测试技术实验室建设方案电气信息工程系2006年4月6日测试技术实验室建设方案一、必要性为了适应电气信息工程学院学科专业建设和发展的需要，贯彻我院的教育宗旨—注重学生的专业综合素质及动手能力的培养，根据对我院的现有实验条件的分析和学科专业建设的需要，我们认为应在现有实验设备基础上新建测试技术实验室，组建一个既能面向学生实验，又能有助于教师进行科研的具有先进水平的测试技术实验室。
由于微电子技术、计算机技术、软件技术、网络技术的高速发展，以及它们在各种测量技术与仪器仪表上的应用，使新的测试理论、测试方法、测试领域以及仪器结构不断涌现并发展成熟，在许多方面已经突破了传统测试技术的概念。
基于虚拟仪器的现代测试技术逐步形成了一种发展趋势。
虚拟仪器是一种功能意义上的仪器，它是由计算机技术、测量技术和微电子技术不断取得突破而孕育出来的一项新兴技术。
虚拟仪器通常是指以计算机为核心的，由强大的测试应用软件支持的，具有虚拟仪器面板，足够的仪器硬件及通信功能的信息处理系统。
例如，计算机加上A/D转换器及其他少量辅助电路，编制各种软件就可实现数据采集、波形显示、电压测量、时间测量、频率测量及频谱分析等各种功能，取代传统的示波器、电压表、频率计、频谱分析仪等仪器，配上相应的传感器，就可实现对非电量的测量。
可见，虚拟仪器可借助通用数据采集装置，通过编制不同的软件测试方案，可构造任意功能的仪器，即定义仪器的功能。
与传统的仪器相比较，虚拟仪器具有模块化及开放性和互换性的特点和资源复用性，同时可方便、经济地组建或重构自动测试系统。
因此，与传统的仪器相比，虚拟仪器具有4大优势：性能高、扩展性强、开发时间少，以及出色的集成功能。
将虚拟仪器引入测试系统，就可以建立便于更新、机动灵活、资源共享、功能强大、成本低廉、自主版权的测试系统。
这种测试系统能够按工程测试的要求，自由增减系统模块，通过重新配置系统资源，充分运用已有的标准化系统资源，以透明的方式提高工程测试技术综合应用的效率。
现代测试技术知识是测控技术与仪器、电子信息工程、机电一体化等专业的学生所必须掌握的，具有较强的实践性。
但是，我院的实验室不具备相应的实验设备，不能给学生提供必要的实验环境，远远不能适应教师教学和学生就业需要。
鉴于这样的情况，我们建议组建一个基于虚拟仪器的测试技术实验室。
二、实验要求及相关设备、软件要求基于虚拟仪器的测试实验平台能够适应相关专业所开设的传感器与检测技术、电子测量、计算机控制技术等专业课的教学实验要求。
学生通过针对不同的测试对象与任务，选择合适的传感器，设计相应的信号调理电路，利用虚拟仪器来实现或自己开发程序来完成一个测试系统的设计，能够有助于学生对相关理论和知识的理解，提高学生对所学知识的掌握程度，培养动手创新设计能力，为毕业后走向社会打下良好的基础。
基于虚拟仪器的测试实验平台能够扩展为研究开发平台，不仅能够用于学生实验，也能够用于相关专业老师的科研开发及课题研究。
基于虚拟仪器的测试实验平台分为两部分：虚拟仪器实验台，传感器与检测技术实验台。
通过分析和调研，我们认为浙江高联科技开发有限公司生产的CSY系列传感器与检测技术实验台能够适应上述要求。
该实验台由主控台、测试源（振动源、加热源、转动源）、传感器和相应的实验模板、电源IC卡网络集中控制单元、传感器应用实例模型、数据采集卡及处理软件、实验台七部分组成。
在该实验台的基础上可以开展数十个是实验项目，每个实验都包括信号的拾取、转换以及分析。
学生通过这些实验，能够掌握传感器的原理、特性以及相应的信号调理电路的设计方法；更重要的是通过传感器实验，学生可以学习到传感器的实际应用以及信号的基本分析方法。
虚拟仪器实质是软件和硬件相结合的系统。
硬件上除需要高性能的计算机外，还需要相应的实验与数据采集装置与之配套。
目前国内北京迪阳正泰科技发展公司开发的DYS系列虚拟仪器教学实验系统能够较好地满足教学实验要求，该系统提供了与虚拟仪器实验相配套的数据采集板卡、实验系统模块、检测电路及虚拟仪器显示界面，目前该系统提供了包括检测、信号传输、控制等在内的多项实验，另外，在其基础上，用户可根据需要自行构建一些检测与控制系统。
学生通过该系统所提供的实验和在其基础上搭建的自主实验，增强学生对电子检测技术各环节（如信号检测和调理、模数转换、数据处理和结果显示等）的基本原理和实现方法的理解与掌握。
在选用了必备的硬件基础上，采用一款功能强大的测试分析软件非常重要。
面对目前市场上的各种测量软件工具，LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Workbench）是由美国国家仪器公司（National Instrument，简称NI）开发的一种用于数据采集、分析与显示的图形化开发环境。
LabVIEW将广泛的数据分析与显示功能集中在了同一个环境中，使用户可以根据自己的要求，在平台上集成一套完整的应用方案。
LabVIEW 程序的表现形式和功能类似于实际的仪器；且程序很容易改变设置和功能。
因此，LabVIEW 特别适用于实验室、多品种小批量的生产线等需要经常改变仪器和设备的参数和功能的场合，及对信号进行分析研究等。
四、实验室建设方案1. 实现环境：计算机（PC）、Windows 2000 professional操作系统、LabVIEW、数据采集板以及CSY3000系列传感器与检测技术实验台、DYS18-2LabVIEW虚拟仪器教学实验系统。
2. 测试实验内容:➢测试信号的产生与观测实验知识点：通过软件仿真产生各种测试信号，如正弦波、三角波、矩形波、锯齿波等。
通过软件平台产生各种信号，并通过对某些参数的修改来观测信号波形的特点变化，从而使学生对对各种信号有一个较直观的认识，并了解产生所需信号需要调节和控制的相应参数。
实验环境：PC机，LabVIEW软件平台➢双踪示波器仿真实验知识点：利用虚拟示波器实现双踪示波器的功能，认识其工作原理，并通过该示波器观测信号的波形，利用信号波形获得信号的一些参数，如幅值，周期和不同信号之间的相位差等。
实验环境：PC机，LabVIEW软件平台，数据采集板，信号发生器➢电压测量实验知识点：利用虚拟电压表仿真测量直流电压，不同波形的电压平均值、电压有效值、并验证不同波形的波形因数在电压测量中的意义。
实验环境：PC机，LabVIEW软件平台，数据采集板，信号发生器➢电子计数测频器实验知识点：构建虚拟频率测量仪，理解电子计数测频原理，电子计数器测量信号周期、时间间隔的方法及测量误差分析，信号瞬时相位测量。
实验环境：PC机，LabVIEW软件平台，数据采集板，信号发生器➢频谱分析仪实验知识点：通过虚拟仪器的实现，加强对频谱分析仪的原理的理解，并通过对具体信号的分析认识频谱仪的功能。
实验环境：PC机，LabVIEW软件平台，数据采集板，信号发生器➢温度测量仪实验知识点：利用虚拟仪器实现对温度的测量，主要使学生了解和掌握非电量测量时的一些理论和方法，非电量与电量之间的转换，以及相应测量结果的单位量程变换，测量结果显示方式，如数字式显示，图形显示等。
实验环境：PC机，LabVIEW软件平台，数据采集板，CSY传感器与检测技术实验台➢电阻应变式称重实验知识点：利用悬臂梁和电阻应变片制作称重仪器；主要使学生掌握应变式电阻传感器的应用、电桥的工作原理以及传感器静态特性的分析方法。
实验环境：PC机，LabVIEW软件平台，数据采集板，电阻应变式传感器，仪器放大器➢振动测量实验知识点：利用压电加速度传感器测量不同激振频率条件下振动台的振动信号，主要使学生掌握压电加速度传感器的应用，以及实验台频响特性的分析方法。
实验环境：PC机，LabVIEW软件平台，数据采集板，CSY传感器与检测技术实验台➢测速实验知识点：利用霍尔转速传感器、磁电式转速传感器、光电转速传感器测量直流电机的转速；主要使学生掌握转速测量的原理和方法，并比较不同转速传感器的差异。
实验环境：PC机，LabVIEW软件平台，数据采集板，CSY传感器与检测技术实验台➢位移测量实验知识点：利用光纤位移传感器、线性霍尔位移传感器、电涡流位移传感器进行位移测量实验，主要使学生掌握位移测量的原理和方法，并比较不同位移传感器的差异。
实验环境：PC机，LabVIEW软件平台，数据采集板，CSY传感器与检测技术实验台➢湿度测量实验知识点：利用湿度传感器进行环境的湿度测量实验，主要使学生了解化学性传感器的机理，掌握湿敏传感器的原理及湿度测量方法。
实验环境：PC机，LabVIEW软件平台，数据采集板，CSY传感器与检测技术实验台1）采用高精度稳压线性电源，相比较普通电源纹波系数小，无干扰，稳定性好，电压切换无波动。
2）采用新型的实验连接线，弹性接触、牢固可靠，不易拉断，采用内凹叠层插座，使用安全不麻电。
3）主控台面板材料采用高档塑铝板，防静电、耐高压、耐高温；实验桌采用高密度防火板，牢固耐用，美观大方。
4）传感器采用工业型透明结构，学生可看到内部的结构原理，方便教学。
5）实验台人工智能调节仪采用的是国内著名品牌－上海万迅仪表公司的QS＆WANXUN 仪表。
其不但具有位式控制、AI人工智能调节、报警、变送功能，而且具有光电RS485通讯接口模块，可实现实验现场的组网，及通过RS485/RS232转换器与电脑进行通讯。
最关键的是：在实现上述连接后，可通过上位机的组态软件进行远程的控制。
6）实验台配有与实验内容相配套的实验工具(环境)，如：温度源、转动源、振动源、压力源以及各种显示仪表(电压表、电流表、频率表、转速表、压力表等)。
7）与实验台配套的软件包括数据采集软件、虚拟示波器、频谱仪、失真度仪软件、上位计算机组态软件、三维动画多媒体演示软件、网络教学软件2、杭州大华仪器制造有限公司DH-CG3000传感器与测控技术实验台与浙江高联科技开发有限公司的CSY2000D系列传感器与检测技术实验台功能相似，该实验台的特点：1）独立可卸式传感器结构，2）模块化二次电路设计3）集检测与控制为一体，4）过流、过压、漏电保护，操作安全5）PC通讯软件，内含虚拟仪器功能6）多种信号激励系统3、北京掌宇金仪科教仪器设备有限公司KL-620微机传感实验系统由主机和16个传感实验模组组成，共配有31个传统和现代的传感器，提供由浅入深50个以上传感器实验。
实验分为：传感器特性实验；传感器实际应用检测实验；结合单片机，计算机显示处理的传感器实验。
该实验台的特点：1）传感器规格符合工业标准(0～10V,4～20mA)。
2）实验仪采用模块化组合，通过主机与传感实验模组不同组合做不同传感实验。
主机与模组的开放式设计使传感实验系统具有延展扩充性。
亦可自行设计新传感实验模组，加入到此系统中。