基于虚拟仪器技术的应变测量

基于虚拟仪器技术的应变测量（精选8篇）

篇1：基于虚拟仪器技术的应变测量

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基于虚拟仪器技术的应变测量

作者：李东占 侯 力 郭焕刚 薄立朗

来源：《现代电子技术》2009年第15期

摘要：虚拟仪器技术在信号测试测量领域的应用越来越广泛，设计基于虚拟仪器技术的应力应变检测系统，介绍双孔梁应变检测原理、硬件组成，以及利用LabVIEW软件实现该系统功能的程序流程和具体的设计过程，给出应变测量程序和低通滤波电路。该系统简单易用，通过对双孔梁的应变测量实现了对其端部受力的测量。

关键词：虚拟仪器；应变测量；数据采集；LabVIEW

篇2：基于虚拟仪器技术的应变测量

液体火箭发动机试验动应变参数测量工艺技术

介绍了液体火箭发动机地面试验中动应变测量系统的测量工艺技术.分析了长电缆对应变片灵敏度的影响因素,介绍了应变片的粘贴工艺,分析了动应交测量系统干扰信号的`来源和抗干扰的技术措施,同时分析了温度对动应变测量系统的影响及工艺改进方法.

作 者：陈海峰 刘英元 Chen Haifeng Liu Yingyuan 作者单位：西安航天动力试验技术研究所,陕西,西安710100刊 名：火箭推进英文刊名：JOURNAL OF ROCKET PROPULSION年，卷(期)：200935(6)分类号：V434关键词：动应变 测量工艺 关键技术

篇3：基于虚拟仪器技术的应变测量

现代工业和国防工业的迅速发展,使电子测量技术进入广泛使用、综合测量阶段,大型设备、系统的现场监控和测试设备是一个方兴未艾的新市场[1]。综合测试设备的核心由多类别、高性能的电子测量仪器集群和计算机构成,重视用户接口信号的适用范围和设备适应恶劣工作环境的能力。随着大规模综合测试在设备、系统中的广泛使用,对大规模现场测试设备的需求将日益成长。电子测量工作站的出现恰好弥补了这一空缺,可有效解决设备应急抢修的问题[2]。电子测量工作站运用虚拟仪器技术把计算机、仪器硬件、计算机软件等结合起来,除了传承传统仪器的已有功能之外,还增加了很多传统仪器不能及的先进功能,具有高度灵活性,突破了在数据处理、传送及存储方面的限制。USB接口已成为PC机的标准配置,并且支持热插拔功能,数据传输率高。

基于NI公司的USB系列数据采集卡和LabVIEW虚拟仪器开发平台构建便携式的综合测量系统,对设备进行频域、时域的参数测量,完成对设备的状态检测和故障排除。

1 虚拟仪器

虚拟仪器是指计算机为硬件核心平台,配备相应测试功能的硬件作为信号输入/输出端口,利用仪器开发软件在计算机上虚拟出仪器的面板和功能按钮,通过鼠标、键盘来操作的仪器。硬件采用数据采集卡,用户就可以虚拟出任意功能的仪器[3,4]。美国国家仪器公司设计的LabVIEW软件是一种图形化的编程环境,实现了虚拟仪器的概念。与传统仪器相比,虚拟仪器实现了测量仪器的智能化、模块化、多样化,具有全自动化的测试过程,并且可以方便地进行二次开发,以及较低的成本[5]。

2 系统设计

2.1 电子测量工作站简介

电子测量工作站是将15种电子测量仪器与计算机组合为一体的新型测量设备,是当今电子仪器界一个重要的创新,它具有体积小、携带方便、坚固、耐高温、抗振、抗冲击、绝对密封防水、防腐、防潮、防尘的特点,尤其是其强大的仪器集群综合工作能力,特别适用于在环境恶劣、应急测试等情况下为设备提供必要的抢修平台。电子测量工作站中的各种仪器能够同步工作,形成协同作战的仪器集群,它顺应当前电子测量多元化、综合化的趋势,以工作站的形式取代传统的分立型台式仪器,为工业界、科学界和教育界提供了一种新型电子测量设备,它功能完善、使用方便、通用性好、性价比高,因此电子测量工作站产品具有成为当今电子仪器领域中重要增长点的潜力。电子测量工作站的基本特征如下[6]:将多通道、多功能电子测量仪器群与计算机集成为一个系统的电子测量设备,具有大规模的综合测量能力;具有标准的目标硬件适配接口;具有标准的目标软件适配接口。

2.2 系统组成

电子测量工作站由硬件和软件两部分组成。

硬件部分基于USB总线数据采集卡,配备相应辅助电路模块来完成信号的采集及转换,模块电路有双向数字信号适配器电路、数字存储示波器电路、高速采样存储器电路、数据模型波形存储器电路、任意波形电压源信号发生器电路、电压信号波形存储器电路、任意波形电流源信号发生器电路、电流信号波形存储器电路、万用表电路、直流稳压电源电路、通信控制模块电路。

软件部分运用美国国家仪器公司的LabVIEW图形化编程软件,仪器驱动器完成对某一特定仪器控制与通信的软件程序,并由计算机进行数据的存储和分析。

2.3 系统功能

电子测量工作站以系统同步控制模块为电路核心,控制各个仪器和功能模块同步工作。在测量中,通过测量接口适配器将被测目标与电子测量工作站中的对应仪器相连接,完成所需信号的发送和测量,测量数据由计算机进行处理,显示出测量数据和图像。它所控制的仪器和功能模块电路如图1所示。

系统基本功能部件如下:双通道数字存储示波器;双通道FFT频谱分析仪;18通道逻辑分析仪; 数字万用表,LCR万用电桥;频率计 (微波);18通道数据模型信号发生器,任意波形电压源、电流源信号发生器,时钟信号发生器;可调式直流稳压电源,工频交流电源。

3 系统实现

系统同步控制模块是设备的控制核心,控制各个相关部件工作,它能够协调各个仪器同步工作、同步触发;能够通过通信控制模块与上位计算机通信,接收命令和传递数据。各种仪器由系统同步控制器和对应模块组合而成。以逻辑分析仪为例进行介绍。

3.1 系统同步控制器

系统同步控制器具有功能强大的事件触发器,能够按照上位计算机设置的参数识别特定的信号事件,并能够对事件进行逻辑运算、触发计数和延时控制,其事件的触发信号可以用于控制设备工作状态。同时,还具有12组18位宽度的码型信号事件识别器、1组16位宽度的总线信号事件识别器、2组6级队列触发器、12组信号宽度识别器,2组51位的计数/定时器,其定时能力可达260天,定时精度为10 ns。这些高性能的部件提供了丰富的信号触发资源,适合用于捕捉高速的瞬间信号流。系统同步控制器还带有系统同步总线,支持双机联机工作方式,在联机工作方式下,2个系统的触发资源可以合成,能够同步触发、同步工作。系统同步总线还可以用于精确校准主时钟的频率。系统同步控制器结构如图2所示。

3.2 逻辑分析仪

数字信号适配器、高速采样存储器和系统同步控制模块内的控制电路构成了一个18通道的逻辑分析仪,该逻辑分析仪具有200 MS/s的采样速率和1兆点的存储深度,具有丰富的信号触发能力和同步工作能力,其信号测量带宽为80 MHz。数字信号适配器具有双向信号处理能力,它既能够将被测系统的数字信号送往系统同步控制模块内的逻辑分析仪进行测量,又能够将数据模型发生器输出信号送往被测系统,驱动被测系统的信号节点。

工作时数字信号适配器在系统同步控制器的控制下实时切换各通道数字信号的传送方向。数字信号适配器结构如图3所示。

逻辑分析仪在测量时首先由信号锁存器将外部的被测信号锁定,锁定后的信号DinBUS送往方向控制器,控制寄存器按照系统同步控制模块的信号调节信号锁定的时序和信号传送的方向,经方向控制器驱动后的被测信号送往系统同步控制模块,系统同步控制模块将被测信号实时存入高速采样存储器,并产生预先设定的触发过程。

高速采样存储器实时存储示波器和逻辑分析仪送来的数字信号,采样完毕后,高速采样存储器中的数据经系统同步控制器和通讯控制模块送往上位计算机。具有34 b的数据宽度和1 MB的地址空间,它在系统同步控制器输出的采样时钟信号MSBUS-CLK和控制信号MSBUS-C的驱动下工作[7]。

高速采样存储器结构如图4所示。

3.3 软件结构

基于虚拟仪器技术的逻辑分析仪主要由数据捕获和数据显示2部分组成。数据输入部分将各通道的输入变换成相应的数据流;触发产生部分根据数据捕获方式在数据流中搜索特定的数据字,然后决定是否产生触发信号来控制数据存储器,以便开始或停止存储数据[8]。数据显示部分将存储器里有效的数据以多种方式显示出来,方便对已捕获的数据进行分析。主程序流程图如图5所示。

逻辑分析仪的设计采用模块化思想,包括主程序模块、DAQ信号获取模块、多通道仿真信号产生模块、合并数据流模块、模数转换模块、多通道波形连接模块、通道设置模块、序列触发模块、触发设置模块、截取波形模块等,主程序直接调用多个子VI程序[9]。操作界面如图6所示。

4 结 语

此文介绍基于虚拟仪器概念的电子测量工作站系统,该系统实现了多种仪器的综合性,操作简单,携带方便,对设备的快速检修提供了重要平台。

摘要：为了解决实验室仪器价格昂贵,操作复杂,不适合大规模现场测试等问题,采用基于USB总线的数据采集卡,配备相应辅助电路模块完成信号的采集及转换,运用虚拟仪器技术及LabVIEW开发平台,实现了由示波器、逻辑分析仪等15种仪器组成的电子测量工作站。工作站可进行各测量模块之间的同步以及计算机数据存储、分析和制图,具有使用方便、便携性好等特点,可有效解决设备应急抢修的问题。

关键词：虚拟仪器,LabVIEW,电子测量工作站,逻辑分析仪

参考文献

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[2]肖浩,李锦涛,罗海勇,等.基于虚拟仪器架构的电子测量工作站设计[J].计算机工程,2008,34(14):234-236.

[3]朱耀东.虚拟逻辑分析仪的设计与实现[J].仪器仪表用户,2002,9(4):20-21.

[4]李爱华,王章瑞.基于虚拟仪器概念的虚拟逻辑分析仪的设计[J].计算机测量与控制,2003,11(10):812-814.

[5]吕娜,朱荣新,陈袅.利用LabVIEW开发虚拟仪器系统[J].空军电讯工程学院学报,1999(4):44-47.

[6]李国清,杨井胜,王勇.基于LabVIEW的雷达自动测试系统[J].国外电子测量技术,2009,28(2):31-34.

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[8]李景广,李正生,董坤,等.虚拟逻辑分析仪触发系统的设计与实现[J].仪器仪表用户,2007,14(5):41-43.

[9]陆绮荣.基于虚拟仪器技术个人实验室的构建[M].北京:电子工业出版社,2006.

篇4：基于虚拟仪器技术的应变测量

摘要：为了帮助学生加深电阻式传感器的原理、布片情况、测量电路及其误差处理方法的理解，设计了电阻应变片传感器的远程虚拟实验。该实验包括弹性元件模块、电桥及其调零模块、电阻应变片布片模块、非线性误差计算模块和温度误差计算及补偿模块。该虚拟实验界面生动，操作简便，真实还原了电阻式传感器传统实验的操作过程，激发了学生的学习兴趣，提高了教学效果。

关键词：电阻应变片传感器;虚拟实验;远程测控;网络化

中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）32-0119-02

“传感器技术”是一门实践性非常强的课程，每种传感器的教学都配套相应的实验，但是目前学生主要根据实验指导书进行验证性实验，实验操作训练不足，创新能力难以提升。针对传统实验教学中存在的教学方法单一，理论学习和实验动手操作相互分离，学生缺乏学习主动性和创造性等问题，[1，2]提出了虚拟实验的解决方案。

本文设计了电阻应变式传感器的虚拟实验，采用LabVIEW语言，将电阻式传感器实验进行虚拟化、网络化，构建一个使用方便的实验平台，帮助学生加深理解电阻应变式传感器的原理、弹性元件结构、布片情况、测量电路及其误差处理等内容。

电阻式传感器是利用应变计在受外力的影响下产生机械形变从而导致的阻值变化，即应变效应。该效应的产生导致了电桥输出变化。电阻式传感器实验的主要目是观察电桥输出变化与载荷之间的关系，由于电桥的接桥方式不同，其输出特性亦不相同，通过对单臂、半桥、全桥电路工作的传感器电路分别进行压力测试，观察出不同电桥输出特性的关系。本虚拟实验主要包括虚拟弹性元件型式设计、虚拟电桥设计、虚拟电源和虚拟放大电路设计、虚拟电桥调零电路的设计;除此之外该实验还包括计算不同接桥方式的相对非线性误差、计算不同接桥方式的相对温度误差，设计虚拟温度误差补偿电路;要求界面友好，并能远程操作该虚拟实验。

一、虚拟模型

1.弹性元件的虚拟模型

根据导体材料的应变电阻效应，电阻的相对变化与应变之间的关系为：

（1）

其中K和ε分别为灵敏系数和应变。

为了获得电桥输出与载荷的关系，需要构建弹性元件的数学模型。电阻式传感器的弹性元件结构有圆筒式、柱环式、悬梁式和轮辐式四种基本类型，各种不同的结构型式的弹性元件应变ε与载荷F的关系如下所示。

（1）柱筒式弹性元件

（2）

其中E为弹性模量，A为横截面积。

（2）柱环式弹性元件

（3）

其中R0為内环半径，b为柱环宽度，h为柱环厚度，E为弹性模量。

（3）悬梁式弹性元件

（4）

其中l为有效长度，b为悬梁宽度，h为悬梁厚度，E为弹性模量。

（4）轮辐式弹性元件

（5）

其中b为轮辐条厚度，h为轮辐条宽度，G为剪切模量。

将四种弹性元件类型设计在一个子VI中，通过操作“弹性元件类型”下拉列表进行选择。

2.虚拟电桥模型

电桥是目前常用的电阻式传感器测量电路，整个电桥电路由四个桥臂组成，当桥臂接入应变电阻时则成为应变电桥。当有一个臂被接入应变电阻时，被称为单臂电桥;两个臂被接入应变电阻时则为双臂电桥（也称半桥）;四个臂均被接入应变电阻时则称为全桥。在桥路中均未接入应变电阻时，其输出电压为：

（6）

不同的接桥方式对应的电桥输出特性亦不同。当单臂工作时，输出电压为：

（7）

当双臂接入，即半桥工作时，输出电压为：

（8）

当四臂接入，即全桥工作时，输出电压为

（9）

将公式（9）展开，略去二阶项，

当时，式（9）即可表示为线性输出：

（10）

其中为桥臂比。

3.电阻属性和接桥方式设计

前面板（如图1所示）上电桥部分的电阻属性分为固定电阻、应变电阻和平衡电阻三种，应变电阻的贴片方式分为受拉应力和受压应力。

（1）电阻属性。图1中的电阻R1的属性只有两种：应变电阻和固定电阻。该属性通过操作“R1” 设置开关进行选择。若R1为应变电阻属性，其阻值会随载荷F的增减而产生相应的ΔR1以及因温度变化产生的ΔR1t。

电阻R2的属性与R1相同。通过操作“R2” 设置开关可以选择R2的属性。若R2作为应变电阻，则会随载荷F的增减而产生相应的ΔR2以及因温度变化产生的ΔR2t。若操作“差动设置”开关，则可使R2的受力方式为受压应力，从而会随载荷F的增减而产生相应的-ΔR2以及因温度变化产生的ΔR2t。

R3，R4需要参与调平电路的设计，因此接线也会相对复杂。

通过操作“R3”和“R4”设置开关对该电阻进行属性操作。图中出现的Rr显示框为调零电路中的R5的右半部分与R6串联然后再与R3并联后的阻值。Rl显示框为R5的左半部分与R6串联后再与R4并联后的阻值。

（2）接桥方式的设计。虚拟前面板上的电桥工作方式分别为：不工作、单臂工作，半桥工作和全电桥工作方式四大类型。对于半桥和全桥方式，其中应变片又分为差动和非差动两种布片方式。

不工作方式指的是R1，R2，R3和R4都设置成固定电阻。该方式无论怎样施加外力，输出始终为零。

单臂工作时将R1设置为应变电阻，R2、R3、R4设置为固定电阻。此时，按“R1”按钮，“R1”按钮变绿，图中应变电阻R1如果显示向上的箭头，表明该应变电阻受拉应力，对应电阻值增大;如果应变电阻R1显示向下的箭头，表明该应变电阻受压应力，对应电阻值减小。

半桥非差动工作时，R1、R2设置为应变电阻，R3、R4设置为固定电阻。按下“R1”、“R2”两个按钮，两者均变绿表示接入工作臂，同时电阻R1、R2上的箭头方向一致，表示应变片受到相同性质的应力，此时电桥输出基本为零。

半桥差动工作时，R1、R2设置为应变电阻，R3、R4设置为固定电阻。按下“R1”、“R2”两个按钮，两者均变绿表示接入工作臂，同时电阻R1显示向上箭头，R2显示向下的箭头，表示对应的应变片受到拉应力和压应力。

全桥非差动工作时R1、R2、R3、R4属性均为应变电阻，此时，按下“R1”、“R2”、“R3”、“R4”按钮，均变为绿色。四个电阻上的箭头方向一致，表明四个电阻受相同性质的应力，此时电桥输出基本为零。全桥差动工作时，“R1”、“R3”电阻箭头向上，表示受拉应力;“R2”“R4”箭头向下，表示受压应力。

4.温度误差计算及补偿

在讨论应变计的工作特性时通常是以温度恒定为前提的，但在实际应用过程中，工作温度可能会发生变化，从而导致应变电阻的阻值发生变化。设工作温度变化为Δt℃，则由此引起粘贴在试件上的应变电阻的相对变化为：

（11）

式中，αt为敏感栅材料的电阻温度系数，K为应变计的灵敏系数，βs、βt分别为试件和敏感栅材料的线膨胀系数。

将公式（11）代入公式（7）-（10），即可以计算出温度变化时的电桥输出，该输出即为温度误差。

单臂工作时，采用补偿块法进行温度误差补偿，该方法利用两块参数相同的应变计R1、R2，R1贴于试件上并接入工作臂，R2贴于与试件材料相同温度环境的补偿块上，但该补偿块不参与机械应变，同时接入电桥相邻臂作为补偿臂。当接通电源并施加负载时，补偿臂产生的热输出与工作臂产生的热输出相同，则可达到温度误差补偿的目的。对于半桥差动和全桥差动工作方式，根据公式（10）的和差特性即能进行温度误差补偿。

5.非线性误差计算及补偿

公式（10）是对公式（9）进行线性化后的输出，

为线性输出，为非线性输出，则非线性误差为：

（11）

对于单臂工作时，非线性误差可以通过在电路中加入补偿臂（该臂不受外加应力作用）。对于半桥差动和全桥差动工作方式，不需要外接补偿电路，因为差动工作方式具有很好的非线性补偿作用。

二、虚拟操作面板的设计

用LabVIEW软件开发虚拟仪器，用户能“量身定制”仪器的操作面板。本实验根据真实的电阻式传感器实验电路接线图作为虚拟仪器的操作面板，能直观地阐述电阻式传感器实验原理及操作方式，虚拟面板如图1所示，主要包括虚拟弹性元件选择、应变电阻布片方式选择、电桥接法选择、电桥调零模块、差动放大模块、直流电源模块。此外前面板还包括电阻、外力、温度的赋值等。

三、远程虚拟实验的演示步骤

电阻式传感器实验的远程操作分别由DataSocket技术与Web网络发布工具来实现。DataSocket技术以及网络化技术的结合使虚拟仪器的远程控制成为可能，可在若干计算机上对传感器虚拟实验进行操作及数据处理。这为传感器虚拟实验的互动教学提升了便捷性。

电阻式传感器虚拟实验的远程操作过程如下：

第一步，打开服务器网页。

第二步，输入R1、R2、R3、R4的阻值。

第三步，选择弹性元件类型。

第四步，设置接桥和布片方式。

第五步，打开电源开关。

第六步，调节调零电位计，直至电桥近似达到初始平衡状态。

第七步，点击“施力F”按钮。

第八步，查看客户端网页，查看电桥输出曲线。

第十步，点击服务器面板中的“复位键”，使所有选项、开关及输入数据均清零和初始化。

第十一步，关闭电源开关。

四、结束语

电阻应变片传感器远程虚拟实验设计充分利用了LabVIEW虚拟仪器开发环境的优势及特性，实现了较为完善的仿真真实仪器的实验操作过程，人机操作界面友好。结合DataSocket及Web发布等工具实现了虚拟实验的远程测控，大大提升了该虚拟实验的实用性。在做传统电阻式应变片传感器实验之前，学生可以随时随地进行该传感器的虚拟实验，不仅能使学生加深对传感器理论知识的理解，而且能帮助学生在做传统实验时减少接线错误，理解传统实验的输出特性。该虚拟实验是传统实验的有益补充。

参考文献：

[1]杨后川，葛文军，秦宇飞.电阻应变片传感器网络虚拟实验系统开发[D].信阳：空军第一航天学院，2008.

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[8]陈笑秋，徐小华.基DataScoket 技术的网络化测控系统[J].仪器仪表用户，2008，（2）：63.

篇5：电子测量技术与仪器

姓 名：

学 院：

专 业：

班 级：

学 号： 电子测量仪器的现状与发展

12月25日

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电子测量仪器的现状与发展

摘要：近年来，以信息技术为代表的新技术促进了电子行业的飞速增长，也极大地推动了测试测量仪器和设备的快速发展。鉴于中国在全球制造链和设计链的重要地位，使得这里成为全球各大仪器厂商逐鹿的大战场，同时，也带动了中国本土测试测量仪器研发与测试技术应用的迅速发展。

专家争鸣：中国应用测试技术方面面临的主要挑战

如今，电子技术发展的速度几乎是让人目不暇给。从SoC到SIP，从DSL到WiMAX，人们几乎每天都在不停地接受新概念;3G的问题还未完全解决，人们已经开始讨论B3G的部署，围绕4G的各种技术已成为研究的新热点。那么，技术发展如此之快，测试技术能否跟得上应用的发展?中国的研发人员和测试工程师又面临着什么样的技术挑战?

来自Agilent和NI的专家们几乎都一致地认为：中国工程师与美国乃至世界各地的工程师面临着相同的挑战。这些挑战一方面是待测产品的功能越来越多，测试的要求也越来越高，另一方面，留给测试的时间却越来越少，因为产品要以最快的速度上市，从而形成了前所未有的测试效率方面的压力。工程师面对着各种选择，他们既需要一个具 2

有很好的灵活性和兼容性、扩展性强，同时又很可靠稳定的自动测试测量平台，这个平台不但可以满足现有的需求，而且能很方便地进行系统升级，以符合今后越来越具有挑战性的需求，此外，还要求这种自动测试平台具有较长的使用寿命和较低的建构成本。

然而，国内的专家并非都认可上述观点。来自赛宝计量检测中心的技术专家王勇，就不认同上述观点的绝对性(凭借着他本人的丰富经验，以及对南中国地区众多用户的了解，其观点具有一定的代表性)。他认为，虽然上述的自动测试平台具有效率高等不少优点，但至少这种测试平台相对于中国的国情来说，还存在着一系列的问题，包括可靠性、可维性和可操作性差以及成本过高等问题。

实际上理解这一点并不难，因为在这种复杂的自动测试平台中，可靠性模型全部是串联架构，还要加上配套软件的可靠性损失问题。“在中国，分离设备基于易操作和低成本的优势，在相当时间内还将承担主要角色，”他表示。另外，他认为，技术的发展和测试技术的发展基本上是同步的，存在测试问题的标准是无法发布的。一旦标准发布，就不会存在测试方面的问题。“而中国的工程师真正面临的问题在于如何选择与应用相适应的仪器设备以及如何使用仪器以及如何有效利用仪器的延伸性能，从而使设备的效能得到真正发挥，”他指出，而目前的情况是，许多单位购买了大量的高档仪器，而对仪器的应用 3

开发却处于非常低级的阶段。造成这种现象的原因，当然与国内的管理水平低有关，但工程师的盲目追高，也是其中的一个主要因素。

关于相同的问题，泰克公司中国区市场总经理张权则认为：工程师真正面临的挑战体现在采用多种技术和混合信号的嵌入式设计方面。因为在这类设计中，随着低成本的微处理器和微控制器的速度不断加快，设计变得越来越复杂。体现这些挑战的行业也越来越多，从遍布混合信号的数字视频转换，到必须处理日益复杂的.各种瞬变RF信号的无处不在的无线技术，还有数据传输率不断持续增长的高速数据处理方面的需求，虽然现在的主流为3Gb，他预测，不久的将来6Gb甚至12Gb就会成为主流。

罗德与施瓦茨中国有限公司产品支持经理安毅博士则更注重从技术层面上来说明工程师面临的挑战。他认为：这些挑战主要是如何顺应新的标准和新的应用来制定最完整和最恰当的测试方案，还有自定义产品和系统的测试等。这就要求工程师紧密跟踪最新技术发展，了解新的技术带来的新变化和需求，并挖掘现有测试设备的潜力。

而来自安立公司的观点更直接，那就是在测试领域里，中国面临的最大挑战就是缺乏具有微波背景和相关经验的工程人才，以及优秀的测试与计量人才。

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中国本土测量仪器设备行业的发展现状

近年来中国测量仪器的可靠性和稳定性问题得到了很多方面的重视，状况有了很大改观。测试仪器行业目前已经越过低谷阶段，重新回到了快速发展的轨道，尤其最近几年，中国本土仪器取得了长足的进步，特别是通用电子测量设备和汽车电子设备的研发方面，与国外先进产品的差距正在快速缩小，对国外电子仪器巨头的垄断造成了一定的冲击。随着模块化和虚拟技术的发展，为中国的测试测量仪器行业带来了新的契机，加上各级政府日益重视，以及中国自主应用标准研究的快速进展，都在为该产业提供前所未有的动力和机遇。从中国电子信息产业统计年鉴中可以看出，中国的测试测量仪器每年都以超过30%以上的速度在快速增长。在此快速增长的过程中，无疑催生出了许多测试行业新创企业，也催生出了一批批可靠性和稳定性较高的产品。

拥有中国该领域唯一重点实验室的中国电子集团公司第41研究所，凭借着本土测试领域的龙头地位，通过属下的青岛兴仪电子设备有限责任公司，成功地实现了由技术到产品的转化，开发出了多款具有很高技术水平的产品。该所研制出的高纯微波合成信号发生器、微波噪声系数分析仪、便携式射频频谱分析仪、2.5Gb/sSDH/PDH数字传输分析仪、高性能的光通讯设备，包括光谱分析仪和高性能微型光时域反射计，还有高速数字示波器等，目前都已经形成比较完整的产品系列。其中AV1489型高纯微波合成信号发生器采用全正向设计方 5

法，突破了高纯度微波频率合成等多项关键技术;AV3984型微波噪声分析仪突破了智能微波噪声源等多项关键技术;AV4022型便捷式射频频谱分析仪突破了小型化设计与制造等关键技术，还有高性能的AV3600系列的宽带矢量网络分析仪，DT系列数字电视码流实时检测仪等。另外，该所还与海信集团一道，研制出了数字电视全部四个层次上的测试仪器。无疑这对中国的数字电视产业的发展将起到很大的推动作用。这些仪器除了能解决所有通用协议分析外以及物理层的各种指标的测试外，还有一个很重要的特点，就是结合中国数字电视标准和特点，保留了很好的可升级性。

在这方面，天津德力公司做得也是有声有色。如该公司推出的

DS8821Q数字电视频谱分析仪、DS1191数字电视综合分析仪、DS1883Q数字电视场强仪、DS9000码流分析仪等产品，还有DS768这类的机顶盒专用测试设备。凭借着中国自建标准的优势，湖北众友公司和北京星河亮点通信公司还分别成功开发出了ZY800系列和SP6010 TD-SCDMA终端综合测试仪。

该行业中另一可圈可点的就是北京普源精电科技有限公司。目前，该公司的产品已经成功销往42个国家与地区。并规划在前发展成为亚洲最大的测量仪器厂商。该公司走的是从低到高的发展路线图。从最常规的数字万用表，任意波形发生器，到高性能的数字示波器。该公司的DS3000系列任意波形发生器，是一款带有数字逻辑输 6

出功能(16路数据通道和2路时钟通道)的混合信号发生器(MSG)。该设备采样率达到300MSa/s，垂直分辨率为14bits，还有1M采样点存储深度。可以提供十种标准波形，还可以提供用户自定义的任意波形，其中包括各种丰富的调制波形，满足了很多领域的应用;还有DS1000系列混合数字示波器，目前示波器的带宽已经达到500MHz，并具有很丰富的高级触发方式，特别是码形触发和持续时间触发，解决了各种异常波形的触发问题。示波器中还集成了逻辑分析功能，保证了使用上的方便。

其产品的另外一个特点就是具有业界较全的接口，从GPIB到

RS232，从LAN到USB，丰富的接口保证了仪器的适应性，方便了互联测试平台的建立。据了解，公司如今还正在加速虚拟仪器的研究并很快推出这方面的产品，准备向平台建设逐步完善化的方向快速过渡。

中国本土测量仪器设备发展的主要瓶颈

尽管本土测试测量产业得到了快速发展，但客观地说中国开发测试测量仪器还普遍比较落后。每当提起中国测试仪器落后的原因，就会有许多不同的说法，诸如精度不高，外观不好，可靠性差等。实际

电子测量技术与仪器上，这些都还是表面现象，真正影响中国测量仪器发展的瓶颈为：

7

1.测试在整个产品流程中的地位偏低

由于人们的传统观念的影响，在产品的制造流程中，研发始终处于核心位置，而测试则处于从属和辅助位置。关于这一点，在几乎所有的研究机构部门配置上即可窥其一斑。这种错误观念上的原因，造成整个社会对测试的重视度不够，从而造成测试仪器方面人才的严重匮乏，造成相关的基础科学研究比较薄弱，这是中国测量仪器发展的一个主要瓶颈。实际上，即便是研发队伍本身，对测试的重视度以及对仪器本身的研究也明显不够。

2.面向应用和现代市场营销模式还没有真正建立起来

本土仪器设备厂商只是重研发，重视生产，重视狭义的市场，还没有建立起一套完整的现代营销体系和面向应用的研发模式。传统的营销模式在计划经济年代里发挥过很大作用，但无法满足目前整体解方案流行年代的需求。所以，为了快速缩小与国外先进公司之间的差距，国内仪器研发企业应加速实现从面向仿制的研发向面向应用的研发的过渡。特别是随着国内应用需求的快速增长，为这一过渡提供了根本动力，应该利用这些动力，跟踪应用技术的快速发展。

3.缺乏标准件的材料配套体系

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由于历史的原因，中国仪器配套行业的企业多为良莠不齐的小型企业，标准化的研究也没有跟上需求的快速发展，从而导致仪器的材料配套行业的技术水平较低。虽然目前已有较大的改观，但距离整个产业的要求还有一定距离。所以，还应把标准化和模块化的研究放到重要的位置。还有，在技术水平没有达到的条件下，一味地追求精度或追求高指标，而没有处理好与稳定性之间的关系。上述这些都是制约本土仪器发展的因素。

参考文献

篇6：电子测量技术与仪器实习报告

电子测量实习报告

题 目： 电子测量实习报告 学 生： 白 培 贞 联系电话： 10124578898 指导老师： 李 行 教学站点： 西安机电科技技师学院 专 业： 电子测量技术及仪器

完成日期： 2013.04.15

目 录

一、实习目的与意义 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(1)

二、实习单位简介„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(1)2.1地理位置„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(1)2.2公司规模„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(1)2.3产品概况„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(2)2.4管理概况„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(2)2.5技术概况„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(2)2.6目前行业发展地位„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(2)

三、实习岗位简介„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(2)

四、实习内容„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(3)4.1专门观测员„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(3)4.2市场推广员„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(3)4.3操作员。„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(3)

五、收获与体会„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(4)

六、致谢„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(7)

一、实习目的与意义

电子测量技术及仪器集中学习是在课堂结束之后在实习地集中的实践性教学，是各项课间的综合应用，是巩固和深化课堂所学知识的必要环节。通过实习，不仅了解到了电子测量的全过程而且培养了我们熟悉电子仪器、仪表工作原理，使我们具备电子测量应用技术、电子仪器测控技术的能力，并且为今后解决实际工程中的有关问题打下基础，还能在业务组织能力和实际工作能力方面的锻炼。在实习单位，我们必须向师父，工人师傅，还有各位上司努力学习，努力提高自己的各方面素质。我们适时地抓住该次实习的机会，努力地运用在学校学习的书本知识，将他们转化为实地操作的能力。

为以后真正走向社会，走向工作岗位提供宝贵的经验，通过这次顶岗实习，对我们巩固和加深所学理论知识，培养我们的独立工作能力和加强劳动观点起了重要作用。

1.在实习中了解企业的组织管理、企业文化、产品开发与销售等方面的知识和运作过程；更重要的是培养了我们严格认真的科学态度、塌实求实的工作作风、吃苦耐劳的献身精神和团结协作的集体观念。

2．在专业比较对口的实习岗位上，努力将所学的理论知识与实际工作密切结合，并能灵活应用，使自己的专业知识、专业技能及工程实践能力均得到一次全面的提升。

3．积累一定的工作经验和社会经验，在职业道德、职业素质、劳动观念、工作能力等方面都有明显的提高，逐步掌握从学生到员工的角色转换，为毕业后的就业打下良好的基础，提高就业竞争力。

二、实习单位简介

2.1地理位置：

华天科技（西安）有限公司，地处古城西安的国家级经济技术开发区凤城五路，地理位置优越，交通便利，拥有完善，广阔的销售网络，毗邻天水-关中经济带，处于连接东部和西部的跳板位置，在刚起步不久的中西部电子产业中市场前景远大，具有广阔的市场发展潜力 2.2公司规模

华天科技（西安）有限公司是由天水华天科技股份有限公司出资设立的专业从事集成电路高端封装测试的企业。公司成立于2008年1月，注册资本36100万

元，占地面积10.8万平方米。2.3产品概况

企业主要从事半导体集成电路、MEMS传感器、半导体元器件的封装测试业务。公司具有封装测试10亿块TSSOP、QFN、DFN、BGA、FLIPCHIP等系列集成电路的能力和月1万片的CP测试生产能力。公司以科技创新为先导，积极致力于集成电路高端封装技术的研发和CSP封装技术的开发。2.4管理概况

企业具有完善的法人治理结构和现代公司经营管理制度，与银行之间有着良好的信贷关系，信用等级为AAA。企业的集成电路封装测试生产线通过了ISO9001、ISO/TS16949质量管理体系认证以及ISO14001环境管理体系认证。公司自成立以来，通过深化企业改革，加强科技创新，强化内部管理，大力开拓市场，实施技术改造等措施，使企业的技术创新能力、装备水平、市场占有率等都得到了有效的提升，集成电路年封装能力和实际加工量连年快速增长，企业综合竞争能力和经济效益大幅度提高 2.5技术概况

华天科技（西安）有限公司电子封装研究中心设计团队拥有成熟的SiP设计技术，使用Package design tool：SIGRITY-Unified Package Desinge（UPD）原Encore软件提供设计服务，Electromagnetic modeling tool：Apache-Sentinel-NPE（原Paksi-E）软件进行电量参数提取与设计，并严格按照设计流程控制系统来进行，从而保证了设计的质量。

公司可为客户提供封装方案评估、封装设计、热仿真、频域仿真、时域仿真、机械应力仿真、三维模型、可靠性评估等诸多封装技术服务。2.6目前行业发展地位

华天科技西安有限公司现有职工5000多人,整体采用制度化管理模式,目前在地区行业中处于龙头企业的地位,在全国处于最具影响力和发展潜力的地位,始建于2008年,经过5年的建设,现已形成了以从事半导体集成电路、MEMS传感器、半导体元器件的封装测试为主营业务的大企业，2012年被评为国家技术创新示范企业、荣获中国半导体产业发展十年表彰活动中国十强最具成长性半导体企业。

三、实习岗位简介

电学计量技术的现状和总体发展趋势，分析了电子测量仪器的研 究开发，阐述了我国电子测量技术与国际先进技术水平的差距，进而 提出了发展电子测量 2

仪器技术的对策。特别是由于测试技术的突破带 来的电子测量仪器的革命性变化。介绍了业界的最新进展和最新标 准。SMT 实验室，需要满足 SMT 单位的检测要求，失效分析及协助 现场问题解决，新材料，新制程检测评估验证，协助事业单位，拟定 实验计划，经验分享及教育推鉴。

四、实习内容

在此实习期间,我主要从事观测，销售岗位的工作,初期通过师傅的介绍,我了解了自己在大学所学的电子测量及仪器知识在该公司的应用状况。4.1专门观测员

在实际测量工作中，由于外界条件、仪器本身和观测者技术水平等的不同，必然导致对同一测量对象进行的若干次测量所得到的结果彼此不同，或在各观测值与其理论值之间仍存在差异。

（1）在仪器安置、照准、读数等方面都会产生误差。同时普通员工的技术水平、工作态度及状态都对测量成果的质量有直接影响。

（2）每种仪器有一定限度的精密程度，因而观测值的精确度也必然受到一定的限度。同时仪器本身在设计、制造、安装、校正等方面也存在一定的误差，如钢尺的刻画误差、度盘的偏心等。

（3）观测时所处的外界条件，如温度、湿度、大气折光等因素都会对观测结果产生一定的影响。外界条件发生变化，观测成果将随之变化。所以观测条件的好坏与观测成果的质量有着密切的联系。因此需要特定技术和能力的观测人员。4.2市场推广员

公司从事半导体集成电路、MEMS传感器、半导体元器件的封装测试业务，所以还需要将所生产出来的成品销往全国各地，就需要市场部的营销人员,营销是一个社会过程，在此过程中我们不仅卖的是公司的产品，更是形象、名誉、诚信和服务。所以这一个过程不仅要掌握用户的需求，更要激起他们购买的欲望，让他们放心的使用我们的产品.努力为把公司发展成为国际知名的集成电路封装测试企业而不懈努力。4.3操作员

电子测量技术及仪器专业是以培养熟悉电子仪器、仪表工作原理，具备电子测量应用技术、电子仪器测控技术能力的高级技术应用性专门人才为目标。要求我们掌握仪器仪表的使用和测量能力，在其中对仪器仪表的应用就需要我们实地操作，公司上班制度采用三班倒，作为内操人员，我们兢兢业业的坚持在工作岗 3

位，平时由于众多原因，测量也存在一定误差。例如，在一系列的观测值中如何确定最可靠值；如何来评定测量的精度；什么样的误差是被许可的，即如何确定误差的限度。例如，在一系列的观测值中如何确定最可靠值；如何来评定测量的精度；什么样的误差是被许可的，即如何确定误差的限度。这就运用到了大学的专业知识，内操员要运用误差理论来得到解决这些问题。

（1）进行各类误差的判别与原因分析；（2）进行误差的计算和比较

（3）运用误差传播定律进行相关分析计算。

在操作中，经常出现偶然误差，它是不可避免的，偶然误差是测量中不可避免的误差，它的大小和符号也无法预知，纯属偶然性质。但是在相同的条件下，进行重复观测所出现的大量偶然误差，却存在着一定的规律。这就是表面上看来毫无规律的一组偶然误差，其内部却隐藏着一种必然的规律。起初，刚到实习单位很懵懂，生产线不懂，跟着师傅学了一段时间获得了很多，大学书本知识也应用于了实践，慢慢的操作技能也跟着提高。在操作实习的时间最长，也最有意义，因为在大多数学校的客观知识，在工作的岗位上基本都得到了应用和实践，学校里也经常做实验，也懂得许多电子测量规则和方法，和对仪器的接触等都对在岗位的工作奠定了基础。

五、收获与体会

校外电学计量技术实习是我们学生大学生活过程中的一个非常重要的实践环节，是学生培养计划中的重要组成部分和必不可少的阶段。实习是踏上社会的桥梁，他是每个大学生踏入社会的中转站，通过实习将书本上的理论知识运用到实际工作和生产销售当中，提前与实习单位对接，为实习单位提供对口的技能人才。同时，通过实习能够磨练我们学生的意志力，耐挫力，接触当下社会，适应时代发展的需求，更加贴近工作就业岗位，解决我们学生对专业课的茫然和无法对应工作岗位等一系列大学生面临的问题。

这次实习，让我对公司，对电子行业发展状况，更对电子测量和仪器的运用有了更深更大的了解，并且能进行基本操作外，我觉得自己在其他方面的收获也是挺大的,在思想上有了很大的转变。

（1）以前在学校里学知识的时候总是有老师往我们的头脑里灌知识，自己根本没有那么强烈的求知欲，大多是逼着去学的。然而到这里实习，确使我的感触很大，自己的知识太贫乏了，工厂里那种紧张的工作气氛特别在无形中给我营造 4

了一个自己求知的欲望。

（2）第一次亲身感受了所学知识与实际的应用。测量技术在生产设备的应用，焊接技术在机械制造工业的应用，精密仪器仪表在集成电路板制造的应用等等理论与实际的相结合，让我们大开眼界,也是对以前所学知识的一个初审。通过这次生产实习，进一步巩固和深化所学的理论知识，弥补以前单一理论教学的不足,为巩固专业课学习和毕业设计打好基础.（3）在实习中，我深深体会到团队合作的重要性，并勇于展现自我。自从来到这里，我为人处事的方法有所改变，最明显的是我转化了做事的方法，原来是学完了再干，现在是边干边学。

（4）了解了现代电子测量技术与仪器的发展状况。

首先，根据信息产业部发展研究院研究员唐德琴的说法，当前电子测量仪器与测试技术的发展趋势可以概括为以下六个方面: 1由于今天研发技术的的快速提升和应用，电子测量仪器以极快的速度向数○字化、自动化、智能化和多功能自动测量的方向发展。

2基于 I E E E 4 8 8.1 ,IEEE488.2,VXI(IEEE1155)总线技术的发展和用于可○编程仪器的标准命令SCPI(Standard Commands for Programmable Instruments)标准等系统技术的发展，成为模块式测试系统的关键支撑技术。运用这些技术可以方便地实现多功能、多参数的自动测量，方便地组成结构紧凑的模块式自动侧试系统。以 V X I总线技术为例，它为电子测量仪器提供了一个开放式结构环境，使电子测量仪器与技术在各行业中应用的领域不断拓宽。目前已经成功地用于航空工业、汽车工业、导航与航空电子设备、通信与其他电子系 统。预计今后将更广泛地用于军事和民用系统、生产过程控制、办公室自动化和电子医疗设备。

3集成化的计算机辅助测试环境和功能很强的应用软件，把测量仪器与测试○技术的发展推向更高的层次。近年来，测试软件技术有很大进展，重点在于发展标准的共享软件结构单元，并要求具有很强的兼容性和很高的重用率。这类测试系统使用方便，非常直观，功能极强。

4仪器及测试系统的数据采集和数据、信号处理功能不断增强，不少高档仪○器的更新换代及功能扩展，不再单纯靠制作的精细，一味拼硬件，而是应用数据处理、信号处理和误差修止等方法去实现。

5AD,CAT技术的普遍采用，以及技术的“模块化”，使测量仪器的研究周期○大为缩短，更新换代加快。仪器专用集成电路A S I C技术及表面贴装技术的应用，使仪器的结构更紧凑、可靠性更高、性能价格比更好。

6出现了单台仪器向系统融合，元器件测试仪器逐步与专用设备融为一体的○趋势。

其次，电子测量技术发展趋势。

电子测量仪器是稳步增长的行业。目前各种通信系统、宽带综合业务网的发展，给量仪器行业带来了新的机遇。我国电子测量仪器与测试技术的发展，正处于市场经济探索的阶段，因而研究发展趋势，对电子仪器的发展是十分重要的。

1信息技术与信息化使电子测量仪器与测试技术具有巨大的潜在发展趋势○随着信息技术的高速发展，信息和信息化已成为推动经济、技术和社会发展的要素，它反映了当代经济发展、科学技术进步的趋势，被认为是国家现代化水平和综合国力的主要标志之一，从而成为各国竞争的热点。对此各发达国家均把实现社会信息化作为重要的国策竞相投入了大量的人力、物力和财力。信息化推动着一批高新技术的发展，如: 网络技术、系统与系统集成技术、数据采集与处理技术、通信技术、计算机技术，以及相关的基础技术。电子测量仪器与测试技术正是这些系统与技术的支撑。传统的仪器与测量方法已经很难适应这种需求，必须大力发展测试系统技术、测试软件技术等，用以研制开发新的仪器和新的测试方法。如能适应这种需求，仪器行业将得到很大发展。

○2由于全球性高技术市场的激烈的竞争，促进了技术的高速发展，仪器产品的生命周期在缩短，仪器的研制与开发受到普遍的重视 国际上许多著名的仪器公司均把研制与开发(R & D)看作保持竞争优势的生命线，他们不断增加R & D 的投入，致力于提高生产效率、降低成本、缩短新品投放市场的时间。并采取更广泛的国际合作、改善管理、加强售后服务等多种措施，以保持其在国际竞争中的优势。

在我国，政府及有关部门对信息化及相关技术给予了很大重视，虽然与发达国家相比尚有很大差距，但发展很快。目前已建成了经济、科技、银行、电力、铁路、民航、邮电、海关、气象等国家信息服务网络系统和 8000 个数据库，构成了我国综合信息服务系统的基本框架。信息服务业以 2 5-3 0 % 的比例增长。我国电子测量仪器行业如能抓住机遇，适应市场的需求，必将得到很大的发展。

（5）在实习中为我提供了与众不同的学习方法和学习机会.使我从被学变为主动学习，从死记硬背的模式中脱离出来，转变为在实践中学习，增强了领悟、创新和推断的能力。掌握自学的方法，使学习、生活都能有成熟的思考。这些方法的提高是我终身受益的。我认为这次的实习机会是难得的，让我真正懂得了工作和学习的基本规律。

通过公司的实习,了解了目前电子行业的基本情况,只是由于测量行业特有的技术操作熟练性和其具有的较大风险性和误差。很遗憾地,不能多做一些具体实践的操作,但是观察了几次封装测试过程,使许多自己从书本上学的知识鲜活了起来,明白了我们专业在一些技术应用上的具体应用.在实习中,极大地丰富了自己关于电学测量的知识,拓展了自己的知识面.在这次实习中,感触最深的是了解了当前电子行业发展的状况和专业应用，我在公司的实习，有辅导师傅，工厂工程师的讲解、自己的努力，自感收益不小。这次实习把我从学校纯理论学习中拉到了实践中学习的环境。一进入公司，我意识到，该把学生时代的顽性收敛了。没有规矩不成方圆，虽然公司没有老套的束缚，它有不可违反的规定。我就该严于律已。这样不仅可以遵守工厂的规矩，对我们自己更有好处。这两个星期是我用金钱都买不到的机会，无论从工作、学习、做人上，我都有很大的收获。

（6）在实习过程中我认为公司存在以下我认为的问题。

首先，公司在影响力方面网络宣传做的很少，网络信息对公司的简介较少，让外界很多人对公司的了解不是很深。比如，在大多电子产品中，许多消费者不知道华天科技西安有限公司主营业务是做什么，仅仅明白是科技产品罢了。所以我认为公司应在这些宣传方面加强力度，提高公司在西安乃至中东部的影响力。

其次，公司更要注重消费者对产品的信任度，做好售后服务，因为今天无论你的产品多么优质、高端，但消费者还是喜欢卖家服务的至上，今天的行业不仅卖产品更卖服务。

再次，我认为公司拓宽销售渠道和网络，多与相关行业和同行企业加强技术上交流和理念上的共享，这样不仅可以从战略上多了一个共赢的朋友，而且从技术上多了一个激励的伙伴，这使企业立于电子行业的不败之地。

最后，我希望公司越发展越壮大。

六、致谢

逝者如斯夫，不舍昼夜。大学时光匆匆而过，哭过笑过一起high过。今天的我成长了不少，这和帮助我的每一个人密切相关。在学校，感谢老师对我的谆谆 7

教导，也很感谢学校校领导给我的这一次顶岗实习的机会，让我在学校的学习之外，积累了更多的社会和工作经验，给我的大学生活增添了更多色彩，让我更学到了在大学三年都学不到的社会常识和工作技能，今天21世纪的社会，在市场经济体制和新技术飞速发展的条件下，电子技术人才只掌握一门特定的技能已经远远不够。所以，必须全面强调我们的基础知识、基本能力和基本素质，而且专业面要更宽阔，以适应技术进步与市场的不断变化，跟是时代的脚步，向前发展。只有全方位的拓展自己的知识面，在实践中与理论相结合，真正的体会知识的真谛，才能为社会贡献自己的一份力量。

本次实习的完成，首先感谢我的母校的教育之恩，其次感谢电子工程系提供给我的教育环境，使我学到了许多新的知识。

篇7：基于虚拟仪器技术的应变测量

摘要：随着计算机技术、大规模集成电路和通信技术的飞速发展，尤其是测量信息论和系统论的不断完善，电子测量技术领域发生了巨大的变化，从理论到手段、从思想到方法、从技术到仪器无不在经历着一场浩大的变革。仪器的结构日趋复杂，导致专业的实验室建设需要投放过高的费用，且损耗过大，几年后就难以满足基本的需求，而且普通院校很难满足高端仪器的运用，这样就导致学生没有办法体会到这些专业的设备。文章研究了虚拟测试技术在电子测量实践教学中的应用，很好地解决了传统教学模式的弊端。

关键词：电子测量;虚拟测试技术;教学应用

“电子测量技术”是电子信息、通信技术、自动控制等专业的专业基础课。它不但为适应今后生产和科研中将会遇到的大量现代测量业务进行必要的准备，也对加深对本专业其他课程尤其是实践环节课程的理解有很好的作用。课程的目标是通过本课程的学习，使学生具有电子测量技术与仪器方面的基础知识和实际应用能力，掌握常用电子测量仪器进行一般的电子产品的调试和检验。但是，兴建一个功能齐备的测量实验室在普通院校里很难实现，这样就导致学生没有办法体会到这些专业的设备。

虚拟测试技术帮我们很好地解决了这个难题，随着计算机技术的快速发展，利用计算机软件进行的虚拟测试技术已经广泛应用到电子测量技术的实践教学中。采用计算机虚拟测试技术可以不受实验设备和实验时间的限制，弥补了实验设备不全造成的影响。

1 Multisim仿真软件中的虚拟仪器

1.1 Multisim仿真软件简介

Multisim是美国国家仪器推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模数电路板的设计工作。包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。

它不仅可以用于实际工程的仿真，并且可以用于电子测量技术课程的辅助教学。一方面教师可以在理论课的讲授过程中随时随地将实验仿真的现象直观地演示给学生看，另一方面学生可以很方便地把学到的理论知识进行仿真，真正地自己动手再现出来，这样可以很好地提高学生的`学习热情和积极性。

1.2 Multisim中的虚拟仪器

可用于电子测量的软件有很多，Multisim作为最流行的仿真软件，拥有直观的图形界面、丰富的元器件和测试仪器、强大的仿真能力、详细的电路分析功能，可以帮助用户方便地搭建电路原理图，并对电路进行仿真，将学到的理论知识真实地展现出来。

对于电子测量技术课程的教学，一般高校电子测量实验室都只能配备比较基础的测量设备，不能满足学生的需求。Multisim的仪表库中可以提供22种虚拟仪表，教师就可以利用这些仪表，来模拟实验室中没有的电子设备，从而开阔学生的眼界，提高学生的积极性，达到提高教学效果的目的。

Multisim中的虚拟仪器仪表主要包括数字万用表、函数发生器、示波器、逻辑转换仪、逻辑分析仪、频谱分析仪、波特图示仪等[1]。

2 波特图示仪在电子测量技术教学中的应用实例

电子测量技术实验教学内容较多，现以波特图示仪为例说明虚拟测试技术在实践教学中的优势。

2.1 波特图示仪的设置与使用

波特图示仪也称为扫频仪，用来测量和显示电路或系统的幅频特性与相频特性，常用于对滤波电路进行分析。它有两组端子，分别是IN和OUT端子，每组端子分别有“+”和“一 ”两个接线柱[2]。

波特图示仪面板分为Mode区、Horizontal区、Vertical区和Control区4个部分，如图1所示。模式区用于设置屏幕中内容的显示类型;水平区用于设置信号曲线的水平坐标，当测量信号的频率范围比较宽时，使用Log显示，所得的曲线较为直观。垂直区用于设置信号曲线的垂直坐标，当测量相频特性时，Y轴表示相位，单位为dB，通常采用线性刻度;控制区用于设置面板的相关参数。此外，移动波特图示仪的垂直游标可以得到频率相对应的电压比的大小或相位的度数[3]。

2.2 波特图示仪的应用实例

以滤波器电路为例测量其幅频特性和相频特性。具体步骤如下。

(1)建立滤波器仿真电路，如图2所示。注意在电路的输入端接入AC信号源，对其频率的设定并无特殊的要求。

(2)运行仿真，设置水平区和垂直区的初始值I和最终值F，设置水平区F为10 MHz，I为20 Hz，设置垂直区F为10dB，I为-50dB。

(3)观察并记录滤波器幅频特性曲线和相频特性曲线。使用垂直游标可以读出某一频率上的幅值和相位。

2.3 虚拟测试技术在实践教学中的优势

在利用波特图示仪来测量滤波器的幅频特性和相频特性曲线中，利用Multisim丰富的虚拟仪器，便于观察所设计的电路的工作情况及参数分析。电路中使用的AC交流信号源、直流电源、电容、电阻等元器件数值准确，避免了在实际硬件操作中元器件的标称值和实际值不相等的问题。可以排除此部分的误差，更好地分析电路的特性。

学生在传统实验室里，用实物做实验时，对接线的要求非常严格，万一接错线可能会烧坏元件甚至烧坏仪表，这样的话不仅造成实验材料的浪费而且还有一定的危险性。同时也会打击学生的自信心，使得学生不敢大胆地去尝试。而将Multisim引入教学，却可以把电路图故意接错，人为地、有目的性地去设置一些故障，比如短路、断路、漏电等，进行故障仿真时，会出现故障提示，这时教师再去引导和解释，会给学生留下深刻的印象，从而更好地去理解和掌握所学的理论知识。并且在以后的实际操作中会大大减少接线错误，在训练学生掌握正确的测量方法和熟练使用仪器方面都有明显的改善和提高，这是传统教学所不能比拟的优越性[4]。

3 结语

在电子测量的教学过程中，不仅要使学生掌握最基本的测量理论，更重要的是学会常用仪器的工作原理以及使用方法。因此，电子测量的实践教学占有举足轻重的地位，只有通过实践，学生才能够掌握一些经典的测量方法和常用仪器的使用方法，为今后从事测量技术工作打下良好的基础。

将Multisim软件引入电子测量技术的实践教学中，为学生提供一种可供他们体验和观测的环境，其建构出的逼真情境，生动地再现真实，让学生身临其境，记忆犹新。但是，我们也应看到在传统实验中培养学生动手能力的重要性，电路的连接和调试，这些实际操作是软件无法实现的。因此，应取长补短，将虚拟测试技术和传统实验相结合，达到最佳教学效果。

[参考文献]

[1]吴福高，张明增.Multisim电路仿真及应用[M].北京：航空工业出版社，.

[2]詹惠琴，古天祥，习友宝，等.电子测量原理[M].北京：机械工业出版社，.

[3]楊德，沈俊霞.MULTISIM仿真软件在电子测量课程中的应用[J].运程学院学报，(2)：41-43.

篇8：基于虚拟仪器技术的应变测量

在非测绘类专业中,《工程测量》是一门技术基础课,也是一门实践性很强的必修课,它应用于多学科专业中。而《工程测量》实验是实践性教学环节的重要组成部分,是工程技术的基础,它不仅验证课堂理论,拓宽知识应用,更是对创新意识和实践能力的培养。其实验教学体系的改革会更具广泛性和应用性。

目前,我校的《工程测量》主要面向土建类各专业,包括建筑工程、道路与桥梁、地下空间、水利水电、建筑学、工程管理等专业。计划学时40~60不等,其中实验学时约占30%,课程结束后还安排两周测量实习,其实践环节在教学总学时中占的分量可见一斑。但随着教学改革的深入,专业教学计划的修订冲击着每一门课程,《工程测量》理论教学课时减为32学时,实验学时减为16学时,有的专业甚至减少至8~12个学时,课后的两周实习也减少为一周。按照教学大纲要求,对于非测绘专业的学生,工程测量实验教学要完成13~16个实验,需要26~32个学时。大纲要求与实际学时相差太大,在短短的8~16个学时内完成13~16个实验,实验效果可想而知。而目前新知识新技术却越来越多,使得工程测量实验内容非但没有减少,一些新的实验内容如全站仪的使用、数字测图、GPS的应用等正在不断地被增加进来,实验学时数满足不了实验教学的需要。甚至出现了减少实验内容和时间,以弥补理论教学学时数的不足,这样大大削弱了工程测量实验教学内容与效果。

其次实验教学经费严重不足,工程测量实验经费不足主要表现在测量实验仪器严重落后,实验教学仪器设备跟不上现代测绘技术的发展。随着测绘技术的发展,测量仪器已向电子化、数字化、自动化、智能化、实时化和信息化方向发展,新型测量仪器不断出现,并且在工程建设中已经广泛使用。先进的仪器设备不在高校实验室而在工程设计和施工单位,给高等工程教育把握学科前沿、培养学生的创新能力、发展科学理论、推动技术进步的目的同样地带来了严重的挑战;先进的测绘技术开发不在高校实验室而在施工现场,一些实用而简便的施工放样方法在施工现场已普遍使用,而我们在教学中还在安排学生做那些陈旧且落后的实验内容和操作方法。目前由于学校的教育经费有限,测量仪器设备更新严重滞后于生产和科研单位,甚至连常规仪器也因资金短缺而导致数量有限,致使实验教学的内容、方法和手段等与时代脱节。这严重影响了测量学实验教学的效果,限制了测量学实验教学质量的提高,更不利于学生创新能力和工程实践能力的培养。为此,开发基于虚拟现实技术的工程测量实验教学系统势在必行。

2 三维动画和虚拟现实技术

虚拟现实(Virtual Reality,简称VR),又称为仿真技术(Simulator Techno logy),其与三维制作技术紧密结合,在三维模型的基础上提供虚拟现实环境。它是一种由计算机生成的高技术模拟系统,它集成了计算机图形学、多媒体技术、人工智能、传感器、网络技术并行处理的最新发展成果。以模拟仿真方式为使用对象,创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维图像世界。让计算机产生一种人为虚拟的环境,从而使得用户在视觉上产生一种沉浸于虚拟环境的感觉。

目前在国内,常用的三维动画制作软件主要是Autodesk公司的3ds Max和Virtools。三维动画软件的工作流程一般为“建模”、“材质”、“灯光”、“动画”、“渲染”。Virtools是由法国全球交互三维开发解决方案公司VIR-TOOLS所开发。基于Virtools虚拟实验开发结构图主要包括虚拟实验开发平台、虚拟实验开发平台模组、建模软件、PC工作站、虚拟实验(VR Content)和浏览器(Virtools Web Player)等。虚拟实验开发平台是Virtools Dev,虚拟实验开发平台模组包括Virtools Physics Pack、Virtools AI Pack、Virtools VR Pack、Virtools Xbox Kit、Virtools OpenCAD、Virtools Server;输入设备主要指控杆、方向盘、3D滑鼠、3D手套、位置追踪器;输入设备指立体眼镜、立体荧幕、头盔式显示器、模拟机;展出系统包含立体剧院和展示系统。

基于3D和Virtools技术的虚拟现实工程测量实验教学系统,其开发方法可分为下列3个步聚,分别是模型的构建、模型的控制和虚拟实验的发布,如图1所示。

3 工程测量实验虚拟现实系统模型结构

工程测量实验虚拟现实系统模型具有实时参数控制的功能,可为用户提供常用的普通水准测量模型、精密水准测量模型、经纬仪角度测量模型、全站仪距离测量模型和GPS坐标测量模型。实验过程中的参数控制包括仪器的旋转、仪器瞄准目标、仪器调整焦距和仪器读数过程,并显示仪器读数结果。包含了水准仪、经纬仪、全站仪、GPS接收机等工程测量实验教学的全部内容,并对每个仪器的操作过程及操作程序进行了充分的模拟与展示,使学生在计算机上的操作与现实仪器操作一样,通过仪器模型的旋转、瞄准、调整焦距、读数等一系列的操作过程,在计算机上就可完成每一种仪器的操作和每一项实验的全部实验教学过程,真正达到工程测量实验教学的目的,总体结构如图2所示。

4 虚拟场景的实现

虚拟场景模块可以实现水准仪的水准测量、经纬仪的角度测量、全站仪的距离测量和GPS坐标测量实验中的虚拟模块的建立,并把虚拟模型加入到虚拟环境中,通过参数控制面板模块实现提供参数控制接口,并达到仪器操作与控制的目的。

图3所示为GPS实时差分定位测量实验虚拟现实的场景。首先动画中的基准站(GPS接收机)和流动站(RTK Rover)实时接收4颗卫星的信号,并进行单机定位,展示了GPS卫星定位的基本原理和方法。也就是说,一台接收机至少接收到4颗卫星的信号,利用空间测距交会定点原理,进行距离交会定位,从而得到每一台接收机所在的空间坐标。

众所周知,GPS单点定位采用的是伪距法定位,它是测定由卫星发射的测距码信号到达GPS接收机的传播时间乘以光速所得到的距离,由图3所显示的每一台接收机所对应的4条空间距离,采用距离交会法求定GPS天线所在的三维坐标,由于大气延迟、卫星钟差、接收机钟差等误差影响,伪距法单点定位精度很低,远远不能满足工程测量的要求。

为了提高GPS的实时定位精度,现代测绘技术中GPS定位常采用差分定位技术。如图4所示,差分定位原理是在已有精确地心坐标点上安放GPS接收机(称为基准站),利用已知的地心坐标和星历计算GPS观测值的校正值,并通过无线电通讯设备(Pactic Crost Basc Station Radio称为数据链)将校正值发送给运动中的GPS接收机(称为流动站),流动站利用校正值对自己的GPS观测值进行修正,以消除上述误差,从而提高实时定位精度。如图4所示,通过差分定位技术,使观测的基线(基准站到流动站的距离)精度达到±(5mm+10-6D)的精度,通过高基线的长度和基准站点的精确坐标,从而求得流动站点的高精度坐标值。由图4可见,GPS差分定位系统由基准站、流动站和无线电通讯链三部分组成。

图5是将2台GPS接收机,分别安置在测线两端(该测线称为基线)固定不动,同步接收相同的4颗GPS卫星的信号,利用相同卫星的相位观测值进行解算,求定基线端点在WGS-84坐标系中的基线向量。当其中的一个端点的坐标已知,则可推算另一个待定点的坐标。这种技术是对于不同的历元同步观测同一组卫星所得观测值的双差之差,由于跟踪观测站中测站对于各个卫星的整周模糊度是不变的,经过站间、星间、历元之间三差后消去了整周模糊度差,这样只剩下基线的坐标增量。使得基线距离精度大大提高,多用于静态控制测量中。

图6是GPS静态控制测量的观测操作与GPS接收机如何移动的动画显示。通过这组动画展示了GPS静态控制测量的外业实施,通过4台GPS接收机的设置、观测和移动顺序,显示了高精度控制网的观测方法和程序。由于这种网连式的观测方法,使相邻的同步图形之间有两个以上的共公点相连接。这种方法几何强度和可靠性更高,从而使观测的控制网的精度更高,这种方法多用于高精度控制网的设计与观测。

5 虚拟实验模型控制

Virtools中三维模型的控制是靠Virtools内置行为模块实现的。学生通过控制模块,可以对虚拟的仪器进行“真实”的操作。通过实际操作,使学生进一步熟悉仪器的操作过程和实际测量的方法。例如在水平角测量模块中,学生要掌握经纬仪或全站仪的使用、水平角观测的方法(测回法或方向法)、经纬仪或全站仪的读数方法、记录和计算的方法等。如图7所示,展示了仪器(棱镜)如何“对中—整平”的操作程序。为了提高设置仪器的速度和精度,仪器在“对中—整平”时,要注意先调整仪器支架的长度,使全站仪的圆水准器居中,仪器达到粗平的状态。然后松开中心连接螺旋,移动全站仪使仪器精确对中,最后再通过电子水准器,精确整平仪器,使仪器精确整平,从而达到仪器精确对中和整平的目的。在图7的动画中,做到即又动作演示,又有配音指导,效果更佳。

如图8所示,展示了仪器操作过程,全站仪对中整平后,即可进行水平角观测,首先使仪器处于盘左位置,通过望远镜精确地瞄准左边目标,设置度盘读数为α1=0°00'00″;然后,顺时针转动全站仪,再精确瞄准右边目标,读数为α2;再倒转望远镜成盘右位置,瞄准右边目标,读数为α4;然后,逆时针旋转瞄准左边目标,读数为α3。则,上半测回角为β1=α2-α1;下半测回角为β2=α4-α3,则一个测回的水平角为上、下半测回角值的平均值。

即β=(β1+β2)。

通过虚拟实验模块的操作,让学生真正体会到仪器操作的乐趣,培养学生的动手能力,提高学生的操作水平。加深课堂理论的认识和理解。同时,在实际操作过程中,可能出现“违反”操作程序的现象,此时仪器虽然也能显示读数,但观测的水平角可能误差超限,通过设置限差对学生的错误操作进行报警提示。

以上虚拟实验模块的控制在Virtools中都能实现,Virtools中有500多个行为模块,能够对三维模型进行各种基本操作,如大小变化、平移、旋转、缩放、颜色变化、光线变化、二三维贴图等,从而实现对三维世界编辑区中模型的控制,通过点击Data Resource(数据资源库),选择Animations(行为动作)类中的行为,用鼠标点击所要的动作行为并拖到3D Layout(三维世界编辑区)中的角色身上,并在Schematic(脚本流程图)中运用行为交互模块库中的行为模块编辑角色相应的脚本,这样就形成3D交互动画了。

6 结束语

工程测量虚拟实验与传统的工程测量实验有本质区别,可以突破空间和时间的限制,学生可在任何时间、任何地点进行网上学习和实验研究。虚拟实验不仅解决了实验学时和实验仪器严重不足的问题,还可以通过实验影响因素的参数变化、测量方法的设置和工程测量数据的变化控制,帮助学生建立正确的测量方法和科学获取数据的态度。通过重复模拟实验,还可以帮助学生进一步理解理论课上的重点和难点问题。同时,通过工程测量虚拟实验有利于提高学生对工程测量理论的认知能力和水平,增强学生学习的主动性和积极性,从而促进工程测量实验教学质量的提高。

摘要：本文采用协同教学设计理念,基于3D和Virtools等虚拟现实技术,充分考虑计算机虚拟交互式教学的特点,提出了一种工程测量实验虚拟现实教学系统。该系统是教学过程优化的一种崭新手段,可以有效地克服测量仪器和实验教学学时不足的缺陷,有利于提高学生仪器操作的动手能力和水平,从而促进工程测量实验教学质量的提高。

关键词：工程测量,实验教学,虚拟现实,3D技术,Virtools技术

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