王怀彬
山东莱钢物流发展有限公司 山东省济南市 271104
摘要：改变传统的传感器实验方法，通过传感器虚拟实验平台来完成应变式传感器的测量试验，在虚拟仪器试验平台上运行编写的程序生成模拟信号，并且通过试验结果来对信号进行分析，并且对理论知识的正确性进行验证，为现场维修提供更加直观的数据分析。
关键词：传感器 虚拟实验 试验平台
一丶传感器虚拟实验平台的概述
试验采用的可重组虚拟仪器平台传感器试验系统包含了硬件与软件两个主体，硬件部分主要是由传感器、传感器通道、前置放大器、A/D模块以及计算机共同构成，实验平台的硬件结构如下图所示。仪器软件的主体是一个带软件控制线和数据线的软主板，它能够和A/D卡、I/O口等一些信号采集软件进行连接，从而形成一个能够根据实际应用需求来进行快速重组的虚拟仪器1。
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试验台硬件结构框图
二丶电阻应变仪试验系统
电阻应变仪是利用应变片来直接测量应变的专业仪器，在工业生产或是科学研究中，通常都会研究机械设备构件或者组件承受应变的实际情况，测量构件发生形变时的应变力，比如在高压容器的生产过程中，必须采用应变测量方法检测耐压以及变形时的压力。在生产火炮时需要了解火炮在发射时炮管的形变，飞机以及导弹在生产研制时需要在特殊的风洞试验场中对飞机在万米高空中飞行时机身、机翼等部位发生的形变情况。在进行汽车制造时则需要对汽车底盘在承压时产生的形变进行测试，电阻应变仪的组成由下图所示：
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电阻应变仪组成框图
通常情况下电桥都是使用的全桥或是半桥，电桥输出调幅调制波。放大器采用的是窄频带交流放大器，将电桥输出的调幅波放大从而满足相敏检波器的的要求。振荡器能够产生等幅正弦波，提供电桥电压以及相敏检波器的参考电压。放大以后的调幅波必须采用相敏检波器将其还原为被测应变信号波形，它能够有效的区分两个方向的应变力。低通滤波器能够去掉高频分量，保留低频迎宾信号2。
三丶实验原理以及虚拟实验平台的构建
根据实验原理，利用传感器虚拟实验平台来搭建一个虚拟的应变仪，实验过程中采用的应变信号以及高频载波信号都是用程序编写出来的，而信号的调制和解调过程也是根据实验原理编写的程序来完成的3。
（一）实验原理
调幅就是利用低频的调制信号来改变高频的载波信号的幅度，从而产生一个频率不变，但是幅度却能够按照调制大小变化的调幅信号的过程，该幅波的表达式为Vs =(Vm+mX)cosωct
式中ωc为高频信号角频率，Vm为高频信号的幅值，m为调制灵敏度，x为低频调制信号。若Ω为低频信号角频率，则
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从该公式中可以得出，Vd 产生了三个频率分量，第一个分量的频率为Ω，它与低频调制信号的幅度不同，可以使用线性放大器放大恢复调制信号，另外两个分量可以采用滤波器来滤出，这两个分量的频率远远高于Ω，可以使用低通滤波器来进行滤除4。
（二）虚拟平台的构建
根据应变仪的实验原理可以搭建虚拟实验平台单元，如下图所示：
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应变仪传感器测量试验
在DRV1试验台的搭建过程中，每个器件、程序以及显示窗口的连接都是通过对其特性窗的线号值的设定来实现的，在程序中也可以直接利用这些线号值来进行数据的采集，使用VB语言可以产生所需要的信号。
（三）软件设计
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四丶实验结果
在程序运行后，由频率为50HZ的应变信号和频率约为1000HZ的高频载波信号产生的波形与理论中的保持一致，调制信号也与同一频率的高频载波信号解调产生的解调信号保持一致，最后通过滤波器产生了与应变信号频率相同的波形。
结束语：在应变式传感器测量试验的研究开发中，对传感器的特性试验部分采用的是实物传感器和虚拟传感器相连的方法，用计算机在现场演示传感器的使用以及信号的测试，在信号分析部分用工程实例仿真实验来代替实际操作，通过修改系统的各项参数来观察信号变化，这种方式能够更加清楚直观的观察和理解实验的原理，从而为现场维修提供更加直观的数据分析。
参考文献
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[2]白帆,王大虎,刘浩, 等.基于虚拟现实的传感器实验维修系统[J].软件,2020,41(2):149-152,170. DOI:10.3969/j.issn.1003-6970.2020.02.032.
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[4]王娟,胡文军,祝守新.基于虚拟仪器的综合性液压实验台研究[J].实验室研究与探索,2019,38(8):96-100. DOI:10.3969/j.issn.1006-7167.2019.08.024.