虚拟电工仪器及其在电工电子实验中的应用

发表时间:2020/7/27   来源:《基层建设》2020年第9期   作者:李超
[导读] 摘要:随着我国的发展,推动了我国科学技术水平的进步。
        身份证号码:23010319870326XXXX;黑龙江省电工仪器仪表工程技术研究中心有限公司  150028
        摘要:随着我国的发展,推动了我国科学技术水平的进步。目前,电工电子实验是培养学生工程实践能力的基础环节。随着虚拟仿真的软件开发与普及,应用计算机技术实现信息化实验教学成为可能。采用虚实结合的实验教学模式,可弥补传统实验教学存在的不足。
        关键词:虚拟仪器;电子电工实验;应用;特点
        引言
        近年来,随着计算机技术的发展,越来越多的数字化仪器开始出现,电子仪器呈现智能化发展的趋势。虚拟仪器正是计算机技术应用于电子仪器当中的一种体现,其发展也显示了计算机技术在电子仪器发展过程中的重要作用。而随着信息技术的不断发展,对待测量数据的要求越来越高,如果将电工电子测量仪器应用到这些参数复杂、测量难度大的场合,那么其技术落后的弊端就会凸显出来,导致测量结果偏差比较大,对于某些太过先进的技术参数甚至无法测量。而此时,一种新兴的电工测量仪器--虚拟仪器开始出现并逐渐应用于电工电子实验测量当中,由于其具有强大的功能、先进的技术支持以及较快的更新速度,所以很快便在电工电子测量领域占据了重要地位,为电工电子仪器的发展带来了机遇。
        1虚拟实验室的概念界定
        电工电子虚拟实验室技术简单讲就是一个虚拟的现实中并不存在的完全网络化的实验室。虚拟实验室的形成条件首先是我们必须具备虚拟仪器,这种仪器通过计算机内配备的软硬件设施,获得超越一般仪器基础功能的特殊功能。它为仪器重新下了定义,将以往很多仪器的功能交由计算机软件来完成,而众多仪器的具体使用、统一管理由计算机中央处理器来完成,那么一台计算机可以虚拟出十多台仪器设备,充分利用计算机内部软件的功能作用大大提高了设备使用效率,不仅节约了大量资金和资源,更能充分满足用户需求。其实虚拟实验室仅仅只是在电脑上将各种所需的各种仪器依据实验要求组装成一个虚拟的实验系统,这个虚拟的实验系统就可以实现原料的增加、实验条件的改变、数据的记录以及实验结果的分析这一系列的流程。
        2电子电工实验教学平台信息化建设现状
        纵观当前高校电子电工实验教学平台信息化建设现状,很多高校的信息化建设水平并不是很高,基本上还处于初级发展的阶段。之所以会呈现这样的一种发展局势,其和很多主客观因素都有着非常紧密的联系,诸如一些高校中电子电工教学资源不足,很多教师在实际教学过程中也很少应用到当前比较先进的信息化教学方式。为进一步提高电子电工实验教学的信息化水平,高校必须要高度重视信息化平台建设。
        3虚拟仪器在电工电子实验中的应用
        3.1前期准备工作
        3.1.1测量软件的准备
        测量软件是虚拟仪器功能实现的关键,所以软件的准备安装十分重要。本文特选择SHOW软件为测量软件,该软件可以在电工电子实验中代替电工电子仪器的信号发射器、示波器、频率测量仪、万用表等测量仪器,实现其功能。下载完成以后,点击后缀为.exe的应用程序,运行SHOW软件,进入虚拟仪器的操作界面。
        3.1.2测量硬件的准备
        首先准备好两根三芯线,一端与三个导电夹相连接,分为左线、右线和接地线,另一端则是连接耳机插头,这两根三芯线的主要作用是收集电工实验当中的信号。连接方式为:将其中一根三芯线的耳机插头插到系统的输出端作为输出线路,而后将另一根三芯线的耳机插头插入系统的输入端作为输入线路,其线路端分别连接待测设备与信号表达设备。


        3.2虚实结合的实验教学资源
        虚拟仿真实验教学必须建立在传统实验教学的基础上。虚拟仿真实验突破了空间、时间、条件的限制,具有高度灵活性和扩展性,能够结合工程实际模拟复杂的工程项目,也能实现传统实验室受条件限制不能完成的实验内容。同时,虚拟仿真实验形式新颖,内容丰富多样,容易激发学生的研究兴趣和创造性,开拓学生视野,对培养创新型人才起到不可忽视的作用。而传统的真实实验则是将书本理论落到实处,对扎实学生基本功,培养动手能力有着不可替代的作用。真实实验与虚拟仿真实验必须是互补的关系,虚实结合,二者缺一不可。如何将二者有效结合,发挥一加一大于二的作用,是虚拟仿真实验教学资源建设的重点。
        3.3多服务器的技术应用
        多服务器架构的技术主要是为了提高电子电工虚拟实验室的安全性和稳定性,比如说可以在数据库服务器上架设MYSQL型号的具体器械,这样便能实现用户直接利用外部框架来操作系统;也可以借用ApacheTomcat服务器的web服务器功能实现不同资源的深度开发和合理利用。这时候计算机中央处理器只需将各种要求一起发送给多个用户,便实现多服务器的联合运用,保障在电工电子实验室中完成各项实验。
        3.4网上选课和约课
        电工电子实验教学中所涉及到的所有实验项目都上传到信息化教学平台上面,学生可以在平台上面全方位了解各种实验信息和资源,然后根据自己的兴趣或者实际需求来进行选修,其可以随时随地进入到信息化教学平台中心网络来了解实验课程信息,提前进行选课。信息化教学平台上面会公布学校所有实验室的开放时间、实验设备等基本情况,也会公布所有实验的课程时间、实验方法等基础信息,因此,学生在确定选什么课程之后便可以根据网站上面的信息来自主预约实验课程,确认完成预约后便可以按照既定的时间和地点去完成实验任务。除此之外,为了配合实验教学,提高实验教学的质量,在信息化教学平台上面,学生可以了解到所有实验项目的预习资料,这便为学生做好实验预习提供了非常充足的资料,而且为了对学生的预习情况有所了解,实验室计算机系统里面都会设置预习测试考试版块,学生们只有通过了这一版块的测试才能够进入到真正的实验操作环节。
        3.5实验教学方法的变革
        以网络技术及多媒体技术为核心的信息技术的发展为实验教学改革提供了条件,硬件的虚拟软件(部分免费)的发展及普及为实验教学改革提供了手段。半导体硬件厂商大多会为它们制造的元件提供“元件库”,并提供相应的标准化仿真模型;仿真软件仪器仪表库中的各仪器仪表齐全,且与实物仪器仪表完全相同,几乎能够100%地仿真出真实电路的结果。仿真实验的操作界面就像一个实验台。虚拟实验不受时间、地点及实验仪器设备的限制,更不存在安全问题。通过虚拟软件仿真实验过程,虚拟仪器显示电路的参数变化,使电路工作过程直观可视,从而降低电工电子理论的学习理解难度。虚拟仿真实验一人一组,要求学生独立完成实验操作、问题思考,这样有利于学生能力的提高。总之,虚拟仿真技术引入实验教学,弥补了传统实验教学的不足,为学生搭建了一个创新平台,让他们有条件独立完成实验,研究自己感兴趣的电路,激发他们的主观能动性。为顺应实验教学信息化改革,我院已建立了包括Keil,Multisim及proteus等多种仿真软件的虚拟仿真平台。
        结语
        电工电子测量仪器虽然种类繁多,功能齐全,但是每一种测量仪器只具备单一的功能,当电路情况较为复杂时就需要接入多台测量仪器,加大连线难度,也增加了数据分析的难度。而使用虚拟仪器,可以将多种功能结合于一体,大大简化了线路连接流程,且虚拟仪器的数据分析都是计算机完成,准确度较高,所以要加强对于虚拟仪器的研究,提高虚拟仪器的应用水平,为电子电工的发展打好基础。
        参考文献:
        [1]李志瑞,程万里.高校虚拟仪器电工电子实验应用研究[J].安阳工学院学报,2015,14(02):57-58+82.
        [2]汪兴海,黎漫斯,凌云峰,刘佳琪.电工电子实验教学虚拟仪器仪表实验室构建[J].系统仿真技术,2013,9(03):283-286.

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