Labview在检测与传感技术课程项目教学中的应用

Labview在检测与传感技术课程项目教学中的应用桂秋静（南京铁道职业技术学院电子电气工程系，江苏苏州215137）摘要：分析了原有检测与传感技术课程在实践教学中存在的弊端，提出了将理论课程教学与Labview软件技术结合的新方法，从而提高学生实际动手能力，激发学生学习兴趣和探索精神，实现实验室教学与工业实际应用接轨的实践教学新方案。关键词：虚拟仪器；传感器；温度测量TheApplicationandResearchontheUseofLabviewintheCourseofmeasuringandsectoringtechnologyAbstract：Analyzesthedisadvantagesoftraditionalteachingthecourseofmeasuringandsectoringtechnology,forwardanewteachingmethod：integratingthetheoreticalteachingwiththeLabviewsoftwaretechnology，therebytoimprovethepracticalabilityofstudentsandinspiretheirinterests．Andthisway．wecanmakeOurteachinginthelaboratorybeclosertotheapplicationindustry．KeyWords：virtualinstruments；sensor；thermometrymeasure0．引言检测与传感技术课程是我校新开设的检测专业的专业基础课,也是其他数控机械类和电工类专业的专业基础课，课程历史可追溯到上世纪80年代专业创办初期,是随着检测技术及其他相关技术的发展而开展起来的、最体现专业特色的具有高度综合性和实践性的专业课。目前,检测技术的发展主要表现在以下几个方面:（1）传感器水平的提高例如采用新材料、新工艺使传感器的性能进一步提高,可实现传感器的微型化和集成化；采用计算机技术,使传感器的数据处理能力提高,提升传感器的智能水平。（2）检测方法的推进例如随着光电、超声、微波、射线等技术的发展,使非接触法检测技术得到了发展；随着光纤、光放大器、滤波器等光元件的发展,使信号的传输和处理不再局限于电信号,出现了采用光的检测方法；此外,还有多参量复合检测、主动检测等技术均已有所发展。（3）检测系统的微机化和智能化例如以计算机为中心的智能化的检测系统能够测量多种参量,既有电气量,又有非电气量；具有多个输入通道,可进行多点测量；能够快速进行动态在线实时测量；能够实时快速进行信号分析处理,排除噪声干扰、消除偶然误差、修正系统误差,从而实现测量结果的高准确度以及具有对被测信号的高分辨能力。为了适应现代科学技术发展,必须对检测技术课程的内容作相应的更新和扩充。特别是要在应用新的教学方法和教学仪器上下功夫。1．原有自动检测与传感技术课程在实践教学中存在的弊端《自动检测与传感技术》课程是以控制理论为基础，密切结合工程实际的一门专业基础课，是电气自动化、机电一体化等专业的一门专业基础课。它是将传感技术、控制技术等课程有机结合而成的一门课。对高职类学生的主要教学目标是使学生首先掌握各类工业常用传感器的选用及具体应用方法，并掌握电机的控制方法，从而在此基础上学会对整个系统进行综合设计和分析，从理论逐步过渡到实际的工业控制系统，真正解决实际系统的中的有关问题。课程以电工电子技术、传感器技术、误差理论与数据处理、单片机控制等为先修课程,面向工程应用,站在系统设计应用的角度,介绍常用工程量的检测方法、常用测试系统信号处理方法、系统抗干扰技术,并涉及新型传感器系统的原理应用以及智能化测试系统的设计方法,实现由点到面、由分立技术到系统的过渡。由于本课程应用性极强，单靠书本太理论，学生听起来枯燥乏味，因此该课程的实践教学环节显得尤为重要。课程教学中,开设有检测技术与系统设计综合实验,通过理论学习并结合多个大型的综合性实验,提高学生对检测系统的理解并进而达到设计和应用的目的。由于课程本身涉及较宽的专业知识面,并且与工程实践紧密结合,可以使得学生在掌握基础理论的前提下,通过本课程的实践,工程实践能力和创新实践能力得到一定的锻炼和提高。然而传统实验手段的落后使得实践教学环节只有两种选择：要么借助一些专用实验设备做一些验证性的实验，了解一些简单传感器的工作原理；要么买一些工业用传感器作为示教。这两方面都存在这一定的弊端，前者的缺点是学生在专用实验设备上接触到的只能是一些与工业实际传感器差别较大的实验专用的简单传感器，通过实验，学生只能对传感器的原理加深理解，在实际应用方面还是用处不大；而后者则因为各类工业传感器的应用往往是在工业控制过程或某种特定测控对象中，传感器的输出又需要相应的信号处理与显示，如果要在实验室中真实再现各类传感器的工业应用，显然需要大量仪器、设备与资金的投入，与传感器相比，不但投资大，而且其教学效果也并没有想象中的好。2．LabVIEW在自动检测技术课程教学中的应用NI公司的LabVIEW是一种非常优秀的面向对象的图形化编程语言，是一个开放型的开发环境，它使用图标代替文本代码创建应用程序，拥有大量与其它应用程序通信的VI库。作为目前国际上主流的基于数据流的编译型图形编程环境，它可以把复杂、烦琐、费时的语言编程简化成用简单或图标提示的方法选择功能（图形），并用线条把各种图形连接起来的简单图形编程方式，使得不熟悉编程的工程技术人员都可以按照测试要求和任务快速设计出自己的程序和仪器面板，这大大提高了工作效率，减轻了科研和工程技术人员的工作量[1]。虚拟仪器作为目前测控领域的最新技术已被广泛应用于航天、航空、工农业生产的各个领域。所谓虚拟仪器就是在通用计算机平台上，用户根据自己的需求来定义和设计仪器的测量功能。由于其具有各类标准的信号输入输出接口及各类使用灵活方便的信号处理及仪器模块，恰好为传感器提供了各类信号处理与显示的方案。学生通过虚拟仪器不仅可以将传感器产生的信号采集进来，还可以进一步做二次信号转换、数据处理、显示等。甚至还可以根据检测分析的结果产生相应的输出控制信号，并在计算机上编写用户交互界面，显示相关信息。3.电涡流传感器静态特性测距实验应用分析本实验系统采用的数据采集卡为NI公司M系列的PCT6221多功能数据采集卡，具有16路单端输入通道或8路差分输入通道，采集速度最高为250K/s，分辨率为16位，两路模拟输出通道，最高转换速率为833K/s，分辨率为16位。此外还有两个32位的定时计数器，24路数字量输入输出通道，满足系统的控制要求。将电涡流传感器的电源线连接到基础实验平台的24V直流电源输出端，数据采集模块的电源线连接到多路输出电源输出端（5芯航空插头），将电涡流传感器的信号线连接到数据采集模块的通道1上，打开24V直流电源输出端的开关，打开数据采集模块的开关，打开实验程序，如下图所示，“通道选择”设定为1、“采样频率”设定为1（“1”对应为10KHz）、“采样长度”为1024字节。设定好以上三个参数后点击按钮运行程序，在导轨上移动滑块，观察波形图中显示的电压信号。得到采样信号的平均值，比较滑块距离与显示电压值的关系。滑块渐渐远离传感器，观察电压数值的变化，观测传感器的最大测量距离从而可以得到传感器的输出特性。图1动态显示单通道模拟信号程序面板4.温度传感器测温应用实例分析温度传感器是自动检测系统中的一个重要章节，由于温度传感器种类较多，目前工业常用的有：热电偶、热电阻、热敏电阻、半导体温度传感器等，如果选用目前工业应用较广的半导体温度传感器为蓝本，设计虚拟仪器测量显示程序。通过在接线面板上的简单连接，将传感器产生的信号输入到虚拟仪器数据采集卡的模拟通道，由于传感器的输出电压随温度的变化规律是：温度每变化1℃，其输出电压改变0.01V，故在程序中只需将数据采集卡采集得到的电压值乘以100即得到了温度值，其数据经温度单位选择开关送温度显示，通过程序的循环执行将当前温度实时地显示在计算机显示屏上。执行本程序不仅可在计算机屏幕上看到当前温度的动态采样值和图形显示，还可在按下停止键后显示出采样的点数及采样时间段内的最高温度、最低温度、平均温度，同时可将采样数据都保存到用户指定文件中。程序执行后在计算机屏幕上将见到用户界面及对话框，在对话框中学生可输入指定文件名及路径，过后学生可到该文件中查看所有温度采样数据。通过本实验，学生不仅可以真实体会温度传感器在温度测量中的应用，还可加深对动态测量和数据处理的认识。另外只要更换传感器后在程序中稍做修改，就可以做其他温度传感器的测量实验。同时对学过虚拟仪器的学生还可以启发他们自己设计程序完成其他功能的编程，如画出动态温度分布曲线、增加传感器选择功能等。5．结束语通过一系列实例，设计的虚拟仪器系统具有友好的人机界面，经过实际测试系统稳定可靠，控制响应速度快，曲线变化平稳，完全满足了实际和教学方面的需要，也充分体现了虚拟仪器的特点。特别是其扩展性很好，可以随时添加更加先进的控制算法，而且开发周期很短。综合看来，虚拟仪器在机电控制系统的实践教学中具有推广使用价值，值得进一步探讨和研究。参考文献：[1]周求湛，钱志鸿，刘萍萍等编著．虚拟仪器与LabVIEW7Express程序设计．北京航空航天大学出版社，2004[2]雷振山编著．LabVIEW7Express实用技术教程．中国铁道出版社，2005[3]张红梅,徐启丰,徐贵水,白振兴.虚拟仪器在航空仪器检测中的应用.空军工程大学学报(自然科学版),2003,4(2).[4]李晴,朱敏.《虚拟仪器技术》课程建设思路与实践.常州信息职业技术学院学报,2007，3(6).[5]秦补枝.《虚拟仪器现实技术在传感器实验教学中的应用》.科技信息,2008，17(287)作者简介作者姓名：桂秋静出生年1982-、女、汉族、籍贯江苏省淮安市、职称助教、最高学历研究生、研究方向自动控制及检测。