基于虛擬儀器的壓力傳感器仿真系統(tǒng)

摘要：以傳感器特性的測(cè)試為背景，分析目前傳感器課程教學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中存在著設(shè)備缺乏、資金投入太多等問(wèn)題，進(jìn)行了虛擬壓力傳感器標(biāo)定實(shí)驗(yàn)的研究。講述了虛擬儀器的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)Labwindows／CVI和傳感器的靜態(tài)特性等基礎(chǔ)知識(shí)，介紹了基于Labwindows／CVI虛擬壓力傳感器靜態(tài)標(biāo)定儀的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。通過(guò)測(cè)量和繪制線性度、遲滯、重復(fù)性曲線，來(lái)實(shí)現(xiàn)壓力傳感器靜態(tài)參數(shù)的標(biāo)定，接著詳細(xì)地描述了用Labw-indows／CVI語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)激波管虛擬測(cè)試平臺(tái)的過(guò)程，最后給出激波管虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)壓力傳感器動(dòng)態(tài)特性的測(cè)試結(jié)果，實(shí)現(xiàn)傳感器的動(dòng)態(tài)標(biāo)定。
關(guān)鍵詞：壓力傳感器；虛擬儀器；Labwindows／CVI

0 引言
    今天，信息技術(shù)對(duì)社會(huì)發(fā)展、科學(xué)進(jìn)步起到了決定性的作用?，F(xiàn)代信息技術(shù)的基礎(chǔ)包括信息采集、信息傳輸與信息處理，信息采集離不開(kāi)傳感器技術(shù)。傳感器位于信息采集系統(tǒng)之首、檢測(cè)與控制之前，是感知、獲取與檢測(cè)的最前端。傳感器是理工科的一門(mén)必備知識(shí)，更是檢測(cè)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)課，是前期純電路、理論學(xué)習(xí)向工程實(shí)踐應(yīng)用的轉(zhuǎn)移。傳感器虛擬實(shí)驗(yàn)室能夠復(fù)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，對(duì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程的細(xì)節(jié)放大，加深實(shí)驗(yàn)的感受，為實(shí)驗(yàn)者提供大量的實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)，并且通過(guò)計(jì)算機(jī)的廣博，對(duì)傳感器的各方面起到系統(tǒng)的便捷的學(xué)習(xí)。同時(shí)，發(fā)展虛擬實(shí)驗(yàn)室，能夠節(jié)約大量資金和物力，減少器件的損壞，并且能夠不斷更新，利用現(xiàn)有的豐富的計(jì)算機(jī)資源，進(jìn)行學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)和仿真。目前，在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有傳感器虛擬實(shí)驗(yàn)室，而傳感器實(shí)驗(yàn)是各類(lèi)專(zhuān)業(yè)非常重要的基礎(chǔ)課程，因此它的建立是有很重要得意義。

1 虛擬壓力傳感器的靜態(tài)標(biāo)定
1．1 靜態(tài)標(biāo)定儀的設(shè)計(jì)
    首先出現(xiàn)的是壓力傳感器靜態(tài)標(biāo)定儀界面，如圖1所示。

1．2 靜態(tài)標(biāo)定儀的功能介紹
    虛擬壓力傳感器靜態(tài)標(biāo)定儀主要實(shí)現(xiàn)以下功能：
    ·分別測(cè)量線性度、遲滯和重復(fù)性并能記錄、保存數(shù)據(jù)，計(jì)算靜態(tài)標(biāo)定指標(biāo)，繪制曲線。
    ·應(yīng)用記事本顯示標(biāo)定結(jié)果。
    ·打印傳感器的線性度、遲滯和重復(fù)性的曲線圖。
    靜態(tài)特性測(cè)量的步驟如下：
    第一步設(shè)置傳感器參數(shù)：量程、非線性、遲滯和重復(fù)性；
    第二步選擇測(cè)量方式：自動(dòng)測(cè)量；
    第三步設(shè)置測(cè)量參數(shù)：測(cè)量點(diǎn)數(shù)、循環(huán)次數(shù)、砝碼質(zhì)量；
    第四步進(jìn)行測(cè)量，計(jì)算靜態(tài)特性參數(shù)并繪制曲線圖。
    (1)在LINE_TEST控件的回調(diào)函數(shù)Line_TestCall中添加源代碼程序，實(shí)現(xiàn)信號(hào)產(chǎn)生、繪制圖形、線性擬合、計(jì)算線性度等功能。點(diǎn)擊靜態(tài)標(biāo)定儀的“線性度”測(cè)量按鈕后，測(cè)量結(jié)束后，點(diǎn)擊“繪制曲線”按鈕就可以看到如圖2所示的線性度曲線圖。

    (2)在CHZH_TEST控件的回調(diào)函數(shù)Chzh_TestCall中添加源代碼程序，實(shí)現(xiàn)生成曲線、繪制圖形、計(jì)算遲滯等功能。同理可得圖3遲滯的測(cè)量曲線圖。

    (3)在CHFU_TEST控件的回調(diào)函數(shù)Chfu_TestCall中添加源代碼，實(shí)現(xiàn)記錄數(shù)據(jù)、繪制圖形、計(jì)算重復(fù)性等功能。同理可得圖4重復(fù)性的測(cè)量曲線圖。

2 虛擬壓力傳感器的動(dòng)態(tài)標(biāo)定
    通過(guò)選擇靜態(tài)標(biāo)定儀用戶界面中的“壓力動(dòng)態(tài)測(cè)試”按鈕，我們就可以直接進(jìn)入虛擬壓力傳感器的動(dòng)態(tài)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)的界面，如圖5所示的窗口。

    在這個(gè)框里對(duì)傳感器的“終值范圍”、“上升上限”、“上升下限”進(jìn)行設(shè)置(這三個(gè)參數(shù)可以認(rèn)為是標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，一般無(wú)需修改)，然后點(diǎn)擊“測(cè)試”即可自動(dòng)完成動(dòng)態(tài)測(cè)試的整個(gè)過(guò)程。完成測(cè)試后，在“動(dòng)態(tài)特性”框內(nèi)將顯示本次測(cè)試的相關(guān)參數(shù)，仿真波形可以打印備用。隨著阻尼比和固有頻率的不同，測(cè)量出來(lái)的曲線也會(huì)不同。如圖6所示，阻尼比為0．095，是衰減振蕩情形，從測(cè)量的曲線也可以很形象地觀察到。

3 結(jié)論
    本次壓力傳感器虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，是以傳感器特性的虛擬實(shí)驗(yàn)研究為目的，以虛擬儀器等技術(shù)為背景，構(gòu)建了標(biāo)定壓力傳感器虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)軟件仿真?zhèn)鞲衅魈匦詼y(cè)試的功能。虛擬壓力傳感器標(biāo)定系統(tǒng)，具有用戶界面生動(dòng)、形象、直觀、易操作等特點(diǎn)。本系統(tǒng)作為《傳感器原理及應(yīng)用》課程的實(shí)驗(yàn)輔助工具，可幫助學(xué)生完成壓力傳感器動(dòng)靜態(tài)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)設(shè)備匱乏的情況下以圖形化的方式把試驗(yàn)的具體內(nèi)容直觀地展現(xiàn)出來(lái)，加深了我們對(duì)課程的理解。