基于虚拟仪器的压力传感器仿真系统

摘要：以传感器特性的测试为背景，分析目前传感器课程教学实验环节中存在着设备缺乏、资金投入太多等问题，进行了虚拟压力传感器标定实验的研究。讲述了虚拟仪器的软件开发平台Labwindows／CVI和传感器的静态特性等基础知识，介绍了基于Labwindows／CVI虚拟压力传感器静态标定仪的设计与开发。通过测量和绘制线性度、迟滞、重复性曲线，来实现压力传感器静态参数的标定，接着详细地描述了用Labw-indows／CVI语言实现激波管虚拟测试平台的过程，最后给出激波管虚拟实验平台对压力传感器动态特性的测试结果，实现传感器的动态标定。
关键词：压力传感器；虚拟仪器；Labwindows／CVI

0 引言
    今天，信息技术对社会发展、科学进步起到了决定性的作用。现代信息技术的基础包括信息采集、信息传输与信息处理，信息采集离不开传感器技术。传感器位于信息采集系统之首、检测与控制之前，是感知、获取与检测的最前端。传感器是理工科的一门必备知识，更是检测专业的专业课，是前期纯电路、理论学习向工程实践应用的转移。传感器虚拟实验室能够复现实验内容，对实现过程的细节放大，加深实验的感受，为实验者提供大量的实验机会，并且通过计算机的广博，对传感器的各方面起到系统的便捷的学习。同时，发展虚拟实验室，能够节约大量资金和物力，减少器件的损坏，并且能够不断更新，利用现有的丰富的计算机资源，进行学习、设计和仿真。目前，在国内还没有传感器虚拟实验室，而传感器实验是各类专业非常重要的基础课程，因此它的建立是有很重要得意义。

1 虚拟压力传感器的静态标定
1．1 静态标定仪的设计
    首先出现的是压力传感器静态标定仪界面，如图1所示。

1．2 静态标定仪的功能介绍
    虚拟压力传感器静态标定仪主要实现以下功能：
    ·分别测量线性度、迟滞和重复性并能记录、保存数据，计算静态标定指标，绘制曲线。
    ·应用记事本显示标定结果。
    ·打印传感器的线性度、迟滞和重复性的曲线图。
    静态特性测量的步骤如下：
    第一步设置传感器参数：量程、非线性、迟滞和重复性；
    第二步选择测量方式：自动测量；
    第三步设置测量参数：测量点数、循环次数、砝码质量；
    第四步进行测量，计算静态特性参数并绘制曲线图。

(1)在LINE_TEST控件的回调函数Line_TestCall中添加源代码程序，实现信号产生、绘制图形、线性拟合、计算线性度等功能。点击静态标定仪的“线性度”测量按钮后，测量结束后，点击“绘制曲线”按钮就可以看到如图2所示的线性度曲线图。

    (2)在CHZH_TEST控件的回调函数Chzh_TestCall中添加源代码程序，实现生成曲线、绘制图形、计算迟滞等功能。同理可得图3迟滞的测量曲线图。

    (3)在CHFU_TEST控件的回调函数Chfu_TestCall中添加源代码，实现记录数据、绘制图形、计算重复性等功能。同理可得图4重复性的测量曲线图。

2 虚拟压力传感器的动态标定
    通过选择静态标定仪用户界面中的“压力动态测试”按钮，我们就可以直接进入虚拟压力传感器的动态标定实验的界面，如图5所示的窗口。

    在这个框里对传感器的“终值范围”、“上升上限”、“上升下限”进行设置(这三个参数可以认为是标准参数，一般无需修改)，然后点击“测试”即可自动完成动态测试的整个过程。完成测试后，在“动态特性”框内将显示本次测试的相关参数，仿真波形可以打印备用。随着阻尼比和固有频率的不同，测量出来的曲线也会不同。如图6所示，阻尼比为0．095，是衰减振荡情形，从测量的曲线也可以很形象地观察到。

3 结论
    本次压力传感器虚拟实验的设计与开发，是以传感器特性的虚拟实验研究为目的，以虚拟仪器等技术为背景，构建了标定压力传感器虚拟实验系统，实现了通过软件仿真传感器特性测试的功能。虚拟压力传感器标定系统，具有用户界面生动、形象、直观、易操作等特点。本系统作为《传感器原理及应用》课程的实验辅助工具，可帮助学生完成压力传感器动静态标定实验，在实验设备匮乏的情况下以图形化的方式把试验的具体内容直观地展现出来，加深了我们对课程的理解。