基于LabVIEW的檢測技術虛擬實驗系統

張偉斌

咸陽職業技術學院，陜西咸陽 712000

高等職業教育強調對學生的實踐能力的培養，這就給高等職業院校的實驗設備與實驗場地提出了更高的要求，雖然各高等職業院校不斷加大對實驗實習條件改善的資金投入，從一定程度上得到了改善，但還不能從根本上解決實驗設備的緊缺問題。通過虛擬儀器開發軟件LabVIEW建立虛擬的實驗系統，彌補傳統實驗室的不足，給學生提供更多的實驗實踐機會，培養學生的實踐動手能力和創新能力。

1 虛擬儀器簡介

利用電子仿真軟件EDA可以模擬設計電路、分析電路、觀察信號波形等，但僅僅限于理論分析與研究，EDA仿真軟件中的虛擬儀器是純軟件的、仿真的。利用虛擬儀器開發軟件LabVIEW設計的虛擬儀器完全可以勝任傳統儀器的各種功能，完全替代傳統的測量測試儀器，并且還可以根據需要設計建立滿足特殊要求的專用儀器。不同的虛擬儀器儀表設備可使用相同的硬件系統，通過軟件的設置就可以實現功能完全不同的各種測量測試儀器，即軟件系統是虛擬儀器的核心。

2 檢測技術虛擬儀器綜合實驗平臺組成

根據檢測技術課程的教學要求，學生通過學習可以正確根據檢測要求選擇合適的傳感器，設計完成檢測電路，使用測量儀器儀表分析檢測數據、觀察信號波形等。使用虛擬儀器開發軟件LabVIEW設計的綜合實驗系統平臺由硬件系統和軟件系統兩大部分組成。其中硬件系統主要完成對外部數據的采集，包括綜合測試平臺、傳感器系列實驗模板、微型計算機等。實驗系統包括虛擬儀器儀表開發平臺、虛擬儀器驅動程序、實驗示范程序等。

3 虛擬實驗平臺的基本功能

3.1 產生激勵信號

產生電路檢測所需的正弦波、方波、三角波、脈沖信號等任意波形；提供數字信號，即提供虛擬的函數信號發生器、任意波形發生器和數字信號發生器。

3.2 常用儀器儀表基本功能

通過虛擬儀器實現常用的示波器、電壓表、計數計、頻譜儀和邏輯分析儀等儀器儀表設備的基本功能，實現對信號波形、幅值、頻率、周期、RLC參數、頻譜等的測量，并能夠對時域、頻域和數據域測試分析。

3.3 自動測試的功能

虛擬儀器在微型計算機測試程序的直接控制下進行工作，能夠實現自動測試功能。通過對微型計算機上的軟件編程，可以讓虛擬儀器的對測量對象的頻率、幅度、量程的參數進行自動設置，以及自動完成數據的采集、存儲、傳輸、處理和顯示等。

3.4 可擴展性

利用虛擬儀器開發軟件設計的虛擬實驗系統平臺，不僅可以滿足傳感器與檢測技術課的實驗要求，還可以完成相關課程的實驗要求。在實際應用中可以通過軟件的設置，開發更多符合要求的多功能虛擬儀器設備，所以虛擬實驗系統平臺應用范圍廣、開放性好、可擴展性強。

3.5 滿足不同層次的實驗要求

在使用虛擬儀器完成實驗時，可以使用虛擬儀器開發完成的操作界面，利用實驗室的現成的實驗電路板進行驗證性實驗，而不需要自己設計電路和編輯程序。掌握了基本的理論知識后，可以利用現成的實驗電路板，開發滿足特定條件的虛擬儀器設備，從而鍛煉學生的初步的設計能力，在設計過程中需要編程相應的程序，但不需要自己對電路進行改進或設計。有了基本的設計能力后，可以完成一定的項目工作，自行開發設計實驗電路板，并開發適用的虛擬儀器設備，實現對電路數據的采集、分析、存儲和顯示等功能，培養學生的綜合能力。

4 虛擬實驗系統的工作原理

虛擬實驗系統通過綜合測試平臺完成數據信號源的產生、外部數據的采集、實現與實驗電路模塊和微型計算機主機的數據通信。計算機通過綜合測試平臺得到檢測數據后，由虛擬儀器開發軟件LabVIEW設計的虛擬儀器設備完成數據的分析、存儲、和顯示等，調整虛擬儀器前面板各種操作按鈕，使數據的達到理想的狀態。

圖1 虛擬實驗系統工作原理

4.1 信號源模塊

采用直接數字合成的任意波形發生器，虛擬實驗平臺軟件直接提供了四種函數的波形數據，用于產生正弦波、方波、三角波和鋸齒波4種波形。

4.2 采集模塊

采集模塊有兩個采集數據輸入通道，采用了12位的A/D轉換器，最高采用速率40MHz，通道增益、采樣速率、采樣點數、觸發源和觸發方式等也可通過編程控制。

4.3 實驗電路板模塊

實驗電路板模塊通過綜合測試平臺上的插座就可以實現相互通信，從而完成不同的實驗項目。實驗電路的基本模塊包括運算放大器、波形變換電路、有源濾波器、頻譜分析儀、等實驗模塊。

虛擬儀器實驗系統解決了傳統儀器在操作過程中由于操作不當可能引起儀器設備損壞的問題，消除了學生面對測量設備操作的恐懼感，彌補了傳統實驗設備的不足。虛擬儀器實驗系統借助一臺微型計算機就可以完成幾乎所有的傳統測量儀器儀表的各種功能，節約了實驗室儀器設備投入成本。

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