基于虛擬儀器檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

摘 要:采用虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)LabVIEW在NI數(shù)據(jù)采集卡以及傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái)基礎(chǔ)上，研制開(kāi)發(fā)了檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。給出該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的軟硬件構(gòu)建方法，尤其是對(duì)平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)功能進(jìn)行了詳細(xì)闡述，并通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證了該系統(tǒng)具有良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。同時(shí)該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，利用LabVIEW中強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信功能，實(shí)現(xiàn)了硬件設(shè)備的資源共享、數(shù)據(jù)共享以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，能夠最大限度地利用現(xiàn)有設(shè)備。不僅可以節(jié)省大量?jī)x器設(shè)備的經(jīng)費(fèi)投入，而且為教學(xué)提供了一種全新的現(xiàn)代化教學(xué)手段。關(guān)鍵詞:虛擬儀器; 檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn); 網(wǎng)絡(luò)通信; 設(shè)備共享

中圖分類號(hào):TN33-34文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1004-373X(2010)18-0184-04

Development and Application of Detecting Technology Experiment

Platform Based on Virtual Instrument

WANG Dong-xia， YUE Jian-hua

(School of Automation， Nanjing Institute of Technology， Nanjing 211167， China)

Abstract: An experiment teaching platform of detecting technology is developed with the software development platform LabVIEW for virtual instruments based on NI data acquisition card and sensor experimental table. The software and hardware construction methods of the experimental platform is presented. The functions of the experimental platform are expatiated. A instance verifies that the system has a good experimental teaching effect. Thehardware resource sharing， data sharing and Web publishing of experimental results were implemented on the experimental platform by the aid of the powerful network communication function of LabVIEW. The maximum use of the existing equipments can not only save a large amount of funds for teaching equipments， but also provide a modern teaching means.Keywords: virtual instrument; detecting technology experiment; network communication; device sharing

0 引 言

對(duì)于工科院校來(lái)說(shuō)，檢測(cè)技術(shù)這門課幾乎所有專業(yè)都開(kāi)設(shè)，該課程內(nèi)容具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，只有在實(shí)踐中加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)，才能真正掌握有關(guān)理論，并提高其操作技能。因而檢測(cè)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)也就顯得尤為重要。然而許多高等院校檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室中所使用的傳統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器以及檢測(cè)實(shí)驗(yàn)存在以下幾個(gè)共同點(diǎn):第一，實(shí)驗(yàn)設(shè)備功能單一、固定，只能進(jìn)行特定項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)方案固定，學(xué)生只能按部就班地進(jìn)行操作，使學(xué)生積極性和主觀能動(dòng)性受到極大的限制;第二，大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室由于資金問(wèn)題限制實(shí)驗(yàn)設(shè)備臺(tái)套數(shù)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)分多組，給實(shí)驗(yàn)室老師造成繁重的教學(xué)任務(wù)，或者至少兩人一組造成一部分主動(dòng)性較差的學(xué)生不去親自動(dòng)手，實(shí)驗(yàn)效果較差;第三，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備如模擬示波器、電壓表等及一些儀表旋鈕容易損壞，設(shè)備維修要專門請(qǐng)人上門，要花費(fèi)時(shí)間、人力及才力等且給使用造成不便;第四，隨著新技術(shù)新原理不斷出現(xiàn)，使儀器更新的步伐加快，舊的設(shè)備面臨著被淘汰的處境，增加新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目就意味著增添新的設(shè)備。然而許多儀器的價(jià)格昂貴，再加上場(chǎng)地、經(jīng)費(fèi)等種種問(wèn)題，使許多院校不能根據(jù)課程的需要提供相關(guān)儀器，使人才質(zhì)量受到極大的影響;第五，學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書(shū)寫(xiě)存在大量抄襲現(xiàn)象。大多數(shù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告的重點(diǎn)不是對(duì)結(jié)果的分析而是對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的描述。

我校測(cè)控與儀器專業(yè)的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)全校的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)。實(shí)驗(yàn)室目前現(xiàn)有的設(shè)備主要有浙江大學(xué)儀器系生產(chǎn)的CSY系列傳感器系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀和模擬示波器等這些傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。CSY系列傳感器系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀集被測(cè)對(duì)象、各種傳感器、信號(hào)激勵(lì)源、處理電路和LED顯示器于一體，可組成完整的檢測(cè)系統(tǒng)。在該系統(tǒng)上開(kāi)發(fā)了近50個(gè)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)，可對(duì)傳感器的工作原理、基本結(jié)構(gòu)、性能、測(cè)量電路、檢測(cè)系統(tǒng)的組成方法和傳感器應(yīng)用獲得直觀的感性認(rèn)識(shí)。但是現(xiàn)用的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法是傳統(tǒng)的通過(guò)傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái)搭好電路，然后改變輸入量，從電壓表上讀出或示波器輸出結(jié)果。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容枯燥，再加上實(shí)驗(yàn)設(shè)備容易損壞，學(xué)生實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性較差，實(shí)驗(yàn)效果差，實(shí)驗(yàn)報(bào)告抄襲現(xiàn)象嚴(yán)重。如果原有實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法不能與時(shí)俱進(jìn)地進(jìn)行改革，勢(shì)必會(huì)嚴(yán)重影響教學(xué)的質(zhì)量和效果。尋求新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和教學(xué)手段迫在眉睫。

近年來(lái)，虛擬儀器及其技術(shù)在我國(guó)得到了逐步推廣，為了解決上述矛盾，把虛擬儀器引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)己經(jīng)受到越來(lái)越多人的關(guān)注。為解決上述實(shí)驗(yàn)問(wèn)題，我們的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室也準(zhǔn)備與已建立的虛擬儀器實(shí)驗(yàn)室結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革。

LabVIEW是一種高效的可視化開(kāi)發(fā)環(huán)境，其完全使用圖形化的編程環(huán)境，開(kāi)發(fā)效率高，而且提供了極其豐富的數(shù)學(xué)運(yùn)算工具，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，非常適合于用作實(shí)驗(yàn)儀器的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。它對(duì)于解決高校的困擾和發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)件和創(chuàng)造性提供了極為有效的途徑 。

1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)功能

1.1 整體功能特點(diǎn)

利用NI公司的LabVIEW軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)與虛擬儀器實(shí)驗(yàn)室設(shè)備共享和實(shí)驗(yàn)過(guò)程無(wú)紙化操作可以有以下幾個(gè)方面優(yōu)點(diǎn)和功能:可以方便實(shí)驗(yàn)管理，有效監(jiān)控學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程，防止學(xué)生抄襲;可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備共享，解決實(shí)驗(yàn)室設(shè)備不足的狀況，緩解學(xué)校壓力，而且通過(guò)網(wǎng)絡(luò)功能使實(shí)驗(yàn)不受空間限制，達(dá)到資源共享;便于多媒體教學(xué)，可以隨時(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的網(wǎng)上發(fā)布功能將反映實(shí)驗(yàn)結(jié)果的前面板內(nèi)容投影到大屏幕上，進(jìn)行學(xué)生典型實(shí)驗(yàn)分析;使學(xué)生可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向教師提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，可以就實(shí)驗(yàn)中的疑難問(wèn)題與教師和同學(xué)在網(wǎng)上通過(guò)收發(fā)E-mail和粘貼BBS的形式進(jìn)行相互交流，充分發(fā)揮現(xiàn)代化教學(xué)資源的優(yōu)勢(shì)。

基于LabVIEW的虛擬儀器檢測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)就是以CSY系列傳感器系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀的輸出信號(hào)為數(shù)據(jù)源構(gòu)建的。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可為學(xué)生提供方便、快捷的數(shù)據(jù)檢測(cè)和分析手段，將學(xué)生實(shí)驗(yàn)中的工作重點(diǎn)從以往的測(cè)量、數(shù)據(jù)記錄和計(jì)算上轉(zhuǎn)移到實(shí)驗(yàn)方案的理解、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)果的分析上來(lái)，在提高實(shí)驗(yàn)效率的同時(shí)提高實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)效果，為傳感器與檢測(cè)技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)提供完善的實(shí)驗(yàn)手段，達(dá)到更好的教學(xué)效果。

1.2 檢測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的硬件構(gòu)成與實(shí)現(xiàn)功能

本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在建立在檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室和虛擬儀器實(shí)驗(yàn)室共有設(shè)備基礎(chǔ)上。本設(shè)計(jì)的硬件構(gòu)成包括CSY傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái)、NI公司PCI-6024E數(shù)據(jù)采集卡和虛擬儀器面板組成。通用的數(shù)據(jù)采集卡PCI-6024E，輸入模擬通道最大電壓10 V，它的采樣率為120 KSPS，可以滿足高校實(shí)驗(yàn)室教學(xué)的需要。由于采集卡較昂貴，購(gòu)買數(shù)量有限，可借助于LabVIEW強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信功能實(shí)現(xiàn)設(shè)備共享，即至少兩臺(tái)計(jì)算機(jī)共用一個(gè)數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)傳感器信號(hào)的采集與處理。信號(hào)的處理和結(jié)果的顯示都由軟件完成，并以虛擬儀器面板的形式在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示實(shí)現(xiàn)。

1.3 軟件具體實(shí)現(xiàn)(軟件功能)

從實(shí)驗(yàn)功能上本平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)傳感器特性測(cè)試與測(cè)量，硬件設(shè)備的共享及實(shí)驗(yàn)報(bào)告的網(wǎng)上提交。硬件設(shè)備共享可以節(jié)省大量資金，實(shí)驗(yàn)結(jié)果立即網(wǎng)上提交可以從考核的角度促進(jìn)學(xué)生實(shí)踐環(huán)節(jié)的主動(dòng)性和積極性，而且利用LabVIEW的網(wǎng)絡(luò)功能學(xué)生可以直接將實(shí)驗(yàn)結(jié)果上傳至老師，方便快捷。

針對(duì)各種傳感器實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)軟件設(shè)計(jì)主要分為3部分功能:傳感器靜態(tài)特性測(cè)試;動(dòng)態(tài)測(cè)量;網(wǎng)絡(luò)通信。

下面對(duì)各模塊的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)作相應(yīng)介紹。

1.3.1 靜態(tài)特性測(cè)試模塊

本模塊主要是實(shí)現(xiàn)傳感器的靜態(tài)標(biāo)定。是一個(gè)傳感器的靜態(tài)特性測(cè)試平臺(tái)。目的是要實(shí)現(xiàn)對(duì)在靜態(tài)標(biāo)定條件下的傳感器信號(hào)的采集與數(shù)據(jù)處理。主要內(nèi)容有量程的設(shè)置、輸入量的選擇、正反行程的選擇、數(shù)據(jù)的采集與顯示、無(wú)效點(diǎn)的刪除、歷史數(shù)據(jù)清空、曲線組的選擇、曲線的擬合及測(cè)量數(shù)據(jù)的保存與讀取等部分組成。對(duì)本模塊當(dāng)中的主要功能部分作具體說(shuō)明:

(1) 數(shù)據(jù)采集顯示部分。

采集部分由一點(diǎn)動(dòng)開(kāi)關(guān)控制，點(diǎn)擊一次采樣一次，同時(shí)按散點(diǎn)顯示在特性曲線圖表上，由x-y圖實(shí)現(xiàn)。可顯示采集的散點(diǎn)和擬合曲線，可最多同時(shí)顯示8組曲線，包括4條特性曲線和4條擬合曲線。

(2) 數(shù)據(jù)的清除。

如果在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中由于人為操作失誤或者其他環(huán)境影響，造成測(cè)量數(shù)據(jù)無(wú)效，還可以點(diǎn)擊刪除當(dāng)前點(diǎn)按鈕刪除相應(yīng)的采樣點(diǎn)，例如在做電容式傳感器靜態(tài)標(biāo)定過(guò)程中，由于螺旋測(cè)微儀轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)錯(cuò)誤即位移間隔錯(cuò)誤導(dǎo)致已經(jīng)采集的數(shù)據(jù)無(wú)效時(shí)，可以把當(dāng)前點(diǎn)從曲線中刪除;或者測(cè)量過(guò)程中覺(jué)得誤差太大想重新測(cè)量的話，隨時(shí)可以清空歷史數(shù)據(jù)重新再來(lái)一遍，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)將刪除x-y圖上的描點(diǎn)，從頭開(kāi)始重新描點(diǎn)顯示。這個(gè)功能使實(shí)驗(yàn)過(guò)程有了很大的靈活性。

(3) 曲線組的選擇。

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)可以進(jìn)行最多4組曲線的測(cè)量與顯示。此功能的目的在于可以作同一傳感器在不同測(cè)量條件下的特性對(duì)比，或者不同類型傳感器在相同環(huán)境條件下的特性對(duì)比實(shí)驗(yàn)。例如可以實(shí)現(xiàn)金屬應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片的特性對(duì)比實(shí)驗(yàn)。分別測(cè)試出兩種傳感器的特性曲線，結(jié)果顯示在同一x-y圖上，可以從特性曲線直觀地看出兩種材料的應(yīng)變傳感器的特性，還可以通過(guò)擬合得到兩種傳感器的靈敏度、線性度等參數(shù)對(duì)比。或者是對(duì)同一類型的應(yīng)變片可以做全橋和半橋?qū)嶒?yàn)，通過(guò)測(cè)量結(jié)果掌握不同的測(cè)量電路的特性。通過(guò)直觀的圖形和數(shù)據(jù)的對(duì)比，大大增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)兩種傳感器的特性的理解，同時(shí)提高了實(shí)驗(yàn)效果。

圖1是利用半導(dǎo)體應(yīng)變片在單臂和半橋差動(dòng)工作方式下進(jìn)行了兩組靜態(tài)標(biāo)定數(shù)據(jù)點(diǎn)及相應(yīng)的擬合直線。從圖中的散點(diǎn)可以看出兩種工作下的數(shù)據(jù)點(diǎn)都基本在一條直線上，滿足應(yīng)變片在直流電橋測(cè)量電路情況下輸出線性的特點(diǎn)。

圖1 半導(dǎo)體應(yīng)變片特性對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果

(4) 曲線擬合部分。

每組所測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合特性曲線，都可以分別進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合。計(jì)算出最大偏差，最小偏差、線性度、靈敏度、均方差、零點(diǎn)和繪制出相應(yīng)的擬合曲線。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中對(duì)測(cè)量曲線和擬合曲線的自動(dòng)繪制省去了學(xué)生純手工繪制的麻煩和誤差。而且學(xué)生也可以用手算的形式來(lái)驗(yàn)證平臺(tái)的計(jì)算數(shù)據(jù)是否正確，同時(shí)達(dá)到對(duì)擬合曲線的實(shí)現(xiàn)方法的鞏固。以圖1為基礎(chǔ)進(jìn)行的兩組曲線擬合結(jié)果如圖2所示。

圖2 半導(dǎo)體應(yīng)變片的擬合直線方程及特性參數(shù)

其中，A組曲線擬合為半導(dǎo)體半橋差動(dòng)工作方式下的擬合直線方程及特性參數(shù)。B組曲線擬合為半導(dǎo)體單臂工作方式下的擬合直線方程及特性參數(shù)。

由擬合直線靈敏度參數(shù)可以看出，半橋差動(dòng)方式時(shí)靈敏度為0.56，單臂工作方式時(shí)靈敏度為0.27，兩者之間為近似2倍關(guān)系。這與應(yīng)變片在直流電橋測(cè)量電路中的原理是一致的。所以驗(yàn)證了應(yīng)變式傳感器的測(cè)量電路的工作原理。同時(shí)學(xué)生可以從圖中清楚地觀察到各個(gè)測(cè)量點(diǎn)之間的關(guān)系從而得知傳感器的特性，還可以觀察到擬合直線的與測(cè)量點(diǎn)之間的關(guān)系，還可以從平臺(tái)上觀察到的特性參數(shù)與自己計(jì)算的靜態(tài)特性參數(shù)作出對(duì)比，看自己計(jì)算的方法是否有誤。

(5) 數(shù)據(jù)存取操作。

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)還可實(shí)現(xiàn)對(duì)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)及特性曲線的保存和讀取。通過(guò)保存功能可以實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)及曲線的保存，以防數(shù)據(jù)的丟失。另外數(shù)據(jù)及曲線的結(jié)果還可能在單獨(dú)讀取出來(lái)顯示或者在實(shí)驗(yàn)報(bào)告頁(yè)當(dāng)中讀取顯示結(jié)果以供老師審閱和批改。

1.3.2 測(cè)量模塊

測(cè)量模塊主要包含數(shù)據(jù)采集、分析處理和結(jié)果顯示3大方面內(nèi)容。本文設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)測(cè)量模塊兼有模擬示波器的傳統(tǒng)旋鈕功能，還加入了頻譜分析、波形測(cè)量、存儲(chǔ)和讀取等功能，節(jié)省了大量示波器、電壓表、和頻譜分析儀器。傳統(tǒng)的這些測(cè)量?jī)x，一方面成本昂貴，另一方面使用起來(lái)?yè)p壞率較高，用LabVIEW實(shí)現(xiàn)虛擬儀器來(lái)實(shí)現(xiàn)這些儀器的功能，省去了對(duì)這些設(shè)備的硬件維護(hù)的麻煩，也節(jié)省了大量的人力和資金。

(1) 硬件設(shè)置。

主要是設(shè)備號(hào)和采集通道的設(shè)置。根據(jù)實(shí)際接口的模擬通道號(hào)進(jìn)行相應(yīng)配置。只有正確設(shè)置了硬件接線才能進(jìn)行正常的數(shù)據(jù)采集。

(2) 量程、采樣數(shù)和采樣率設(shè)置。

根據(jù)實(shí)際采樣信號(hào)的頻率和實(shí)際需要合適的采樣率、采樣數(shù)和量程設(shè)置。采樣數(shù)可直接輸入，量程根據(jù)下拉列表選擇，采樣率由旋鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)。

(3) 測(cè)量結(jié)果顯示部分。

本測(cè)量模塊可以實(shí)現(xiàn)傳感器的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)測(cè)量。波形顯示部分主要是利用x-y波形圖實(shí)現(xiàn)對(duì)所采集模擬信號(hào)的時(shí)域波形的顯示和頻譜顯示。

根據(jù)工程量與電壓量選擇控件，可以實(shí)現(xiàn)工程量(如位移等)與電壓量的測(cè)量。如果是工程量測(cè)量的話，通過(guò)靜態(tài)特性中得到的擬合曲線，可以得到零點(diǎn)和靈敏度，可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)工程量轉(zhuǎn)換顯示，如果是電壓量測(cè)量則直接顯示。測(cè)量數(shù)據(jù)部分主要實(shí)現(xiàn)所測(cè)量通道的波形頻率、波形周期、幅值、平均值、最大值和最小值的測(cè)量。

(4) 結(jié)果保存與讀取。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果還可以進(jìn)行波形或數(shù)據(jù)保存，同樣方便實(shí)驗(yàn)觀察與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的報(bào)告提交。

1.3.3 網(wǎng)絡(luò)通信模塊

本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)利用LabVIEW的網(wǎng)絡(luò)通信功能可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中的2大功能:設(shè)備共享與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的網(wǎng)上提交。

對(duì)于設(shè)備共享，針對(duì)不同的應(yīng)用和不同的層次，LabVIEW提供了多種網(wǎng)絡(luò)通信方式供用戶靈活選擇。應(yīng)用最廣泛有3種通信方式:DSTP協(xié)議的DataSocket編程、TCP編程、LabVIEW Web Server。

前兩種網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信方式雖然可以很方便地用來(lái)傳輸現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)到遠(yuǎn)程瀏覽，但是在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上必須也要編寫(xiě)程序來(lái)接收數(shù)據(jù)。通過(guò)使能本地的Web服務(wù)器，用戶可以不需要任何編程就能在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上通過(guò)網(wǎng)頁(yè)或LabVIEW連接本地VI前面板。通過(guò)比較，本設(shè)計(jì)當(dāng)中選用了第三種通信方式LabVIEW Web Server。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)設(shè)置可以使至少兩臺(tái)計(jì)算機(jī)和實(shí)驗(yàn)臺(tái)共享一個(gè)NI數(shù)據(jù)采集卡，從而達(dá)到設(shè)備共享的目的。

而對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布本平臺(tái)采用了直接將前面板發(fā)布到網(wǎng)頁(yè)的方式實(shí)現(xiàn)。同時(shí)將網(wǎng)頁(yè)轉(zhuǎn)換成pdf格式的文件然后以郵件形式發(fā)送給指導(dǎo)老師，指導(dǎo)可以進(jìn)行評(píng)閱和批改。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

電容式傳感器靜動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn):本實(shí)驗(yàn)是用CSY實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的變面積差動(dòng)式電容傳感器進(jìn)行標(biāo)定與測(cè)量的。

2.1 靜態(tài)特性測(cè)試及結(jié)果

首先在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上搭好測(cè)量電路，按照實(shí)驗(yàn)要求連接完成后，將傳感器的輸出信號(hào)接采集卡的0通道。按照螺旋測(cè)微儀每次移動(dòng)0.5 mm改變電容傳感器的有效面積來(lái)改變測(cè)量電路的輸出。位移范圍取-0.25~+0.25 mm，每移動(dòng)0.5 mm就采樣一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，圖3中的散點(diǎn)即為測(cè)量的標(biāo)定點(diǎn)。從圖3中散點(diǎn)可以觀察到此電容傳感器在零點(diǎn)附近存在明顯的遲滯現(xiàn)象。正向與負(fù)向測(cè)量過(guò)程中零點(diǎn)不重合。從擬合直線方程中可以看出，本實(shí)驗(yàn)中的電容傳感器有一零點(diǎn)的負(fù)向偏差0.20。靈敏度為1.99 V/mm。

圖3 差動(dòng)電容式傳感器靜態(tài)特性測(cè)試結(jié)果

2.2 動(dòng)態(tài)特性測(cè)試結(jié)果

圖4為動(dòng)態(tài)測(cè)試結(jié)果。因?yàn)殪o態(tài)標(biāo)定時(shí)有負(fù)向的零點(diǎn)偏移，所以動(dòng)態(tài)測(cè)試中的振動(dòng)波形也存在零點(diǎn)負(fù)向的振動(dòng)偏差，即波形不是在時(shí)間上下對(duì)稱，而是有一負(fù)向偏移。基本與標(biāo)定情況一致。

圖4 差動(dòng)式電容傳感器動(dòng)態(tài)測(cè)試結(jié)果

3 結(jié) 語(yǔ)

本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)給學(xué)生提供了一種全新的學(xué)習(xí)和實(shí)踐環(huán)境，同時(shí)利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與虛擬儀器技術(shù)相結(jié)合構(gòu)建的實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)資源共享、數(shù)據(jù)共享以及遠(yuǎn)程測(cè)控，可以最大限度地利用現(xiàn)有設(shè)備，不僅可以節(jié)省大量?jī)x器設(shè)備的經(jīng)費(fèi)投入，而且為教學(xué)提供了一種全新的現(xiàn)代化教學(xué)手段，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的網(wǎng)絡(luò)化，體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的先進(jìn)性，也大大提高了教學(xué)效果。同時(shí)在實(shí)驗(yàn)考核方面也起到了杜絕抄襲現(xiàn)象，提高了學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性和實(shí)用性。由于目前實(shí)驗(yàn)室條件有限，暫時(shí)還未實(shí)現(xiàn)傳感器動(dòng)態(tài)特性測(cè)試以及時(shí)間關(guān)系還未實(shí)現(xiàn)傳感器幅頻與相頻特性分析。

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