虛擬儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程

前言

虛擬儀器技術(shù)及其LabVIEW開(kāi)發(fā)環(huán)境為各個(gè)學(xué)科的儀器研制提供了一個(gè)通用的軟、硬件平臺(tái)，這就使得編者可以為不同專(zhuān)業(yè)的學(xué)生開(kāi)設(shè)一門(mén)共同的課程，為他們各自的檢測(cè)問(wèn)題指出一個(gè)基本通用的解決問(wèn)題的思路。1995年，編者開(kāi)始接觸美國(guó)國(guó)家儀器公司的產(chǎn)品，2000年建成了一個(gè)用于教學(xué)的虛擬儀器實(shí)驗(yàn)室，先后為本系、全校的本科生和研究生開(kāi)設(shè)多門(mén)課程。這些課程定位為設(shè)計(jì)型的實(shí)驗(yàn)課程，典型的安排是32學(xué)時(shí)，其中1/3-1/2的學(xué)時(shí)用來(lái)介紹LabVIEW語(yǔ)言的基本內(nèi)容，其余時(shí)間，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下各自獨(dú)立地完成一個(gè)虛擬儀器設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)室先后編寫(xiě)了《虛擬儀器實(shí)驗(yàn)》校內(nèi)講義、《LabVIEW編程與虛擬儀器設(shè)計(jì)》校內(nèi)講義和電子課件。在多年資料積累和經(jīng)驗(yàn)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(jì)》，這本教材強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)采集是虛擬儀器的本質(zhì)和基礎(chǔ)，信號(hào)處理在虛擬儀器中占有重要地位，以及對(duì)用戶(hù)的可設(shè)計(jì)性是虛擬儀器的最主要特點(diǎn)。該教材的內(nèi)容較深入，但門(mén)檻也較高，它要求學(xué)生具備相關(guān)專(zhuān)業(yè)的檢測(cè)技術(shù)知識(shí)并且學(xué)過(guò)數(shù)字信號(hào)處理課程，更適合于研究生和少數(shù)本科專(zhuān)業(yè)高年級(jí)學(xué)生使用?！短摂M儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程》的定位有所不同，它期望能滿足更多本科，甚至專(zhuān)科教學(xué)的需要，例如，可以作為面向全校理工科本科學(xué)生開(kāi)設(shè)的虛擬儀器選修課的教材。鑒于此，《虛擬儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程》安排了前3章內(nèi)容，用較少的篇幅將檢測(cè)技術(shù)、信號(hào)處理和虛擬儀器涉及的基礎(chǔ)知識(shí)做了簡(jiǎn)單介紹，方便學(xué)生自學(xué)及上課時(shí)參考。另外，在第13章中給出了6個(gè)具有代表性的虛擬儀器設(shè)計(jì)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(kāi)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(jì)論文或清華大學(xué)虛擬儀器設(shè)計(jì)大賽的參賽作品，每個(gè)例子只給出了一種實(shí)現(xiàn)方法，并盡可能重現(xiàn)學(xué)生“原汁原味”的原創(chuàng)特點(diǎn)，個(gè)別例子的實(shí)現(xiàn)方法是學(xué)生“獨(dú)創(chuàng)”的，對(duì)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(shuō)明的是，例子的實(shí)現(xiàn)方法可能不是最優(yōu)的，也可能有的看起來(lái)實(shí)現(xiàn)得有點(diǎn)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(jì)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(duì)LabVIEW編程的基本知識(shí)的介紹較詳細(xì)，便于讀者自學(xué)?！短摂M儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程》由黃松嶺統(tǒng)稿，并執(zhí)筆編寫(xiě)了第4~~13章； 第1~~3章由吳靜執(zhí)筆編寫(xiě)； 徐琛、郭健全參與編寫(xiě)了第4~~12章書(shū)后習(xí)題及部分書(shū)內(nèi)例子； 趙偉、侯國(guó)屏全面審校了《虛擬儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程》內(nèi)容。感謝趙偉教授、侯國(guó)屏教授對(duì)《虛擬儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程》編寫(xiě)工作的支持和幫助。趙偉教授雖然因工作繁忙沒(méi)能親自參與《虛擬儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程》編寫(xiě)工作，但認(rèn)真審閱了全部書(shū)稿，逐字逐句地提出了寶貴的修改意見(jiàn)。另外，趙偉教授作為學(xué)術(shù)帶頭人，多年來(lái)為虛擬儀器實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)也做出了重要的貢獻(xiàn)。侯國(guó)屏教授為虛擬儀器相關(guān)教學(xué)及研究工作的開(kāi)展做了大量有益工作，并以第一申請(qǐng)人的身份為《虛擬儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程》爭(zhēng)取到了國(guó)家“十一五”規(guī)劃教材立項(xiàng)，雖然他已經(jīng)退休，但仍然時(shí)刻關(guān)心《虛擬儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程》的編寫(xiě)工作，提出了很多寶貴的意見(jiàn)。感謝本研究所的汪芙平，他對(duì)第2章中信號(hào)處理內(nèi)容提出了很多寶貴的修改意見(jiàn)。感謝本研究所的郝麗、董甲瑞在虛擬儀器實(shí)驗(yàn)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(jì)基礎(chǔ)教程》第13章參考了這些同學(xué)完成的論文、課程報(bào)告和虛擬儀器設(shè)計(jì)大賽參賽作品。最后，感謝NI中國(guó)有限公司對(duì)《虛擬儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程》編寫(xiě)工作的支持，高校市場(chǎng)部陳慶全。

內(nèi)容概要

本書(shū)以LadVIEW的最新版本8.5中文版為基礎(chǔ)，介紹虛擬器設(shè)計(jì)的基本知識(shí)。全書(shū)共13章，可分為三大部分：第1～3章介紹檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)，包括傳感器、數(shù)據(jù)采集、誤差評(píng)定、信號(hào)處理和虛擬儀器等；第4～12章介紹LadVIEW語(yǔ)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(hào)分析和一些高效應(yīng)用；第13章介紹一些虛擬儀器設(shè)計(jì)與應(yīng)用的實(shí)例，包括軸承缺陷故障診斷、功率測(cè)量、信號(hào)發(fā)生器、基于聲卡的聲音識(shí)別、貪吃蛇游戲和大型儲(chǔ)罐底板缺陷檢測(cè)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?shū)可作為大專(zhuān)院校虛擬儀器及相關(guān)課程的教材或數(shù)學(xué)參考書(shū)，也可供從事相關(guān)工作地工程技術(shù)人員參考。

書(shū)籍目錄

第1章　檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)　1.1　信號(hào)的分類(lèi)　1.2　檢測(cè)系統(tǒng)誤差分析　　1.2.1　誤差的基本概念　　1.2.2　誤差的來(lái)源及分類(lèi)　　1.2.3　系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差的關(guān)系　　1.2.4　誤差的傳播　　1.2.5　測(cè)量不確定度評(píng)定　1.3　傳感器　　1.3.1　概述　　1.3.2　傳感器的分類(lèi)　　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(cè)量系統(tǒng)的連接方式　　1.4.4　觸發(fā)　1.5　檢測(cè)系統(tǒng)的組成和性能　習(xí)題第2章　信號(hào)處理方法　2.1　信號(hào)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(hào)處理的理論基礎(chǔ)　　2.3.1　離散時(shí)間系統(tǒng)基礎(chǔ)概念　　2.3.2　常用的時(shí)域分析方法　　2.3.3　常用的信號(hào)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(jiǎn)介　3.5　虛擬儀器設(shè)計(jì)方法　習(xí)題第4章 LadVIEW基礎(chǔ)　4.1　啟動(dòng)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(lèi)型　　4.4.1　數(shù)值數(shù)據(jù)類(lèi)型　　4.4.2　布爾數(shù)據(jù)類(lèi)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(gè)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(duì)象　　5.3.2　選擇對(duì)象　　5.3.3　移動(dòng)對(duì)象　　5.3.4　復(fù)制和刪除對(duì)象　　5.3.5　標(biāo)注對(duì)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(hào)民分析與處理函數(shù)第12章　LadVIEW的高級(jí)應(yīng)用第13章　虛擬儀器設(shè)計(jì)舉例附錄《虛擬儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程》32學(xué)時(shí)教學(xué)大綱參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：第1章　檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)檢測(cè)是意義更為廣泛的測(cè)量。在一般工程技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域中，檢測(cè)與測(cè)量，測(cè)試的含義比較相近，在不強(qiáng)調(diào)這幾個(gè)名詞之間的細(xì)微差別時(shí)，它們可以相互替代。根據(jù)國(guó)際通用計(jì)量學(xué)基本名詞的推薦，測(cè)量是以確定被測(cè)量量值為目的的一組操作。測(cè)試是測(cè)量和試驗(yàn)的簡(jiǎn)稱(chēng)，試驗(yàn)是在真實(shí)情況或模擬條件下對(duì)被測(cè)對(duì)象的特性進(jìn)行測(cè)量和度量的研究過(guò)程。檢測(cè)具有測(cè)量，檢出被測(cè)對(duì)象中的有用信息以及檢驗(yàn)等含義。檢測(cè)技術(shù)是自動(dòng)控制技術(shù)、微電子技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和物理學(xué)等學(xué)科的有機(jī)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(cè)相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)。1.1　信號(hào)的分類(lèi)在人類(lèi)社會(huì)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(guò)某種運(yùn)載手段才能方便地進(jìn)行交換和傳送。能夠運(yùn)載信息的物理量稱(chēng)為信號(hào)。與其他信號(hào)相比，電信號(hào)較容易產(chǎn)生、輸出、控制和存儲(chǔ)，是目前應(yīng)用最廣的一類(lèi)信號(hào)。通常所指的信號(hào)主要是指電信號(hào)。信號(hào)是時(shí)間或空間的函數(shù)。例如，信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的正弦波信號(hào)是時(shí)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(diǎn)所組成的靜止平面圖像是兩個(gè)平面坐標(biāo)的函數(shù)。信號(hào)可以利用數(shù)學(xué)解析式來(lái)表示，也可以利用圖形來(lái)描述。根據(jù)信號(hào)所具有的時(shí)間函數(shù)特性，可將信號(hào)分為確定性信號(hào)與隨機(jī)性信號(hào)，連續(xù)信號(hào)與離散信號(hào)、周期信號(hào)與非周期信號(hào)、能量信號(hào)與功率信號(hào)。

編輯推薦

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

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