浅析虚拟仪器技术在传感器检测技术实验教学中的应用

封燕芳

（浙江机电职业技术学院，浙江 杭州 310053）

传感器检测技术是电子信息工程专业的限选课程，在学习该课程后，学生可以更好地对传感器检测技术、信号检测技术等进行掌握，同时也便于深入地了解传感器工程实际应用过程中存在的问题及解决对策。然而，传统的教学模式以及设备已无法满足学生的学习需求，以往的教学设备并不能让学生直观地了解传感器工作原理以及电路测量等重要内容，并且由于该部分知识内容极其单调、难理解。所以，做好传感器检测技术实验教学改革成为必然趋势，虚拟仪器技术与传统仪器设备相比之下不具备损坏硬件设备缺点，能够通过计算机直接完成数据处理，一定程度上减少了高校成本投资费用，并且学习虚拟仪器技术可以打破以往时间与空间的限制，从而大大提高了教学效率。

1 虚拟仪器技术概述

1.1 虚拟仪器技术定义

虚拟仪器是通过一种虚拟仪器面板个人计算仪器，通过微软软件在仪器屏幕上构成内容，在硬件条件支持下采样信号，并利用微软软件处理后获得所需的测量结果。虚拟仪器技术是高性能的模块化硬件，通过软件可以完成不同难度的测量与测试。同时还可以帮助使用用户创建更加灵活自定义的界面，帮助用户提供更加全面的系统集成。虚拟仪器技术自从使用以来就具备结构单一测量精准等特点，使用用户在实际操作时只需要利用一台计算机即可完成操作。

从本质而言，虚拟仪器是基于计算机来管理仪器系统，然后代替仪器功能完成测量需求，也就是将计算机中的软硬件结合后虚实结构的另一种结合，也是通过计算机技术拓宽虚拟仪器功能。虚拟仪器系统硬件中只可以解决信号输出，软件才是系统的重中之重，使用用户在实际操作过程中只需要改变软件就可以完成增减虚拟仪器功能。

1.2 虚拟仪器技术的优势

通常情况下，仪器都是由数据采集与控制、数据处理与分析以及数据现实三部分组成的，在以往仪器中，会将这三部分结构放在一个仪表机箱中，然而虚拟仪器与以往仪器存在一定的差异性，它是基于计算机软硬件组合的，不会过度地强调实现形式，为此，虚拟仪器与传统仪器对比之下优势是极其明显的，主要表现为以下几点。

（1）虚拟仪器技术功能主要由用户自定义，只需通过提供基本软硬件，例如，信号调节器、信号转换器等，需要的仪器功能只需让用户自主调节即可。

（2）具有强大的数据处理功能，虚拟也一起是以计算机为核心，所以其具有数据采集、存储以及分析、处理和传输、控制的多种功能，通过虚拟仪器能够轻松地完成数据测量，分析显示变化量以及被测量的不同分析功能。

（3）虚拟仪器具有性能高、开发拓展性强以及无缝集成的优势。由于虚拟仪器技术是基于计算机技术上衍生发展的，所以虚拟仪器技术就很好地继承计算机技术为主导的商业技术优势，包括超卓的处理器与文件I/O，从而更好地保护用户数据可以迅速导入磁盘，并且在导入的过程中还可以实现数据分析。

2 虚拟仪器技术在传感器检测技术实验教学中的应用

2.1 虚拟系统组成以及工作原理

虚拟系统主要由应变片式电阻传感器、信号调理电路以及计算机和数据采集卡组成，能确保数据测量的准确性与实效性，提高系统的精准度与便利性。系统结构图如图1 所示。

图1 系统结构图

当检测到传感器信号后，就会将其转化为电量信号；此时，传感器会将信号处理后即可转换为电信信号，通过滤波处理电量信号即可实现转换位标准信号；数据采集卡中此时会采集电压信号，并将电压信号转化位处理相对轻松的数字信号，通过数据采集卡驱动程序传输到PC 机上，在LABVIEW 平台编写程序完成数据采集、信号处理以及回放功能。在整个系统中可以解决数据采集卡的测量与输出控制等问题。

2.2 仪表面板设计

仪表面板设计是对多路重物检测控制系统，每一路都是重物质量的检测系统，且每一路设计工作原理相同，所以即可将每一路检测程序设计为V1,V1 程序框架图如图2 所示，程序框架图中主要包括以下节点。（1）DAQ通道，是关于DAQ 卡的通道设置。（2）数据采集函数，主要设置采集电压信号，是该程序中最主要的组成部分。（3）数组Build Array,主要连接多种数组连接，也可增加元素。（4）引数组函数Index Array，主要储存所采集的电压信号数据。（5）平均函数Mean vi,平均采集数据。（6）LED 报警灯，完成发光报警的作用。（7）Case 结构与蜂蜜器beep vi 组成，完成报警发光作用。

图2 多同等质量检测程序系统框架图

在设计该系统时即可进行调用，然后进一步完成设计，即可实现设计目的。在这里需要进行四路重物质量检测系统设计，以虚拟仪器技术为基础设计多通道质量检测仪，通过设计多通道质量检测仪，学生能够更直观地观看到其中变化，从而便于学生理解。

2.3 调式系统以及运行

调试硬件会直接影响数据采集卡的采集结果，在该实验教学中进行的硬件调试只会涉及应变片式电阻传感器电路中差分电路部分的调零与调整电桥滑动变阻器，这些在传感器灵敏度检测时，需要在零位数值时进行。在设计完程序以及面板代码后要调式程序，主要是检测是否存在逻辑错误或出现接口设置的错误问题。

3 结语

虚拟仪器技术是计算机与测试仪器技术的最新发展产物，其将计算机软硬件资源最大化的进行发挥，并利用软件模块与模块化功完成传统电压信号测试功能。其不仅能够开发测试控制系统，同时，还可依据自身实际需求完成自定义功能的设置，从而促使编程更加容易，便于学生理解学习。所以，在进行传感器检测技术实验教学时，将虚拟仪器技术应用其中将会成为未来发展趋势，能促使实验原理更加直观，并且设计的质量测试系统具有成本低、结构简单等特点。本文主要分析了虚拟仪器技术的特点以及传感器检测实验教学中存在的问题，探究了虚拟仪器技术在传感器检测实验教学中的实际应用，希望能够提高该课程的实验效果。