刘崇科　祝忠明

【摘 要】传感器实验课程是信息类专业学生所必须学习和掌握的一门重要课程。传统的传感器实验课程中存在实验内容和步骤固定、学生参与度不高、设备更新换代困难等问题。在本文中，使用以LabVIEW为基础的实验软件，结合泛华恒兴公司的nextboard教学实验平台，介绍和讨论了基于虚拟仪器的传感器实验教学方法。实践表明，该方法使得实验内容更加灵活、学生参与度提高，课堂效率显著提高。

【关键词】虚拟仪器；LabVIEW；传感器

传感器课程研究的是将各种非电信息与电信息相联系的方法，涉及到这两种信息之间的相互变化和相关的处理技术，而且随着现代测控技术的飞速发展，传感器技术扮演着越来越重要的角色。本课程要求学生了解并掌握传感器的基本概念、特性、信息之间的转换原理和处理方法，以及传感器在实际工程中的应用等。

要使得学生快速且牢固地掌握传感器的相关知识及应用方法，传感器实验课程在整个教学当中起到了非常重要的作用。通过实验课程，学生可以更加直观地了解到传感器的工作原理和工作场景。但是随着传感器技术的不断发展以及实际工程中对传感器要求的不断提高，传统的传感器实验课程暴露出来一系列的问题，如实验内容陈旧单一、实验步骤死板、学生自身参与度不高、实验设备落后且更新换代困难等。学生一般是在按照实验指导完成实验步骤之后，再将实验数据填写到固定的实验报告中，甚至有的学生对实验课程根本不感兴趣，只是简单地抄袭实验数据后即上交实验报告。这种情况下，不要说提高学生的创造力，就是知识的基本掌握也难以实现，3个小时的硬件实验效果很差，这不能真正提高学生的能力[1]。

近年来，虚拟仪器技术发展迅速，已经有大量高校将之引进到了实验教学当中，在传感器实验课程中也是有着较长时间的应用。通过硬件与软件的有机结合，虚拟仪器技术使得学生既可以使用课程中已有的仪器，还可以通过图形化编程语言自己定义出全新的仪器甚至实验，使得学生参与度大大提高，有助于提高学生的兴趣和对相关知识的掌握。除了上述优点，虚拟仪器还为学校节省了大量实验开支，并且可以根据具体的教学要求更新实验内容。

1 虚拟仪器相关技术

1.1 虚拟仪器

虚拟仪器一般由硬件平台和软件系统组成，其中硬件平台主要负责数据的采集和传输，软件平台则主要负责对采集到的数据进行分析处理以及现实结果。通过在软件上的操作就可以实现对硬件的控制，并且可以根据实际需要对软件进行修改，从而实现各种不同的功能。虚拟仪器可以通过相同的硬件系统，通过不同的软件获得功能完全不同的各种测量测试仪器，即软件系统是虚拟仪器的核心，软件可以定义为各种仪器[2]。

1.2 图形化编程语言

虚拟仪器的软件系统需要一种适合的编程语言来实现其分析处理数据以及显示结果的功能，目前使用较为广泛的是美国NI公司推出的图形化编程语言：LabVIEW。不同于传统的编程语言，用户在使用LabVIEW时，可以直接使用代表各种仪器、组件、按钮等的图标来进行程序的编写，使得用户能够非常直观地观察到自己所设计的电路，并且软件中内置的各种函数，可以轻松地实现我们所需要的数据分析处理等功能。它可以在最基本的硬件支持下，根据测试需要，编制不同的软件功能模块实现各种实际的机械工程测试任务，并且具有很好的扩展性和性价比[3]。

2 虚拟仪器实验教学平台的优势

虚拟仪器实验教学平台与传统的实验教学方式相比具有诸多的优势，主要集中在以下几点：

1）使用虚拟仪器实验平台，可以根据传感器技术的发展和实际教学的需求，通过软件编程的方式更新和设计所需要的实验内容，使用相同的硬件平台就可以实现各种不同的测试功能，而无需购买和更换新的实验设备。

2）虚拟仪器实验平台通过软件对采集到的数据进行分析和处理，大大缩减了取得实验结果的过程，且因为是由计算机处理数据，保证了实验结果的稳定性。而且通过软件平台就可以进行实验结果的显示，使得实验结果更加清晰易懂，有助于学生快速理解传感器相关原理，且更具有趣味性，能够激发学生的实验热情。

3）虚拟仪器实验平台通过软件对实验平台进行控制，在互联网飞速发展的今天，我们可以在网络上方便地与他人实现实验相关数据的交流和共享，学生的实验课程学习不再仅仅被局限在实验室内。

3 虚拟仪器在传感器实验课程中的应用

这里以光敏电阻实验为例进行说明。

光敏电阻实验是传感器实验课程中较为基础的一个实验，学生可以比较容易地学会，而且有助于学生对于传感器原理以及相应传感器应用电路的理解。在本实验中，通过改变光敏电阻所暴露环境的照度

可以通过软件界面读出光敏电阻阻值随着照度的变化。

实验步骤：1）在硬件实验平台上将所需的实验元件安装完毕；2）改变发光二极管的数量，从而改变光在光敏电阻上的照度，继而引起光敏电阻阻值的变化；3）在软件界面上观察光敏电阻阻值随照度发生的变化。

实验结论：随着照度的增加，光敏电阻的阻值呈下降趋势，从而引起分压电路中光敏电阻两端电压值的改变，在软件界面中显示一条与照度变化成反比的线性电压直线。实验过程简单易懂，实验结果符合预期，达到了较好的教学效果。

4 结论

与传统的实验方式不同，虚拟仪器技术采用了软件和硬件相结合方式，硬件进行数据采集，软件对采集到的数据进行分析和处理。这种方法不仅简化和节省了大量的硬件，而且数据处理速度更快，处理效果更好，试验结果显示也十分生动形象，有利于加深学生对传感器相关知识的理解和激发学生对传感器实验课程的兴趣。虚拟仪器技术在实验方式方法创新的基础上，更提供给学生自己根据需要改进实验的可能，只要使用相应的语言进行编程，就可以利用现有的硬件完成各种不同的实验。在教学实践中取得的结果显示，基于虚拟仪器的传感器实验很好地调动了学生了积极性，锻炼了学生的动手能力，并且激发了学生的创新意识和兴趣，教学效果良好，具有很高的研究推广价值。

【参考文献】

[1]张向文.传感器原理及应用课程教学改革的探讨[J].科技资讯，2007（27）：150-151.

[2]柴晓飞.基于并行交替式数据采集系统的虚拟示波器研究[D].天津：天津工业大学，2007.

[3]刘君华，等.虚拟仪器图形化编程语言LabVIEW教程[M].西安：西安电子科技大学出版社，2001.