基于LabVIEW的机械工程测试虚拟实验平台开发

殷 建 段宗银

（铜陵学院，安徽 铜陵 244000）

基于LabVIEW的机械工程测试虚拟实验平台开发

殷 建 段宗银

（铜陵学院，安徽 铜陵 244000）

结合当前高校的实验室建设和实验教学现状，探讨了虚拟仪器技术在高校实验教学中的应用前景。通过基于PCDAQ的测量系统在LabVIEW软件上开发机械工程测试实验平台,从而大大提高了实验教学的灵活性和适应性。

虚拟仪器；实验平台；机械工程测试

1.引言

大学实验教学在高等教育中起着及其重要的作用，它不仅是大学教学活动的重要实践环节，而且是教育部本科教学评估的一项重要内容。因此，进一步加强实验室建设，不断改革实验教学是十分必要的。传统的实验是基于实验室的物理环境来进行的，由于受实验场地、实验条件、实验经费、实验时间等限制，难以保证效果。

目前国内高等院校机械类专业普遍开设机械工程测试技术课程。该课程主要讲授机械工程领域常见的各种物理量和物理现象的测试与分析方法，是一门培养学生实践技能的主要课程[1]。由于其丰富的实践性，它的一个重要环节就是机械工程测试实验。实验教学的目的不仅是对理论教学的验证，更重要的是训练学生实际的工程测试能力。由于该课程内容宽广，所需实验仪器较多，随着科学技术的飞速发展，测试仪器更新换代很快，很多院校尤其一般的普通本科院校，由于实验经费有限，若采用传统的仪器设备需要购买多套不同类型的设备，投资大而且不利于学生的动手实践。为了改变这一现象，充分发挥网络技术和虚拟仪器的优势，开发一套基于虚拟仪器的通用实验测试平台，不但满足工程测试教学实验需要，而且可以培养学生的创新精神，提高学生的工程素质。清华大学利用虚拟仪器技术建立了汽车发动机虚拟检测系统，取得了非常好的效果；南京大学建立了分析化学虚拟实验室，可以通过虚拟仪器对实验进行虚拟操作；浙江大学的“大学工程化学实验系统VLABS”基于网络虚拟现实技术，建立了一系列工科化学网络仿真实验。

2.虚拟仪器技术及在实验教学中应用

虚拟仪器本质上是利用PC机强大的运算能力、图形环境和在线帮助功能，建立具有良好人机交互性的虚拟实验仪器。虚拟仪器构成包括硬件和软件两个基本要素。硬件主要是获取真实的被测信号，而软件作用是控制数据采集、分析处理、显示等功能。虚拟仪器借助于计算机的软硬件平台，配以少量的辅助设备（或器件），构成功能适合用户的仪器。

LabVIEW是美国国家仪器公司（NI）的创新软件产品，其全称为Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench(实验室虚拟仪器工程平台)，是一种基于G语言（Graphics Language,图形化编程语言）的测试系统软件开发平台[2]。目前，LabVIEW已经成为测试领域应用最广泛和最有前途的软件开发平台之一。在LabVIEW这个高效的虚拟仪器开发平台上，学生利用图形语言开发各种仪器，综合应用所学的各学科知识，在普通计算机上构建一个个人实验室，利用数据采集卡完成各种物理量的测量，完成机械工程测试实验。学生通过鼠标或键盘操作虚拟仪器面板上的旋钮开关和按键，设置各种工作参数，启动或停止仪器。虚拟仪器扩展了常规仪器的功能，传统测试仪器一般只能单独测量某一个物理量，而虚拟仪器可以构造出不同功能的测量系统，可以完成对多个参量的自动测量分析、信息综合及控制。这样使得学生摆脱传统仪器功能单一固定的束缚，可以充分发挥学生的积极性和创造性，有利于培养学生的创新思维和工程实践能力。随着网络技术的迅速发展，拓展了虚拟仪器的应用范围。利用局域网或INTERNET可实现远程测量的功能，构成一个远程虚拟仪器实验室，不但昂贵的硬件资源可以共享，也是大量实际问题的解决成了可能[3]。

3.机械工程测试虚拟实验平台

针对机械工程测试系统的基本结构、测试功能特点以及数字化测试的一般实现技术等因素，采用面向对象技术，对机械工程虚拟测试系统进行充分的系统分析，选择Lab－VIEW开发平台进行软件模块和测试程序的研究[4]。

3.1信号处理实验平台

信号处理是工程测试的一个重要环节，只有通过这个环节才能获得反映被测对象状态和特征的明确信息，能够充分体现虚拟仪器技术在机械工程测试中的巨大优势。我们设计的数字信号处理实验教学平台（如图1、2所示）充分考虑到工程实际需要，并能使学生在一到二个学时内搭建好一个虚拟仪器程序模块，完成实验的要求。

图2 信号处理实验界面

3.2网络化的虚拟测试实验平台

所设计的虚拟网络实验室以LabVIEW8.6为开发工具，利用LabVIEW强大的图形化编程语言和网络技术，构建了一个完整的机械工程测试虚拟实验室系统。该系统主要由3部分组成:现场控制端、中心服务器端、远程客户端。

机械工程测试实验室计算机是实验室局域网网的一部分，实验室中任何一台计算机发出的信息都可以被网络中的其他机器接收到。所以当教师运行测试服务器程序，采集被测对象信号传输到计算机网络以后，同学们只要在自己的计算机上运行客户端程序，并准确填写教师计算机的IP地址，就可以在自己的机器上采集数据完成测试实验。

图3 网络虚拟实验室结构框图

4.结论

通过这些实验教学训练，学生可以更好的掌握了机械工程测试的有关内容和虚拟仪器编程技术。由于我们的实验环境软硬件完全是工业标准的产品，学生在实验中开发的许多虚拟仪器完全可以直接应用到工程实践中。我们的高等工程教育不在仅仅是让学生掌握已有的科学技术，而是培养他们能够在明天更好的创造和发挥，这是工程教育教学适应当前测试技术世界水平的必然，是高等工程教育赶超世界先进水平的要求。

［1］李婧.基于LabVIEW的测控技术虚拟网络实验室的研究与构建[D].南宁:广西大学，2008.

［2］张潇雪.虚拟仪器及其在电工电子实验中的应用[M].长沙:中南工业大学出版社，2001.

［3］Sun，Qiuli.Internet-based distributed collaborative environment for engineering education and design[D].Ph.D.The University of Oklahoma，2001.

［4］王磊.精通.LabVIEW8.0[M].北京:电子工业出版社，2007.

The Virtual Eexperimental Platform of Mechanical Engineer Test developed based on LabVIEW

Yin Jian，Duan Zong－ying
（Tongling University,Tongling Anhui 244000，China）

Combined with the construct of laboratory in high education,the situation of Virtual Instrument technology applied in experimental teaching work in high education is discussed.Based on the PC-DAQ measurement system,the experimental platform of the mechanical engineer test teaching is designed in LabVIEW.The flexibility and the compatibility of experiment teaching is greatly enhanced.

virtual instrument;experimental platform;mechanical engineer test

TH703

A

1672-0547（2011）03-0101-02

2011－04-11

殷建（1974-），男，安徽铜陵人，铜陵学院机械工程系讲师，硕士。

2008年铜陵学院教研项目《基于labview虚拟仪器技术的机械工程测试虚拟实验平台开发》研究成果。