虚拟技术在传感器与检测技术实践教学中的应用

【摘要】在高职实践教学中，为了加强实践教学、提高教学质量，引用虚拟技术教学已经成为其重要的教学手段。虚拟技术中主要采用虚拟仪器来模拟实践操作，它即可以丰富课堂教学内容，又可以避免实验实训设备的损坏、训练材料的消耗，并节约了大量昂贵的仪器设备费用。同时学生可以反复的模拟操作，随意地改变数据，更能方便同学们掌握操作技能。因此在实践教学中具有重要的意义。

【关键词】虚拟技术 实践教学 传感器 检测技术

【中图分类号】G71 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2013）02-0234-02

目前在我院传感器与检测技术实践教学中，学生通过操作实物模块来实现各个参数的测试，但因受实验硬件条件的限制，检测中测量参数无法实现自由改变，这对它的特性分析带来了一定的局限性。同时学生在反复练习过程中，设备容易损坏，其性能也会受到影响，这对课程的实践教学带来了一定的局限性。因此在实践教学中引入了虚拟技术教学，通过虚拟的操作面板，用LabvIEw仿真软件来实现相关参数的测试。

一、虚拟仪器简介及虚拟技术在实践教学中的意义

（一）虚拟仪器的含义

所谓虚拟仪器，就是用户在通用计算机或者工作站平台上，根据测试任务的需求来定义和设计仪器功能，通过数据采集卡，利用软件来处理采集进来的数据，实现用户自扩展传统仪器的所有功能。

（二）虚拟技术在实践教学中的意义

在传感器与检测技术实践教学中引用虚拟技术，学生通过虚拟平台的学习，可以提高学生的初步分析及感性认识，巩固学生的理论知识。学生可以不受实践硬件条件的限制，通过虚拟操作面板设计、选择，及大地弥补了设备的不足。学生可以不用担心损坏设备问题而大胆地进行实践，并根据实践情况及时进行改进和优化，省去了大量繁琐的工作，节省了大量时间。

利用虚拟技术，可以彻底打破检测技术受空间及时间的限制，如一些需要长时间才能观察的变化过程，通过虚拟技术，可以在很短的时间内呈现给学生。虚拟制造技术还可以应用计算机、交互外设及软件来构建一个虚拟的生产环境，使学生能如同在制造现场一样，与荧屏上出现的制造过程进行自由交流。虚拟现实技术可以对学生学习过程中所提出的各种假设模型进行虚拟和虚物实化，通过虚拟系统便可直观地观察到这一假设所产生的结果或效果。

利用虚拟技术，可丰富课堂教学内容，展示全方位、多角度的教学内容。将实训等技能训练搬到课堂中进行，由于这些虚拟的训练系统无任何危险，学生可以反复练习，直至掌握操作技能为止。在课程教学中可以在虚拟实训室中进行训练，可以节约大量昂贵的仪器设备费用。解决在教学现场训练实验实训设备的损坏、训练材料的消耗等问题，从而有效节约教育成本。

二、基于虚拟技术在传感器与检测技术实践教学中应用的基本思路

传感器与检测技术实践教学模块中是由多光电检测模块、温度检测模块、环境检测模块、力检测模块等组成。就其中的温度检测模块来说明虚拟技术在实践教学中应用的基本思路。基于虚拟技术的温度检验技术，主要是通过LabvIEw平台构建虚拟画面，模拟仿真实际的温度检验仪器，检验仪器通过软件实现部分功能。主要思路是：通过温度传感器获取现场温度信号，经过信号调理，通过数据采集卡采集数据，再由信号选择、调理之后送入计算机，由测控软件进行分析、显示、存储等，利用虚拟仿真技术，能完成实体设备无法实现的大部分功能，最终通过数据参数的变化，来自动实现对温度的检测。

在原有温度检测模块操作中，学生只能在现有硬件条件下实现电路的构建，完成温度到电压信号的转变，但现有的硬件无法实现电压信号的变化到实际监测环境中温度的变化。而虚拟仪器中可视化图形编程语言平台，提供丰富、功能强大的数据处理软件包，通过虚拟温度程序框图构建及虚拟的温度运行结果画面监测，能直观的反映温度的变化情况，与企业实际运行环境一致，非常方便学生的学习，提高学生学习的激情。

三、基于虚拟技术的K型热电偶温度检测的实现

基于虚拟技术K型热电偶温度检测的硬件实现是由计算机、加上数据采集及电路组成；软件实现运用编程方法，通过建立动态模型库来实现温度仿真检测。采用虚拟技术进行检测优点突出，即可以缩短检测时间、可减少工作量、提高效率；数据检测时可及时保存、显示，方便读数。

（一）硬件实现

K型热电偶温度检测系统主要由虚拟仪器和信号接口采集组成。温度检测过程中首先由热电偶传感器检测温度变化，采用运算放大器对取样电阻两端的信号进行差分运算放大并转换为电信号，输出的信号以过通道选择送到数据采集卡，最后由计算机进行处理。

K型热电偶电路如图：

（二）软件实现

基于虚拟技术K型热电偶温度检测系统，软件部分采用参数库及函数库调用模式。模型库的开发主要建立在LabVIEW仿真模块上。这些工具为建立K型热电偶温度检测系统的模型库提供了一个完整的平台。基于虚拟技术K型热电偶程序连接图如下：

K型热电偶温度检测结果可以在面画中进行显示，如下：

四、结束语

随着虚拟技术的不断发展，在实践教学中广泛采用。虚拟技术应用在传感器与检测技术实践教学中，能够在各个检测模块中直观地反映测量的现象，这样有利于拓展学生的思路、提高学生的学习积极性。

参考文献：

[1]傅晓程.虚拟技术在电工电子实验中的应用[D].浙江大学硕士学位论文.2007，10：1-32

[2]王会咪，刘志峰等.LabVIEW 中 Queue 技术在发电机监测系统中的应用[J].微计算机信息 （测控自动化）.2006， 22 （3-1）：136-138

[3]瞿锐.基于虚拟技术的电机检验技术探析[J]. 机电信息. 2010，18 （57）：57