虛擬儀器設(shè)計基礎(chǔ)教程

前言

虛擬儀器技術(shù)及其LabVIEW開發(fā)環(huán)境為各個學(xué)科的儀器研制提供了一個通用的軟、硬件平臺，這就使得編者可以為不同專業(yè)的學(xué)生開設(shè)一門共同的課程，為他們各自的檢測問題指出一個基本通用的解決問題的思路。1995年，編者開始接觸美國國家儀器公司的產(chǎn)品，2000年建成了一個用于教學(xué)的虛擬儀器實驗室，先后為本系、全校的本科生和研究生開設(shè)多門課程。這些課程定位為設(shè)計型的實驗課程，典型的安排是32學(xué)時，其中1/3-1/2的學(xué)時用來介紹LabVIEW語言的基本內(nèi)容，其余時間，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下各自獨立地完成一個虛擬儀器設(shè)計的題目，題目可以在教師列出的清單內(nèi)選擇，也可以做教師認(rèn)可的自選題目。在教材建設(shè)方面，我們實驗室先后編寫了《虛擬儀器實驗》校內(nèi)講義、《LabVIEW編程與虛擬儀器設(shè)計》校內(nèi)講義和電子課件。在多年資料積累和經(jīng)驗總結(jié)的基礎(chǔ)上，于2005年2月出版了教材《LabVIEW 7.1編程與虛擬儀器設(shè)計》，這本教材強調(diào)數(shù)據(jù)采集是虛擬儀器的本質(zhì)和基礎(chǔ)，信號處理在虛擬儀器中占有重要地位，以及對用戶的可設(shè)計性是虛擬儀器的最主要特點。該教材的內(nèi)容較深入，但門檻也較高，它要求學(xué)生具備相關(guān)專業(yè)的檢測技術(shù)知識并且學(xué)過數(shù)字信號處理課程，更適合于研究生和少數(shù)本科專業(yè)高年級學(xué)生使用。《虛擬儀器設(shè)計基礎(chǔ)教程》的定位有所不同，它期望能滿足更多本科，甚至?？平虒W(xué)的需要，例如，可以作為面向全校理工科本科學(xué)生開設(shè)的虛擬儀器選修課的教材。鑒于此，《虛擬儀器設(shè)計基礎(chǔ)教程》安排了前3章內(nèi)容，用較少的篇幅將檢測技術(shù)、信號處理和虛擬儀器涉及的基礎(chǔ)知識做了簡單介紹，方便學(xué)生自學(xué)及上課時參考。另外，在第13章中給出了6個具有代表性的虛擬儀器設(shè)計的例子，基本涵蓋了虛擬儀器應(yīng)用的大部分領(lǐng)域，有利于開拓學(xué)生的視野。這些例子大部分取材于學(xué)生的課程設(shè)計論文或清華大學(xué)虛擬儀器設(shè)計大賽的參賽作品，每個例子只給出了一種實現(xiàn)方法，并盡可能重現(xiàn)學(xué)生“原汁原味”的原創(chuàng)特點，個別例子的實現(xiàn)方法是學(xué)生“獨創(chuàng)”的，對學(xué)生和讀者具有一定的啟發(fā)意義，并能引起學(xué)生的共鳴。需要說明的是，例子的實現(xiàn)方法可能不是最優(yōu)的，也可能有的看起來實現(xiàn)得有點笨拙，能夠起到拋磚引玉的效果是第13章希望達(dá)到的效果之一。《虛擬儀器設(shè)計基礎(chǔ)教程》的其他章節(jié)主要介紹LabVIEW編程的基本內(nèi)容，不求全，但對LabVIEW編程的基本知識的介紹較詳細(xì)，便于讀者自學(xué)?！短摂M儀器設(shè)計基礎(chǔ)教程》由黃松嶺統(tǒng)稿，并執(zhí)筆編寫了第4~~13章； 第1~~3章由吳靜執(zhí)筆編寫； 徐琛、郭健全參與編寫了第4~~12章書后習(xí)題及部分書內(nèi)例子； 趙偉、侯國屏全面審校了《虛擬儀器設(shè)計基礎(chǔ)教程》內(nèi)容。感謝趙偉教授、侯國屏教授對《虛擬儀器設(shè)計基礎(chǔ)教程》編寫工作的支持和幫助。趙偉教授雖然因工作繁忙沒能親自參與《虛擬儀器設(shè)計基礎(chǔ)教程》編寫工作，但認(rèn)真審閱了全部書稿，逐字逐句地提出了寶貴的修改意見。另外，趙偉教授作為學(xué)術(shù)帶頭人，多年來為虛擬儀器實驗室的建設(shè)也做出了重要的貢獻(xiàn)。侯國屏教授為虛擬儀器相關(guān)教學(xué)及研究工作的開展做了大量有益工作，并以第一申請人的身份為《虛擬儀器設(shè)計基礎(chǔ)教程》爭取到了國家“十一五”規(guī)劃教材立項，雖然他已經(jīng)退休，但仍然時刻關(guān)心《虛擬儀器設(shè)計基礎(chǔ)教程》的編寫工作，提出了很多寶貴的意見。感謝本研究所的汪芙平，他對第2章中信號處理內(nèi)容提出了很多寶貴的修改意見。感謝本研究所的郝麗、董甲瑞在虛擬儀器實驗方面的熱情幫助。感謝王珅、孫喆、趙曉光、寒超等，《虛擬儀器設(shè)計基礎(chǔ)教程》第13章參考了這些同學(xué)完成的論文、課程報告和虛擬儀器設(shè)計大賽參賽作品。最后，感謝NI中國有限公司對《虛擬儀器設(shè)計基礎(chǔ)教程》編寫工作的支持，高校市場部陳慶全。

內(nèi)容概要

本書以LadVIEW的最新版本8.5中文版為基礎(chǔ)，介紹虛擬器設(shè)計的基本知識。全書共13章，可分為三大部分：第1～3章介紹檢測技術(shù)的基礎(chǔ)知識，包括傳感器、數(shù)據(jù)采集、誤差評定、信號處理和虛擬儀器等；第4～12章介紹LadVIEW語言的基本內(nèi)容和編程方法，包括LadVIEW基本，VI編輯與調(diào)試技術(shù)、程序結(jié)構(gòu)、數(shù)組、簇和波形、圖形顯示、字符串和文件I/O、采集卡條件下的數(shù)據(jù)采集、LadVIEW中的信號分析和一些高效應(yīng)用；第13章介紹一些虛擬儀器設(shè)計與應(yīng)用的實例，包括軸承缺陷故障診斷、功率測量、信號發(fā)生器、基于聲卡的聲音識別、貪吃蛇游戲和大型儲罐底板缺陷檢測器，這些例子難易程度不同、應(yīng)用方面各異，較好地反映了虛擬儀器技術(shù)廣闊的應(yīng)用空間?！　”緯勺鳛榇髮Ｔ盒Ｌ摂M儀器及相關(guān)課程的教材或數(shù)學(xué)參考書，也可供從事相關(guān)工作地工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

第1章　檢測技術(shù)基礎(chǔ)　1.1　信號的分類　1.2　檢測系統(tǒng)誤差分析　　1.2.1　誤差的基本概念　　1.2.2　誤差的來源及分類　　1.2.3　系統(tǒng)誤差與隨機誤差的關(guān)系　　1.2.4　誤差的傳播　　1.2.5　測量不確定度評定　1.3　傳感器　　1.3.1　概述　　1.3.2　傳感器的分類　　1.3.3　傳感器的性能參數(shù)　　1.3.4　智能傳感器與網(wǎng)絡(luò)傳感器　1.4　數(shù)據(jù)采集　　1.4.1　采樣定理　　1.4.2　典型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成　　1.4.3　測量系統(tǒng)的連接方式　　1.4.4　觸發(fā)　1.5　檢測系統(tǒng)的組成和性能　習(xí)題第2章　信號處理方法　2.1　信號預(yù)處理　　2.1.1　放大　　2.1.2　模擬濾波　2.2　標(biāo)度變換　2.3　數(shù)字信號處理的理論基礎(chǔ)　　2.3.1　離散時間系統(tǒng)基礎(chǔ)概念　　2.3.2　常用的時域分析方法　　2.3.3　常用的信號變換方法　　2.3.4　數(shù)字濾波器　習(xí)題第3章　虛擬儀器基礎(chǔ)　3.1　虛擬儀器的概念　3.2　虛擬儀器的硬件系統(tǒng)　3.3　虛擬儀器的軟件系統(tǒng)　3.4　LadVIEW簡介　3.5　虛擬儀器設(shè)計方法　習(xí)題第4章 LadVIEW基礎(chǔ)　4.1　啟動LadVIEW　4.2　LadVIEW程序的基本構(gòu)成　　4.2.1　前面板和框圖　　4.2.2　前面板和框圖工具條　　4.2.3　圖標(biāo)和連接器　4.3　LadVIEW的選板　　4.3.1　工具選板　　4.3.2　控件選板　　4.3.3　函數(shù)選板　　4.3.4　選板操作　4.4　LadVIEW的基本數(shù)據(jù)類型　　4.4.1　數(shù)值數(shù)據(jù)類型　　4.4.2　布爾數(shù)據(jù)類型　4.5　LadVIEW幫助和系統(tǒng)提供的例子　習(xí)題第5章　VI創(chuàng)建、編輯的調(diào)試　5.1　創(chuàng)建一個VI　5.2　子VI　　5.2.1　創(chuàng)建和編輯圖標(biāo)　　5.2.2　定義連接器　　5.2.3　創(chuàng)建子VI舉例　5.3　VI編輯技術(shù)　　5.3.1　創(chuàng)建對象　　5.3.2　選擇對象　　5.3.3　移動對象　　5.3.4　復(fù)制和刪除對象　　5.3.5　標(biāo)注對象　　5.3.6　改變文體字體、大小、形狀、顏色　　……第6章　程序結(jié)構(gòu)第7章　數(shù)組、簇和波形第8章　圖形顯示控件第9章　字符串和文件I/O第10章　數(shù)據(jù)采集第11章　LadVIEW的信號民分析與處理函數(shù)第12章　LadVIEW的高級應(yīng)用第13章　虛擬儀器設(shè)計舉例附錄《虛擬儀器設(shè)計基礎(chǔ)教程》32學(xué)時教學(xué)大綱參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：第1章　檢測技術(shù)基礎(chǔ)檢測是意義更為廣泛的測量。在一般工程技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域中，檢測與測量，測試的含義比較相近，在不強調(diào)這幾個名詞之間的細(xì)微差別時，它們可以相互替代。根據(jù)國際通用計量學(xué)基本名詞的推薦，測量是以確定被測量量值為目的的一組操作。測試是測量和試驗的簡稱，試驗是在真實情況或模擬條件下對被測對象的特性進(jìn)行測量和度量的研究過程。檢測具有測量，檢出被測對象中的有用信息以及檢驗等含義。檢測技術(shù)是自動控制技術(shù)、微電子技術(shù)、通信技術(shù)、計算機科學(xué)和物理學(xué)等學(xué)科的有機結(jié)合、綜合發(fā)展的產(chǎn)物，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中具有重要的作用。本章主要介紹與檢測相關(guān)的基礎(chǔ)知識。1.1　信號的分類在人類社會和自然界中存在著各中樣的信息。信息具有抽象性，必須通過某種運載手段才能方便地進(jìn)行交換和傳送。能夠運載信息的物理量稱為信號。與其他信號相比，電信號較容易產(chǎn)生、輸出、控制和存儲，是目前應(yīng)用最廣的一類信號。通常所指的信號主要是指電信號。信號是時間或空間的函數(shù)。例如，信號發(fā)生器產(chǎn)生的正弦波信號是時間變量的函數(shù)；由位于平面上不同位置呈現(xiàn)不同灰度的像點所組成的靜止平面圖像是兩個平面坐標(biāo)的函數(shù)。信號可以利用數(shù)學(xué)解析式來表示，也可以利用圖形來描述。根據(jù)信號所具有的時間函數(shù)特性，可將信號分為確定性信號與隨機性信號，連續(xù)信號與離散信號、周期信號與非周期信號、能量信號與功率信號。

編輯推薦

《普通高等教育"十一五"國家級規(guī)劃教材·虛擬儀器設(shè)計基礎(chǔ)教程》可作為大專院校虛擬儀器及相關(guān)課程的教材或數(shù)學(xué)參考書，也可供從事相關(guān)工作地工程技術(shù)人員參考。

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