LabVIEW虚拟仿真在《传感器原理与应用》课程教学中的应用 LabVIEW虚拟仿真在《传感器原理与应用》课程教学中的应用 程珍珍 祁林 梁成武(河南城建学院电气与控制工程学院 河南平顶山 467000)《传感器原理与应用》课程作为自动化类专业的核心课程，通过该课程的学习，使学生掌握检测系统的设计和分析方法，能够根据工程需要选用合适的传感器，并能够对检测系统的性能进行分析、对测得的数据进行处理[1]。但由于实验课程环节比较注重结果，导致学生只能了解实验表象，无法深刻认知并掌握传感器理论。在国家大力推进新型基础设施建设及电网...
程珍珍 祁林 梁成武
(河南城建学院电气与控制 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院 河南平顶山 467000)
《传感器原理与应用》课程作为自动化类专业的核心课程，通过该课程的学习，使学生掌握检测系统的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 和分析 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ，能够根据工程需要选用合适的传感器，并能够对检测系统的性能进行分析、对测得的数据进行处理[1]。但由于实验课程环节比较注重结果，导致学生只能了解实验 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 象，无法深刻认知并掌握传感器理论。在国家大力推进新型基础设施建设及电网智能感知的背景需求下，在传感器已成为限制各行业发展的瓶颈技术面前，传感器的教学工作需要登上一个新的历史台阶。虚拟仿真实验教学的开展，可以在不借用其他课程资源的基础上，实现传感器原理专业核心课程被测场景虚拟化，检测原理可视化，规律认知在线化，助力传感器原理课程进入虚拟仿真实验教学新时代[2-3]。
虚拟仿真实验环境，给学生提供了一个开环操作的虚拟场景，学生可以在预习场景中了解虚拟实验的操作步骤；同时不用退出预习场景，可并行操作仿真实验相应步骤。多媒体教学课堂上，教师也可以直接展示该虚拟实验内容，展开视觉+现场直播式教学，扩展课堂教学手段，激发学生听课兴趣，提高课堂教学效率[4]。
该项目以电涡流传感器位移测量实验为例，采用虚拟仿真实验教学方法，替代实际实验所需的步进电机位移发生器、电涡流传感器、电桥电路、放大器、滤波器、采集卡及电脑所组成的庞大实验平台，提升了教学形式的先进性。
电涡流传感器位移测量对象是一个内部有台阶的金属管。步进电机前进或后退产生微小位移，步进电机的驱动控制信号通过计算机串口输出。步进电机带着两个电涡流传感器线圈深入金属管内部，探测铜管的内径。如图1 所示，这两个电涡流传感器线圈和两个电阻构成差动电桥电路的四个桥臂，一起构成系统测量电路。当步进电机控制电涡流传感器在管内移动时，因为在移动过程中线圈与管壁距离不同。导致其等效阻抗发生变化。从而使电桥产生不平衡电压[5]。
图1 电涡流传感器位移测量原理图
差动电桥的供电电压E由信号源发出，10 kHz 正弦信号经过变压器隔离后作为参考信号y(t)。差动电桥的输出信号s(t)是含有大量噪声的微弱信号，经过放大、滤波送入数据采集卡。测量信号与参考信号在计算机内进行互相关分析，提取有用测量信号的幅值和相位差。电压信号对应的峰值坐标值即金属管内台阶发生变化的位置，其峰值信号的波形将在监测仪面板上显示。
位移监测仪软件构成如图2所示。系统主要包括步进电机控制模块、信号采集及分析模块和波形显示模块。
图2 位移监测仪软件构成
图3给出了完整的基于LabVIEW的步进电机控制面板。步进电机控制模块分设置和操作两部分。设置部分实现了步进电机与计算机通信所用串口，步进电机的移动速度以及步进电机移动距离的设置，并直观地显示步进电机当前的位置。操作部分包括前进、后退、归零这3种操作，控制步进电机的移动方向。
图3 步进电机控制面板
图4～图6 分别给出了步进电机前进，后退及归零的程序框图。而这3 种运行方式由事件结构（Event Structure）来分别实现控制[6]。
图4 控制“前进”程序框图
图5 控制“后退”程序框图
图6 控制“归零”程序框图
位移监测仪是基于电涡流传感器位移测量装置，将位移信号转化为电压信号，并对其进行相关处理[7]，由二者的关联性，得出位移特性，实现位移的测量。进行相关处理的两电压信号中，一个是差动电桥的不平衡输出电压，含有大量噪音，由通道0 采入计算机，另一个是由信号源提供的参考信号，由通道1 采入计算机。然后应用相关算法对两路信号进行处理，最后显示有用信号的幅值和相位。因此这部分的软件设计包括信号的采集、相关原理的应用以及幅值和相位的显示这3 个模块。图7 给出了信号处理前的采集和设置模块程序框图。图8给出了相关处理及幅值和相位差显示模块的程序框图。在相关处理图形化的过程中，增加放大倍数输入控件，增强可操作性。
图7 相关数据采集程序框图
图8 图像化相关处理模块的程序框图
结合以上模块设计结果，设计了如图9 所示的位移监测仪，面板包括3 个模块，即步进电机控制模块，数据采集模块及波形显示模块。实际测量时，操作位移监测仪，设置步进电机移动距离，监测仪连续运行，同时观察波形变化。通过对波形相邻峰值之间间隔的计算就可获得位移测量结果。
图9 位移监测仪面板
（1）在工程教育专业认证背景下，传感器原理与应用采用虚拟仿真辅助实验教学，符合坚持以学生为本的教学理念，坚持一切从学生的需求出发，注重社会对学生综合素质的要求，注重培养学生的创新能力和实践能力，调动学生参与实验教学的积极性和主动性，激发学生的兴趣和潜力，增强学生的创新创造能力。通过虚拟仿真实验，使学生深入掌握传感器的检测原理及其关键技术，在工程实践中达到准确使用传感器的目的。
（2）传感器课程相关实验种类繁多，但实验室建设规模及设备量通常无法满足开设所有实验的要求，虚拟仿真教学的引入在讲课堂教学拓展到实验室的第二课堂的同时，解决了这一难 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。学生实验室更加具有选择性，为学生创新实验提供了平台。任课教师还可根据学生的虚拟实验完成情况，综合评价学生成绩，完善平时成绩给分依据。
《传感器原理与应用》在构建自动化专业类教学体系中具有重要的地位。采用虚拟仿真技术，能够突破传统认知传感器课堂教学不足，积极推进虚拟仿真实验教学模式改革。该文以电涡流传感器位移测量为例，以LabVIEW 软件为开发平台，编写了位移监测仪程序，组建了电涡流传感器位移测量系统，有助于培养学生灵活组建传感器检测系统的设计能力、实践能力及主动思考问题的能力。
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