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應(yīng)變式傳感器的虛擬實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)研究
（作者未知） 2009/5/13
摘要：虛擬實(shí)驗(yàn)與虛擬實(shí)驗(yàn)室是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的。作為一種全新的實(shí)驗(yàn)方法，虛擬實(shí)驗(yàn)不受時(shí)間、空間等條件的限制，具有傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法不可比擬的優(yōu)越性。傳感器是測(cè)量控制系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)，對(duì)測(cè)試系統(tǒng)起著至關(guān)重要的作用。傳感器種類(lèi)繁多、涉及知識(shí)面廣。對(duì)傳感器可以從傳感器的工作原理、結(jié)構(gòu)組成、調(diào)理電路及特性分析幾個(gè)方面來(lái)把握。傳感器作為各種信息的感知、采集、轉(zhuǎn)換、傳輸和處理的功能器件�，F(xiàn)以廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，特別是自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)。而傳感器中的應(yīng)變式傳感器是利用金屬?gòu)椥栽碾娮钁?yīng)變效應(yīng)，將被測(cè)物變形轉(zhuǎn)換成電阻變化。從而實(shí)現(xiàn)測(cè)量。由于其具有尺寸小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛用于工程測(cè)量和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中。因此在學(xué)習(xí)過(guò)程中就需要快速、有效的學(xué)習(xí)傳感器的知識(shí)。能夠運(yùn)用flash軟件將應(yīng)變式傳感器的實(shí)驗(yàn)過(guò)程真實(shí)的仿真出來(lái)，不僅僅有利于老師的教授，也可以提高人的學(xué)習(xí)興趣和積極性。
關(guān)鍵詞：傳感器、Flash、仿真、虛擬實(shí)驗(yàn)
一、 研究背景及動(dòng)態(tài)
傳感器是一種測(cè)量裝置，它感受或響應(yīng)被測(cè)量，并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出，以滿足信息的轉(zhuǎn)換、處理、存儲(chǔ)、記錄、顯示和控制等要求。傳感器作為測(cè)試系統(tǒng)的感知部分和信號(hào)來(lái)源，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)基于虛擬儀器的傳感器虛擬實(shí)驗(yàn)與虛擬實(shí)驗(yàn)室。是工業(yè)自動(dòng)化，測(cè)量監(jiān)控的基礎(chǔ)，自動(dòng)監(jiān)測(cè)與控制離不開(kāi)各種各樣的傳感器。傳感器的發(fā)展、應(yīng)用水平影響著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。傳感器在科學(xué)技術(shù)、工業(yè)自動(dòng)化、自動(dòng)檢測(cè)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，因此掌握傳感器的原理、性能特點(diǎn)和使用方法就越來(lái)越重要。
傳感器實(shí)驗(yàn)就是通過(guò)對(duì)傳感器施加電源或激勵(lì)信號(hào)，再施加感應(yīng)信息，通過(guò)測(cè)量電路，測(cè)試傳感器的電特性變化，從而得到傳感器的特性曲線的過(guò)程。傳感器是理工科的一門(mén)必備知識(shí)，更是機(jī)電專(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。通過(guò)實(shí)踐環(huán)節(jié)，即鍛煉動(dòng)手能力，又加深理論知識(shí)的理解。隨著傳感器技術(shù)不斷發(fā)展，傳統(tǒng)傳感器實(shí)驗(yàn)顯現(xiàn)出一些弊端：傳感器的種類(lèi)越來(lái)越多，其原理也各式各樣，近幾年出現(xiàn)的很多新式傳感器結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，往往是與其他學(xué)科交叉相結(jié)合的產(chǎn)物，原理深?yuàn)W，應(yīng)用方法也是多種多樣，不可能都及時(shí)提供實(shí)驗(yàn)。而且傳感器的信號(hào)調(diào)理復(fù)雜多樣，不同傳感器需要不同的變換電路。作為很重要的一個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)，現(xiàn)有傳感器的實(shí)驗(yàn)只能對(duì)應(yīng)幾種簡(jiǎn)單傳感器，進(jìn)程時(shí)間都花在數(shù)據(jù)的采集過(guò)程中，不能抓住重點(diǎn)，即傳感器的信號(hào)特性分析上。所需要的實(shí)驗(yàn)儀器如示波器，萬(wàn)用表等卻一樣不少。傳感器的應(yīng)用方法很多，都需要和數(shù)據(jù)處理結(jié)合，實(shí)驗(yàn)時(shí)間有限，需要事后處理。同時(shí)，計(jì)算機(jī)硬件與軟件技術(shù)、多媒體技術(shù)、仿真技術(shù)和虛擬技術(shù)的迅速發(fā)展，使得用現(xiàn)代新技術(shù)改革傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式成為可能。在課堂上，應(yīng)用投影儀與幻燈片，把老師從繁忙的板書(shū)中解放出來(lái)，以便和同學(xué)們進(jìn)行更多的交流。在課下，基于Internet的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，很多課件和知識(shí)可以搬到網(wǎng)站上進(jìn)行瀏覽和溫習(xí)。通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)室，可以隨時(shí)將傳感器實(shí)驗(yàn)搬到課堂上進(jìn)行演示，理論聯(lián)系實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)“實(shí)驗(yàn)室’走進(jìn)課堂，“儀器”搬上講臺(tái)，現(xiàn)場(chǎng)操作儀器，動(dòng)態(tài)顯示測(cè)試原理，強(qiáng)化了教學(xué)效果。在課下，還可以使每個(gè)學(xué)生立刻進(jìn)入“虛擬實(shí)驗(yàn)室”，“實(shí)地”反復(fù)操作儀器，教師也不必?fù)?dān)心“儀器”會(huì)被損壞。這樣可以大提高學(xué)生們?cè)趯?shí)際操作中的動(dòng)手能力，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。
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)，這在普通的實(shí)驗(yàn)臺(tái)根本無(wú)法比擬。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。
目前國(guó)外有很多世界許多著名大學(xué)都建立了網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)室，如麻省理工學(xué)院的weblab再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室，卡耐基梅隆大學(xué)的關(guān)于電路特性分析和電機(jī)控制方面的網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)室，牛津大學(xué)的化學(xué)信息產(chǎn)業(yè)中心。澳大利亞Rmit大學(xué)的JohnBall和Kate Patrick設(shè)計(jì)的虛擬實(shí)驗(yàn)用于進(jìn)行熱傳遞過(guò)程的教學(xué)。美國(guó)Tennessee at Chattanooga大學(xué)的Jim Henry設(shè)計(jì)的網(wǎng)上工程實(shí)驗(yàn)室提供了一系列遠(yuǎn)程控制實(shí)驗(yàn)，如壓力控制、液面控制、溫度控制、速度控制實(shí)驗(yàn)等。美國(guó)德克薩斯州立大學(xué)的Nitin Swamy建立了一個(gè)遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室，該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的控制對(duì)象是一個(gè)倒立擺，主要提供給校內(nèi)學(xué)生進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)。在國(guó)內(nèi)有少數(shù)學(xué)校進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的研究。目前，比較有名的網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室有清華大學(xué)的機(jī)械工程虛擬實(shí)驗(yàn)室，還有華中科技大學(xué)的測(cè)試工程網(wǎng)，還有一些如浙江大學(xué)的光學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)室，虛擬物理實(shí)驗(yàn)室。清華大學(xué)主要應(yīng)用網(wǎng)頁(yè)（未完，下一頁(yè)）
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