和意义 近年来各大高校纷纷扩招，学生人数急剧增加实验室的设备和规模难以满足需要，实验室常规设备有的已经老化，有的技术上有些落后，在当前学校经费较少的情况下，如果大量增加常规化仪器、仪表的配置，学校财力难以支付。又因为基础实验室是面向所有工科专业，任务异常繁重，实验室常常只