虚拟仪器技术在发动机油耗测试中的应用

虚拟仪器技术在发动机油耗测试中的应用（精选9篇）

1.虚拟仪器技术在发动机油耗测试中的应用 篇一

CAN总线在发动机测试系统中的应用

现场的`总线控制系统(FCS)将是新世纪自动控制系统发展的主流,是继DCS后新一代的控制系统.现场总线是综合自动化发展的需要,同时智能仪器仪表则为现场总线的出现奠定了基础.

作 者：任贺英 作者单位：大庆东华油气开发股份有限公司,黑龙江,大庆,163713刊 名：中国新技术新产品英文刊名：CHINA NEW TECHNOLOGIES AND PRODUCTS年，卷(期)：“”(4)分类号：U4关键词：现场总线 测试系统

2.虚拟仪器技术在发动机油耗测试中的应用 篇二

关键词：石油测试设备,虚拟仪器,测试系统

在石油工业中, 虚拟仪器技术发挥了越来越重要的作用。上世纪50 年代我国诞生了第一代模拟仪器, 包括指针式万用表、晶体管电压表等, 并得到了广泛的应用。上世纪70 年代我国又诞生了第二代数字化仪器, 包括数字电压表和数字频率计等, 测试精度和响应速度都得到了很大的提高。随着科技的发展, 虚拟仪器技术也得到长足的发展, 并在石油测试设备中得到广泛的应用。

1 虚拟仪器技术及其优点

上世纪80 年代我国已经开始运用智能仪器, 结合计算机技术和电子仪器技术, 实现了对数据的自动逻辑判断、运算、存储和自动测试的功能, 测试准确度有了明显的提高。软件是虚拟仪器技术的核心, 以计算机本身的数据处理存储、加工功能为依托。虚拟仪器, 与传统仪器相比具有较多的优点。虚拟仪器作为集成测试系统能够有效地集成不同的测试仪器功能。一台虚拟仪器搭配专用硬件板卡, 就能够将很多集成仪器的功能集成起来, 代替很多复杂和分离的测试仪器。这样可以降低使用费用, 而且操作也更加便利。与此同时, 虚拟仪器技术具有更加灵活的功能, 通过一些特制软件, 用户的特殊需要也可以得到相应的满足。虚拟仪器的开发时间和开发费用均低于传统仪器, 因此操作和维护都比较便利。不同的测试结果能够在同一面板上显示出来并且实现自动化操作, 对控制的自动化进程进行了有效的优化。在投入完整的虚拟仪器之后就能够使用软件编码来进行相应的控制和测试, 极大的降低了维护和开发的成本[1]。

2 虚拟仪器技术在石油测试设备中的具体应用

在石油测试系统设计中引入虚拟仪器的概念, 开发以虚拟仪器技术为基础的石油测试系统。以计算机的处理能力和资源为依据, 用软件对测井信号进行显示、记录和处理。该测试系统分为获取和采集信号、分析和处理信号、输出和显示结果三大部分。硬件主要负责获取和采集信号, 并对信号进行转化。计算机软件能够对信号进行有效的处理, 并由外围设备和计算机显示和输出信号处理的结果[2]。

2.1 系统的硬件电路

以虚拟仪器技术为基础的石油测试系统在对物理信号进行测量前, 主要由传感器对物理信号进行转化, 使其成为计算机可以识别和处理的电信号。电信号的特点在于对噪声敏感、幅度较低, 需要进行滤波和调制, 然后再转化为数字格式。当前数据采集卡已经具有比较完善的功能, 考虑到测井仪器供电具有一定的特殊性, 为了完成信号到合和分离还需要增加一些电路。保护电路和电脑分离会将测井仪器的信号送进多路选择器, 各种信息都由脉冲信号进行记录。数字信号处理器会对脉冲信号进行计数, 并采集当前值, 或者进行时间采样。在处理之前, 要对编码信号和模拟信号进行转化, 使其成为数字信号。数字信号处理技术可以选择小波分析技术, 应用软件模块来完成消噪、滤波, 不再配备不同的硬件电路板。模拟信号能够对物理信息进行反应, 或者直接记录。

实时采集是石油测井仪器的一个重要使用要求, 为了满足传输率的要求, 不能使用普通的串口通信, 因此在本系统中运用了串行总线接口技术 (USB) [3]。

2.2 系统的软件设计

作为虚拟仪器技术的核心内容, 该系统的软件分为两个主要组成部分:I/O接口仪器驱动程序、应用程序。应用程序又分为测试功能流程图进行定义的软件程序, 和对虚拟面板功能进行实现的软件程序, 两个部分。I/O接口仪器驱动程序的主要作用在于, 对外部硬件设备的通信、驱动和扩展功能进行实现。

在当前的技术条件下有两种虚拟仪器开发软件平台:图形化编辑语言、文本编辑语言, 其各有优缺点。图形化编辑语言的优点在于开发效率高、直观性强、编程简单, 文本编程语言的优点在于具有较强的灵活性、能够便利地添加功能。本系统处理模块和虚拟空间的设计中主要使用的是图形化语言开发平台中的Lab VIEW。

该平台的编程环境比较复杂、功能强大, 该开发平台具有较多的函数库和虚拟仪器, 使用较为便利, 开发效率较高。对石油测试系统的软件设计包括两个方面:设计应用程序、设计带有USB接口的驱动程序。

根据实际需要, 应用程序可以分为频谱分析仪子系统1 个、虚拟示波器系统1 个、检测子系统4 个。只需将需要测试的项目名称输入主面板就可以打开相应的测试面板进行测试。每个子系统都具有不同的功能, 因此需要不同的软件流程。每个项目都具有基本类似的检测流程, 但其使用的子VI不完全相同, VI指的是在虚拟仪器。对于系统中一些完全独立的过程, 可以将其设计成为不同的子VI, 从而使软件设计就更强的模块化和程式化, 使程序的可读性得到增强。在这一时间段内, 测试系统都能够及时的记录脉冲信号的计数值, 然后进行曲线拟合, 将其在屏幕上进行显示, 具有很强的直观性。同时系统也能够精确地记录模拟信号的幅度, 并对模拟信号进行有效的消噪、带通滤波、低通、高通处理, 软件会有效地转化数字化后的信号, 并对其进行图像显示。

带有USB接口的驱动程序主要是用来对用户界面和仪器进行连接, 该开发平台可供用户使用的传统的GPIB函数、VI包括串口通信函数、标准VISA I/O函数等。该系统使用了CIN接口技术来编写驱动程序, 驱动程序的所有功能函数都能够通过C语言得以实现。

3 结语

在石油测试设备中应用虚拟仪器技术, 开发以虚拟仪器技术为基础的是要测试系统, 能够对传统石油测试系统进行有效的优化, 在一个硬件平台上对仪器的调试进行有效的集成, 极大地简化了开发环节, 也使硬件电路的重复设计得到了有效的减少。通过应用计算机的处理能力和计算能力, 以及数字信号处理技术, 能够使石油测试设备的集成度和智能化得到有效的提高, 充分发挥虚拟仪器技术的优势, 具有广阔的应用前景。

参考文献

[1]韦秀瑜, 马晓磊, 刘桂莲.虚拟仪器技术在石油化工检测中的应用方式及前景分析[J].化工管理.2014 (18) .

[2]耿卫江.基于计算机的虚拟仪器技术的设计与应用[J].信息技术与信息化.2015 (07) .

3.虚拟仪器技术在湿度测控中的应用 篇三

关键词 虚拟仪器 湿度 测控

中图分类号：TP274 文献标识码：A

众所周知，烟叶是一种重要的经济作物，对提高农民收入，增加政府税收有着重要的作用，因此研制先进的烘烤设备控制烟叶烘烤的温湿度环境，让烤烟的温湿度环境与烘烤工艺参数要求相符合，这对提高烤烟质量有重要作用。本文根据烤烟对湿度测控的需求设计了一个基于虚拟仪器的湿度测控系统。

1湿度测控系统构建思路

烟叶在烘烤的过程中会产生水分，令烤房内的湿度变大，故系统通过步进电机这个执行机构来控制排风门的开关方向及开度，进而控制排出的湿气量而达到工艺要求。该设计分为硬件与软件两大部分，以个人计算机为硬件平台，配合数据采集卡、传感器、信号调理电路完成硬件配置，采用当前最为流行的LabVIEW8.6为软件开发平台。

2系统硬件设计

该烤烟测控系统硬件由三部分组成：湿度采集模块、湿度信号调理模块和湿度控制模块。

2.1湿度采集模块

湿度采集模块即为湿度传感器，本模块用包着蘸水纱布的热敏电阻作为传感器，来测量装烟室内水汽的温度，根据干湿球温度计原理和干球温度与湿球温度关系，即可采集到环境的湿度信号。

干湿球温度计是利用水蒸发时要吸热降温，而蒸发的快慢（降温的多少）和当时空气中的相对湿度有关这一原理制造而成的，其构造是用两个温度计，一个在玻璃球底部用白纱布包好，将纱布的另一端浸在水槽里，毛细作用使纱布经常保持潮湿，此为湿球。另一个未用纱布包裹裸露在空气中的温度计，谓之干球（干球表示环境温度），如果空气中的水蒸气没有饱和，湿球的表面不断地蒸发水汽，并吸收汽化热。因此湿球所表示的温度都比干球要低。空气越干燥（湿度越低），蒸发越快，不断的吸收汽化热，使湿球所示的温度降低，而与干球间的温差增大。相反，当空气中的水蒸气呈饱和状态时，水份便不再蒸发，也不吸汽化热，湿球和干球所示的温度，即会相等。我们可以通过干湿温度计的差值及当前温度，查出现在的湿度。

本系统则是利用这一原理逆向推理，通过烘烤工艺所要求的湿度参数来推出所要求的水的温度，通过控制烤房内水的温度（湿温）进而达到控制烤房中相对湿度的目的。

2.2湿度信号调理模块

信号调理部分由数据采集卡和信号调理电路组成。

（1）数据采集卡：有效地将外部硬件设备与计算机相连。

采集卡参数要求为：

①输出输入范围：0～5v模拟输入输出

②采样周期：2秒/次

③4路模拟输入；

（2）信号调理电路：将热敏电阻输出的微小电压转换成数据采集卡可识别的0～+5V的信号。

该电路的特点是：差动输入端分别是两个运放的同相输入端，因此有很高的输入阻抗。

2.3湿度控制模块

采集到的湿度信号经调理和A/D转换后送到湿度控制程序后，将湿度控制输出量由采集卡的IO0，IO1，IO2，IO3口输出给步进电机，从而控制湿度。

湿度控制是通过控制装烟房墙壁上的排风门开度实现的，根据湿度与设定值的差值来设定排风门开度的大小，排风门的控制采用步进电机，根据历来现场的实际操作经验，湿温每超出设定值0.5€癈，排风门的开度增大18度，当湿温低于设定值0.5€癈，排风门的开度减小18度。排风门最大开启90度，最小为0度。当湿温高于设定值2.5€癈，排风门将保持在90度不变，当湿温低于设定值的2.5€癈时，则关闭排风门即0度不变，直到符合设定湿温指标为止。

系统选用四相四拍，步距角为1.8度的步进电机。正反转控制通过改变步进电机的通电顺序来改变其转向，当电机绕组通电时序为AB-BC-CD-DA-AB时为正转，通电时序为DA-CD-BC-AB-DA时为反转。

驱动步进电机采用的是恒压恒流桥式驱动芯片L298N。按照湿度环境条件，对采集卡的IO0，IO1，IO2，IO3口输出口进行信号的输出控制。

3软件设计

软件设计分为湿度信号的采集和湿度控制两个模块。

数据采集模块完成对数据采集卡的驱动以及各项参数设置，如通道设置、增益、读写状态等。实现方法是在LabVIEW界面下调用采集卡提供的AIsimple函数，通过采集卡AI0，AI1，AI2，AI3四个通道同时对湿度信号进行采集。之后连接解析簇函数unbundle函数解析出一维电压值数组，再由索引数组函数IndexArray给函数四个索引端口连接索引值，element参数输出该索引值对应的电压值。最后经过湿度四路求平均，求出传感器采集的烤房内的湿度电压值，经过换算得出湿度值。

由于数据采集卡输出的是湿度对应的电压，因此要把湿度设定值T在与采集的电压量比较之前应该将其转化为对应的电压量。经过仿真，该系统克服了控湿的烦琐操作和夜间观察调节的诸多不便，大大降低了烘烤劳动强度，有效提高上等烟比例，有利于烤烟烘烤质量的稳定和提高。在烟叶生产中具有广阔的推广应用前景。

参考文献

[1] 郭阳明.基于虚拟仪器的温湿度测量系统设计与实现[J].中国测试技术，2008，5（3）：302-305.

4.虚拟仪器技术在发动机油耗测试中的应用 篇四

1 航空发动机试验测试技术介绍

航空发动机的研制和发展是涉及热物理学、流体力学、材料学、结构强度、机械传动、自动控制、计算机与电子技术、光学技术等多种学科的综合性系统工程。航空发动机的工作条件非常苛刻, 处于高温、高压和高速转动的工作状态, 为了提升航空发动机的性能、可靠性以及寿命等, 要充分掌握航空发动机在不同工况下的温度、压力、腐蚀、间隙以及应力等情况。

航空发动机整机试验测试技术涉及了电磁学、声学、光学、力学、热学、几何量等专业领域;其应用的技术主要包括数据采集处理技术、气动热力分析技术、结构设计技术、数据存储技术以及信号传输技术等;测量参数主要包括压力、温度、转速、气流方向与速度、推力、空气流量、燃油流量、电压、湿度、进排气颗粒、组分浓度等。

随着科学技术的不断发展, 发动机性能也得到了进一步的提高, 同时提升了航空发动机的安全性、可靠性和经济性等。在航空发动机整机试验测试技术的飞速发展过程中, 对测试系统的灵敏度、准确度、量程、规模、通道、动态响应情况、抗恶劣环境能力、智能化水平以及非接触情况等方面均提出了较高的要求, 只有做到精益求精, 才能够更加贴合航空发动机的使用要求和研制要求。最后, 航空发动机整机试验的测试结果一定要满足设计要求的准确度, 这样才能够使航空发动机研制得以高效有序的进行。

2 现阶段航空发动机整机试验测试技术的现状分析

我国的航空发动机已经经历了半个多世纪的研究发展, 目前, 航空发动机整机试验测试技术也取得了阶段性的发展与进步。在高温测试领域, 已经发展出1800 ℃的高温热电偶, 并在燃烧室出口温度场测试成功;以及研制出1250 ℃的最高示温漆测温, 并在复杂构件表面温度场测试成功。同时, 我国对于高温应变计测量技术的掌握已经达到了1000 ℃, 正致力于研究更高温度的应变技术。而气动参数测量技术领域中已经设计研制出多种气动探针, 其中包括满足Ma=0.1 ~ 1.4 测试要求的气体压力探针, 已在发动机整机试验中成功应用。

在航空发动机整机试验动态压力测试技术领域中, 已经成功地开发和研制出多套动态采集设备及分析工具。其中, 约200 k S/s的最高采样率和控制在100 k Hz内的信号测试分析, 能够对大发激波测试、畸变旋涡尺度、消喘、整机气动极限参数等工作提供强有力的支撑。同时应用遥测系统和引电器等进行参数测量, 并具有根据试验要求设计和制造特殊结构的能力。

在叶尖间隙测量领域实现突破, 采用多种技术手段对发动机内部结构和间隙进行测量, 扩大测量范围, 提高测量精度, 其中传感器端面耐温为1400 ℃。基于数据库技术开发试验数据管理系统对大量的试验数据进行管理和分析, 并进一步强化设计与试验的数据协同, 挖掘出重要数据。

3 未来航空发动机整机试验测试技术发展趋向

来来航空发动机趋向于更高的可靠性发展, 致力于保持航空发动机高效率与涡轮进口温度。同时, 降低噪声和排放也是未来航空发动机发展需求, 这就对发动机整机试验测试技术提出了更高的要求与新的挑战。健康管理技术和主动控制技术是新一代智能发动机主要采用的技术, 要求传感技术精益求精。另外, 有相关研究结果表明, 未来发动机的研制方向为具有高效率、竞争力的价格以及友好的环境, 与此同时, 发动机的健康管理和主动控制也对传感器提出了更多的要求。

未来航空发动机整机试验测试技术致力于传感器小型化设计、高性能测试仪器、高温燃气温度测量、嵌入式传感、高温构件表面温度测量、长寿命高可靠传感器设计、滑油品质在线监测、噪声测量校准分析、空气系统测量、叶尖间隙测量与校准、燃油流量动态测量校准、流场精细测量等测试技术研究工作。

4 结语

综上所述, 作为对航空发动机整机性能进行综合评价和对其设计进行科学优化的重要指标, 试验测试数据的准确性确定非常重要的意义。为此, 航空发动机整机试验测试技术的进一步发展能够促进我国航空发动机发展的整体水平, 那么, 我国要致力于使航空发动机整机试验测试技术标准规范的建立得到不断的完善, 以加速研制航空发动机的进程。

参考文献

[1]王振华, 王亮.航空发动机试验测试技术发展探讨[J].航空发动机, 2014, 40 (06) :47-51.

5.虚拟仪器技术在发动机油耗测试中的应用 篇五

虚拟仪器技术 液体流量计检定系统

1 虚拟仪器技术应用于液体流量计检定系统的背景

随着计算机技术的不断发展,基于单片机、PLC或PC开发平台的测试仪器不断涌现,在为用户提供了丰富的控制方法和测试仪器的同时,具有很多缺点,如:通用性差、仪器可扩展性不高、兼容性不理想等。为了弥补以上缺点,虚拟仪器技术应运而生。虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件,结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。虚拟仪器技术将计算机技术和测试技术结合在一起,利用现代计算机强大的分析和数据处理能力,用软件实现各种测试和分析功能,具有极大的灵活性。不仅满足提高设备复杂程度和智能化水平的要求,而且通用性强,能随意扩展功能,方便连接和调试。大大降低成本,提高仪器的自动化水平。

2 检定系统方案设计

本检定系统主要以目前比较常用的电磁流量计为例来进行研究,检定介质为石油,通过传感器对流量标准装置的现场参数进行实时采集,经调理电路进行放大隔离处理,通过数据采集卡输入到工控机的LabVIEW软件平台,同时工控机对现场的水泵、阀门进行控制以设置合适的检定条件。总体方案是:以工控机为核心,在软件上采用基于windows环境下的LabVIEW开发平台;在硬件上通过信号调理电路和数据采集卡以及工控机组成的数据采集系统实现了对被检流量计输出的不同信号的数据信息采集。

流量计检定系统的硬件包括:压力传感器、温度传感器、称重传感器、被检流量计、执行机构(阀门、水泵)、信号调理电路、数据采集卡、工控机以及存储打印设备等,并为系统本身和被检流量计提供所需的电源和防干扰隔离设备,以保证系统的可靠运行。

①传感器。本检定系统测试需要的传感器有温度传感器、压力传感器和称重传感器。温度传感器选用JWB一体化温度传感器,JWB一体化温度变送器是一种接触式测量温度的现场用仪表,通常与其相应的二次仪表或计算机采集测量系统配套使用,可准确测量生产工作过程中各种介质或物体的温度。压力传感器选用OEM标准型离子束溅射薄膜压力传感器。为了保证检定的精度,要求选用精度高、稳定性好、灵敏度较高的传感器,并根据液体流量标准装置称重容器满载时的总质量选择适合的称重传感器。根据检定系统的基本要求,选用1241型称重传感器,该传感器采用金属应变原理将质量值转换成电信号输出,其具有精度高、温度特性好、稳定性好等特点。

②信号调理电路。结合上述介绍和本次设计选用的温度传感器、压力传感器和称重传感器的型号,本系统的调理电路由三部分组成,分别承担温度和压力信号的放大、隔离和滤波等作用。根据不同传感器的不同特性选用相应的信号调理电路。在温度调理电路中,由于输入信号为微弱的直流信号,温度信号的变化很小,所以除了对信号的放大要求外对其它的性能要求不高。根据压力传感器和称重传感器的特性和性能指标以及实际的工作环境,信号调理电路应能够实现对其信号的放大、隔离和滤波。我们选用LM系列运算放大器,在此我们选用采用了隔离放大器AD202作为电流—电压转换电路,并结合放大器LM324实现对信号的隔离、滤波和放大。

③数据采集卡。数据采集卡就是把模拟信号转换成数字信号的设备,其核心就是A/D芯片。本系统采用的PCI8606卡是由北京阿尔泰科技发展有限公司开发的一种基于PCI总线的数据采集卡,可直接插在IBM-PC/AT或与之兼容的计算机内的任一PCI插槽中,构成实验室、产品质量检测中心等各种领域的数据采集、波形分析和处理系统。

检定系统数据采集原理如下:流量计检定系统的数据采集是被检流量计的模拟输出信号通过PCI8606采集卡上的A/D转换后输入到工控机;管道和工作容器中的温度经调理电路进行放大滤波输入PCI8606采集卡上的A/D转换后采集到工控机中;稳压容器、管道和工作容器中的压力信号经信号调理后输入到采集卡传输到工控机;阀门、水泵和电机的状态信号为数字信号直接输入到工控机。

3 系统软件设计实现

在流量计检定系统软件平台搭建中,存在着大量的实时数据需要处理:一方面PCI8606采集卡将检定过程中的各现场参数值实时采集进来进行显示存储,另一方面采集进来的这些数据要进行各种处理,比如过程数据显示和处理结果显示,还要根据现场参数值实时调节各阀门。由于本检定系统是利用输入信号的变化来反映流体流量的变化,在构建检定软件时,着重考虑采集数据的标度变换以便显示、采集频率、数据结构及实时时钟等进行编程和控制。

流量计检定软件系统主要完成的功能有:①人机交互式对话控制对现场压力、温度和质量参数进行动态检测,能把实时数据显示在屏幕上,并能进行工况记录,参数可以灵活设定和修改。②由于被检仪表种类较多,需要设置的参数较多,因此系统采用向导式结构,操作人员无需进行专门的培训就能进行操作,系统按检定功能设计了管道设置、开始检定、数据管理、停止检定4个模块。③纠错功能,当检定过程中系统出现故障时,显示出错信息,及解决方法,待故障排除才能进行检定。④多通道设计检定,通道不同时工作容器系数和容器零点也不相同,因此需要根据被检流量计口径的不同设置多个检定通道。

系统初始化结束后进入正式的检定状态,对温度、压力、称重、被检仪表等信号进行采集、处理、显示和存储等,同时为了保证稳压系统的稳定及管道流量的稳定,系统需要对流量调节阀进行控制。

本文结合虚拟仪器和静态质量法流量标准装置设计理论,完成了液体流量计检定系统的设计,目前已成功应用于石油流量计检定。虚拟仪器技术具有的一系列优点,将使得其将越来越广泛的应用于油气资源开采与勘探中的测试与计量仪器开发。

参考文献:

[1] 张丽梅,李海明.基于LabVIEW和模块化仪器设计示波器检测系统[J].仪器仪表用户,2010(03).

6.虚拟现实技术在教学中的应用 篇六

[关键词]虚拟现实教学；沉浸理论；多样性；专一性

一、虚拟现实技术在教学的发展

近年来，随着虚拟现实技术的蓬勃发展，虚拟现实在教学中的应用作为一种新型的教学手段越来越引起大家的兴趣，也有越来越多的學校、教育机构和教师看到了其可在教育教学领域中发挥的作用，包括哈佛大学在内的知名大学纷纷将虚拟现实引入到课程教学中。

利用虚拟现实教学是能够提供三维仿真情境的、支持师生在特定教学模式中自己创建对象的、给予师生现实世界无法获得的体验、允许学习者间以多种形式互动的教学手段。虚拟现实教学并不是三维环境与普通虚拟学习环境的简单叠加，它是一种拥有独特设计和全新功能的学习环境。

二、虚拟现实教学的优点

1.身临其境的真实体验

沉浸理论表明当人们因为聚精会神地投入到某种活动中而处于完全不受其它因素干扰的状态时，他们会表现出愉悦感，这种状态即为“沉浸”。沉浸状态是人的内在动机的最佳状态，在这种状态下人们完全专注于他们的工作。在虚拟现实教学中生成的交互式人工世界，可以使置身于其中的学习者产生身临其境的感觉，沉浸在虚拟的环境中，取得更高的学习效率。

2.灵活多样的交互方式

学生学习知识是在个体与社会的互动、个人适应社会的过程中逐渐建构起来的。教学应从学生所处的真实生活环境中追寻问题情境，让学生感受到不足或与其已有的认知相互矛盾之处，以激发其学习动机；要根本变革教学模式，要从“独白”走向“对话”、从“个体式学习”走向“合作式学习”。虚拟现实教学支持学习者之间以化身的方式进行文字、语音、肢体语言等多种形式的沟通和交流，具有天然的社会性，是学习者实现社会化建构的良好平台。

3.学习体验多样性

学习不仅植根于某个特定的情境中，它还应该发生于复杂的社会情境中。情境认知非常注重真实活动在学习中的意义，并认为，真实的活动可以简单地定义为文化的日常实践。真实的经验是很重要的，而由于身体和特定环境的限制，学习者不可能获得所有的真实经验。但虚拟现实教学提供了独特的尝试，使个体能够跳出身体和先前经验的制约，在接近于现实世界的环境中体验各种状态的变化。同时虚拟现实教学允许学习者自己创造物品。学习者可以在教学模式和教学内容的框架下，自己进行尝试、探索，逐渐达到教学目标的要求。

4.学习环境的专一性

在虚拟现实教学中，虚拟学习环境系统可以需要根据学习者的现有水平设计有挑战性的任务，并根据学习者的学习情况实时做出反馈与调整。适当的学习情境能够帮助学生完成对新知识的理解、促进知识的迁移。与学习者相适应的学习环境使得学习者在学习体验上更加愉悦主动，更有效的提高学习水平。

5.增进师生感情

良好的交互有利于缩小师生间的距离在网络学习状态下，由于师生分离的原因，师生之间存在跨越心理空间和物理空间的交互影响距离，加强师生交互可有效地缩短这个距离。虚拟现实教学所提供的全新虚拟环境和交互方式，可以模拟教师和学生的多种行为，从而大大增进师生交互，有效地缩短交互影响距离。

6.有利于相关技能的掌握

传统教学系统中，学习者的动作与技能的培养一直是难题，因为动作技能需要在相关操作的体验中习得，而操作环境和指导教师总是受到限制。虚拟现实教学具有很强的仿真功能，可以模拟大量的技能训练环境，学习者在这样的虚拟环境进行技能训练可以获得接近于真实环境的体会与感受。

三、虚拟现实教学的技术支撑

1.Web3D

Web3D是在互联网上实现三维图形技术的总称，被视为Web技术与3D技术相结合的产物，实际上也是基于单机的3D图形技术向互联网的扩展。Web3D所包含的技术各有所长，但是在网络环境下一个共同的目标是更高效的三维计算能力、更优化的实时渲染引擎和更快的传输速度，这为虚拟现实教学的开发奠定了技术基础。

2.云计算

云计算是一种按需调用的虚拟化资源池，它将计算任务分布在资源池上，使各种应用系统能根据需要获得各种软件服务、计算能力和存储空间。云计算技术的应用普及，可以为虚拟现实教学提供更加灵活、高效的实时运算和三维建模等服务。

3.移动互联移动互联

移动互联移动互联就是将移动通信和互联网二者结合起来，个人智能终端或电脑可以借助移动通讯系统访问互联网。随着终端设备智能化和处理能力的提高，在便携式设备就能完成多媒体传输和3D图形实时渲染，为虚拟现实教学的移动化提供了便利。

四、结语

随着硬件技术的飞速进步，终端的显示技术发展迅猛，这为需要在显示设备上进行快速渲染的虚拟现实教学的推广奠定了设备基础。可以预见，具备良好情境性和沉浸性的虚拟现实教学将很快为学习者所广泛接受，成为一种重要的学习工具，对这一技术我们还有很长的路要走，还需要更加深入地进行研究。

7.虚拟仪器技术在发动机油耗测试中的应用 篇七

一、虚拟仪器工作原理

虚拟仪器的各种功能主要是借助于计算机声卡来实现的。计算机声卡的原始作用是负责计算机中声音的输入和输出:输入时, 它接收外来的模拟声音信号, 经过ADC转换后, 变成数字信号, 送给相关软件去进行处理;输出时, 它把需要输出的数字信号经过DAC转变成模拟信号, 送给外接的功放或耳机, 从而还原出声音。现在的声卡中这两个工作是可以同时进行的, 这种工作方式叫做双工。双工的工作方式使得虚拟仪器中的多个设备可以同时工作。

虚拟仪器利用声卡的输入功能, 可以实现数字示波器、频率计、交流电压表、频谱分析仪等功能, 利用立体声声卡的输出功能, 可以实现双路函数信号发生器的功能。

二、虚拟仪器的特点

虚拟仪器因为充分利用了计算机的功能, 除计算机外, 设备成本几乎为零, 使用者要做的仅仅是自制一根用于信号输入输出的连接线, 而对于电子爱好者来说, 这根本不是问题。

虚仪仪器可以充分发挥电脑屏幕作为显示界面的优点, 支持图形显示的放大和滚动, 可将屏幕的绝大部分面积用于数据或图形显示, 使用户能够深入研究被测信号的任何细节。

虚拟仪器可以充分利用计算机的数据处理能力, 如进行长时间的信号记录、瞬态信号捕捉、波形运算、自定义函数信号输出等。它可以将采集到的数据和分析处理后的数据保存下来, 在需要时还可以打印输出。

三、虚拟仪器的使用

目前网络上最常见的虚拟仪器软件有两款, 一个是严宇亮个人开发的“虚拟仪器0.94”, 另一个是新加坡虚仪科技公司推出的商业软件“虚仪声卡万用仪”。“虚仪声卡万用仪”作为商业软件, 界面和功能则显得更为专业, 软件提供了示波器、信号发生器、频谱分析仪三大功能。下面以“虚仪声卡万用仪”为例来介绍其使用方法。

1、测试电缆的制作

测试电缆分为输入和输出电缆, 但从结构上来说, 这两种电缆可以完全相同, 可以用普通的立体声耳机来改造, 方法非常简单, 只需要把耳机的听音头去掉, 保留下来插头和连接线即可。连接线分左右声道两对, 共四根导线, 为了使用方便, 可以在导线上接上鳄鱼夹。

2、声卡的端口

一般的台式机的声卡有三个插孔, 分别是:MIC IN、LINE IN、LINEOUT。笔记本电脑往往会省略掉LINEIN。

根据声卡类型的不同, 话筒输入口的输入阻抗在600欧~50千欧之间, A/D转换满程电压Vpp在2m V~1V之间, 通常MIC IN只允许单通道输入。LINE IN的输入阻抗通常在1~50千欧之间, 其A/D转换Vpp在1V~4V之间, 可通过Windows控制面板中的录音控制进行调节。LINE OUT的输出阻抗在20~500欧之间, 能输出大约2V的信号。

最简单的输入连接就是直接将被测信号连到声卡的线路输入口或话筒输入口, 但在连接前必须保证被测信号的幅度在声卡所允许的范围内, 否则可能会烧坏声卡甚至电脑。安全起见可以增加二极管构成的限幅电路。

3、示波器的使用

使用示波器功能时, 首先需要打开录音控制面板, 然后根据要测试的信号的来源勾选信号源, 比如是LINE IN还是MIC IN, 这样示波器中才会显示相应的波形。

然后利用自制的电缆往左声道或右声道输入信号, 或两个声道同时使用, 这样就可以实现双踪示波。输入信号后, 可以调节示波器的触发模式、采样率、扫描时间、垂直电压显示范围、显示放大倍数等参数, 使得信号以最满意的状态显示。

需要注意的是, 输入的信号都会受到声卡衰减器的影响, 因此观察到的波形大小都是相对的, 并不是绝对大小。在需要进行信号大小的测量时, 需要利用标准大小的信号进行幅度校准后, 在录音控制面板中的衰减器保持不变的情况下, 才能进行测量。

4、频谱分析仪的使用

频谱分析仪同样采用MIC IN或LINE IN作为信号输入端, 它可以和示波器同时工作, 可以双通道实时显示:幅度谱、相位谱、自相关函数、互相关函数等谱线, 并可调节快速富立叶变换的点数, 选择各种窗函数, 选择是否除去直流分量, 并支持八度分析。

5、信号发生器的使用

信号发生器是以LINE OUT作为信号输出的双通道信号源, 它可以提供:正弦波、方波、三角波、锯齿波、白噪声、粉红噪声、多音合成、扫频信号、自定义波形等。

它既可按所指定的固定频率产生所指定的波形, 也可以按线性或者对数扫频的方式在指定的时间及频率范围内产生所指定的波形。

四、虚拟仪器的局限性

受声卡性能的影响, 虚拟仪器只能工作在音频频率范围内。根据声卡类型的不同, 虚拟仪器的典型工作频率范围为10Hz~20KHz, 几乎所有的声卡都是交流藕合的, 因而它将过滤掉信号中所有直流分量。对于频率低于10Hz的信号则可能出现失真, 例如脉冲信号和方波信号顶部的平滑性和爬升信号的线性都可能受到影响, 这一点是我们在使用时需要注意的。

摘要：本文介绍了一种基于计算机声卡的虚拟仪器, 分析了虚拟仪器的工作原理和特点, 介绍了虚拟仪器的主要功能和使用方法, 为相关人员在没有专业仪器的情况下进行电子测量提供了一种简便的方法。

8.虚拟仪器技术在高校教学中的应用 篇八

虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件,结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。虚拟仪器最早由美国国家仪器公司在1986年提出,“软件就是仪器”的概念是对虚拟仪器最本质的论述和表达。其所包含的意义包括两方面:一方面是说虚拟仪器的面板是虚拟的;另一方面,虚拟仪器的功能是由软件来实现的。无论是初学乍用的新手还是经验丰富的程序开发人员,虚拟仪器在各种不同的工程应用和行业的测量及控制的用户中广受欢迎,这都归功于其直观化的图形编程语言。虚拟仪器的图形化数据流语言和程序框图能自然地显示您的数据流,同时地图化的用户界面直观地显示数据,使我们能够轻松地查看、修改数据或控制输入。目前世界上最具代表性的3个虚拟仪器开发平台是:美国N I公司的Lab Windows/CVI、Lab View和惠普公司的HPVEE(又称为Agilent VEE)。

与传统的仪器相比较,虚拟仪器拥有自身的特点。第一,利用软件编制的程序替代传统的硬件仪器,降低了设备的采购成本和设备的安装空间;第二,根据使用者的实际需求进行程序的编制,做到“按需分配”,不浪费设备的采购资金;第三,结合网络技术可以实现异地操作和网络共享,这点是传统仪器所不具备的;第四,仪器的更新换代只需要对部分硬件进行更新,多数的改进是对软件的升级和重新编程,这点节约了二次采购的成本。

二、虚拟仪器在高校中的应用

随着高校的不断扩招,在校生数目与日俱增,同时全社会对毕业生需求滞后,这些因素导致高校就业率的下降,就业率的压力使得高校对学生素质教育的要求不断提高。对于工科院校而言,提高理论水平的课堂教学和实践能力的实验教学是提高综合素质的两个主要方面。

1. 在科研和实验教学中的应用

在高校中,科研和实验教学是利用设备最多的两个部分。实验教学在培养学生的实践能力方面充当了重要的角色,其不但可以增强学生对知识的掌握,而且可以同时培养其主动能力和创新思维,特别是对工科学生,没有足够的实验就仿佛是纸上谈兵,没有任何的感性认识可言,更不可能有创新。随着学生人数的激增和科技的快速发展,实验设备的落后和数量的不足逐渐体现出来。多数普通高校的实验室没有足够的经费进行设备的更新和采购,于是就出现了众多学生围在1台老式设备旁看实验教师的讲授,而没有多少动手机会。于是保证每个学生都有机会完成实验操作是高校面临的首要课题。

对于某些基础课和专业课,实验是必不可少的教学部分,一般来讲对于1个实验需要1台或几台仪器,而这些仪器通常只能完成1个,最多两、三个教学任务,因此实验教学需要的场地大、仪器多、使用效率不高且设备投入的资金巨大,这些原因使得不是所有的学校都能满足每个学生亲自进行动手实验。而且类似的实验还具有以下的缺点:实验环节设计的功能单一、适应面窄,不利于发挥学生的创造性。实验资源不能有效利用,开放程度较差,管理维护不便。

虚拟仪器技术能将实验与课程的关联性得到满足,对于某些实验完全可以通过软件来实现;而对于多数的实验,只需要很少的硬件设备,软件部分完全可以由教师针对课程的性质和特点通过编程来实现,或者也可以由学生自主设计,通过编程实现,这样不但进行了实验教学,而且可以提高学生对于课程的理解深度和相关的程序设计能力。虚拟仪器引入实验的好处是便于学生进行二次开发,为学生提供更大的开放空间;引进了组件技术和模块化设计理念;增加了网络实验功能,便于学生随时随地实验,同时增强了对网络的认识。

同样,在科研中,也可以通过软件和部分硬件来完成相关的测试平台的搭建,不但能够节约科研资金,而且也减小了由于不同设备之间实验所带来的实验误差。

2. 在课堂教学中的应用

传统仪器在高校教学中的应用较为普遍,但随着科技的进步也体现了自身的不足。仪器的更新速度使得传统仪器的更新相对落后;同时仪器自身的不足和误差会对实验或演示结果造成偏差。随着多媒体教学的普及,虚拟仪器也由幕后走到台前,从单纯的实验教学走到课堂教学。其在教学中的优势具有以下几点:

(1)所需设备少。单凭1台计算机和相关的程序就可以演示多种实验,结合少量的测量终端可以演示绝大多数的实验过程。可以节省大量的设备资金。

(2)物理空间不受限制。由于虚拟仪器技术是基于计算机的,因此其不受空间的限制,学生除了可以在课堂上接触到相关内容,在课后也同样可以利用计算机和网络进行更多的资源共享。

(3)虚拟仪器的演示效果逼真,相关维护简单。基于计算机的软件可以建立逼真美观的演示实验,使课堂教学更加丰富,互动性强。同时对于虚拟仪器的维护也仅限于对计算机和程序的维护,不需要大量的资金和人员。

(4)利用虚拟仪器进行讲解能使课堂教学内容更加生动,形式更加灵活,使学生更易于理解,更易于接受,并牢固掌握最基本的概念。

虽然虚拟仪器具有很多的优点,但其完全摆脱传统实验教学设备并不现实,在教学中应该做到取长补短,将传统教学方法和先进教学方法进行融合,共同促进教学的多样化和教学效果的最大化。

三、结束语

虚拟仪器技术在高校教学中已经得到了应用,正在逐步由单纯的科研设备向实验教学设备和课堂教学的方向发展。实践证明,虚拟仪器在教学中的应用对提高教育技术水平、改革教学模式、强化课堂效果和提高创新能力均有不同程度的提高。

摘要：该文对虚拟仪器在高校教学中的应用重点进行了分析,对实验教学,特别是课堂教学中的应用进行了分析研究。将虚拟仪器技术引入课堂教学可以提高教学的生动性,加强学生的感性认识,同时可以增加学生的动手实践能力及相关的编程能力。

关键词：高校教学,虚拟仪器,编程,实践

参考文献

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[6]马晓阳.虚拟仪器技术在教学中的应用[J].中国职业技术教育,2006,13:51～52

9.虚拟仪器技术在发动机油耗测试中的应用 篇九

汽车轮胎压力检测系统可以对行驶过程中的轮胎压力、温度进行实时监测, 异常状况发生时, 自动报警, 以保证驾驶员及乘客的安全。系统选用SP12压力传感器, AT89C51微处理器和无线发射芯片TLC2543。以微处理器为核心接收端, 外接无线接收芯片TLC2543, SP12传感器为核心采样端。设计的硬件电路由轮胎的4个检测模块、1个中央接收模块以及1个显示模块组成, 中央接收模块及显示模块通过串口进行通讯。4个采样端通过各自的传感器将测得的压力、温度及电池电压信号, 经过编码和调制后, 通过各自的天线将信号传输给中央接收端进行解调、解码, 显示各轮胎的温度和压力状况, 并自动报警。[5,6,7]

根据系统工作流程, 绘出各单元的流程图后, 设计Lab VIEW仿真界面。采用仪表和波形图表进行仿真, 并计算最大值, 最小值以及平均值。已知轮胎压力的承受范围为100 k Pa~450 k Pa, 由此选择的SP12传感器, 可以准确判定即将到来的爆胎或碾胎, 并实时报警, 依据软件滤波的方法消除数据采集误差干扰, 保证测量的压力数据的精确性, 因而保证了乘客和驾驶员的安全。图1为汽车轮胎压力检测仿真程序框图, 图2为轮胎压力仿真控制面板。

利用虚拟仪器Lab VIEW技术, 由于只需对硬件功能做原理性开发, 将各种数据采集设备集成到计算机中, 通过软件实现各种数据读取和信号分析处理, 最后将结果显示出来, 因此可以灵活开发适合各种车型的检测功能, 拓宽教学和实验内容, 使每名学生都能参与设计。

2 Lab VIEW在教学中的实现

由于Lab VIEW采用图形编程, 操作方便, 形象直观, 易于学生学习, 也便于课堂教学;作为上位机操作界面, 通过下位机接口与硬件相连, 与实物实验相统一, 数据流动直观, 因此学生容易理解和掌握教学内容。

教学中, 我们充分利用课堂教学、实验教学以及专业设计和毕业设计等教学环节, 适时引入Lab VIEW仿真实例, 说明其工作原理、解决问题思路, 具体问题的分析与实现, 注重实例与工程问题和所讲章节理论内容的联系。

实例分为3个层次:简单实例、实验仿真实例和复杂实例。简单实例, 程序设计简单, 结果显示直观, 操作简便, 便于课堂演示, 如汽车车速测量系统, 面板只有车轮直径、车轮速度以及车速3个控件, 1个是否超速指示灯;与实验相关的实例, 程序和模型要复杂些, 教师在课下完成程序设计、建立面板模型, 课堂简单介绍建模过程及工作原理, 让学生对实验内容有所了解, 重点显示结果及性能分析, 具体仿真过程由学生课下或实验课完成。为了便于学生应用仿真实例, 熟悉软件环境、操作步骤等, 编写了仿真实例指导书, 并制成视频和课件形式, 帮助学生在课堂以外, 重复仿真实例的内容, 巩固所学的知识。可以改变工作参数, 让学生重新进行仿真, 对结果进行比较、分析, 达到举一反三的目的。[8]对于复杂设计实例则在专业设计和毕业环节完成, 重点对车身的电子控制和系统的检测、诊断系统进行设计开发。针对教师拟定设计题目和要求, 学生以小组合作的方式, 每名学生负责不同的设计部分, 通过对理论知识的掌握消化、查阅资料, 自行完成设计, 最后写出设计报告和操作说明, 并演示设计结果。让学生有机会运用仿真工具进行设计, 巩固专业知识, 使教学过程前后呼应。

目前利用Lab VIEW自行开发的仿真检测系统主要包括:汽车发动机性能检测系统、汽车倒车显示与报警系统、汽车水温检测与控制系统、汽车智能测速系统、汽车智能压力 (发动机气缸压力和轮胎压力) 检测与控制系统、汽车智能温度 (车厢、油温和轮胎) 检测与控制系统、汽车自动计程器的设计。

3结束语

利用Lab VIEW作为一种实验工具, 与教学内容有机融合, 实现对汽车电子系统进行虚拟设计、检测、诊断等, 教学结果表明, 用软件模拟实际硬件的全部功能, 节约了成本, 提高了教学效果, 既培养了学生在数据采集和分析、计算机仿真方面的能力, 同时又不忽略对硬件系统的认识, 可以加深学生对所学知识的理解, 拓宽教学内容和范围, 提高实验的综合性和设计性。学生普遍认为通过这种教学方式, 创新能力和实践能力得到提高, 对设计内容记忆深刻。

由于虚拟实验操作形式灵活, 制成课件后可以在课堂教学中演示, 使理论教学和实验教学互补, 有助于学生对课程教学内容的理解和掌握, 对熟悉和应用汽车电子起到积极作用。[9]同时, 学生在掌握汽车电子专业知识的同时, 还学会了虚拟仪器开发软件Lab VIEW的使用, 为今后的工作奠定了基础。

目前, 已开发的虚拟检测系统的内容以及在教学中应用的形式仍在不断的改进与完善, 还需要在实践和理论上不断探索, 以培养出更多适应现代汽车电子技术发展需求的工程技术人才。

参考文献

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[7]付百学.汽车电子控制技术 (下册) [M].北京:机械工业出版社, 2010.

[8]杨秀萍, 陈炜, 郭津津, 杨旴昊.Fluent软件在液压传动教学中的应用[J].中国现代教育装备, 2013 (15) :4-5.