本書整合了傳感器測試技術、LabVIEW編程設計、基于Multisim的電路設計與仿真、測試系統(tǒng)集成和拓展等相關內(nèi)容，依據(jù)“基礎實踐”“設計應用”和“綜合拓展”三大模塊呈現(xiàn)全部實踐、設計和系統(tǒng)案例。第1章主要涉及常用基本物理量的測量方法及相應傳感器介紹；第2章主要介紹虛擬儀器LabVIEW2015與Multisim13兩款仿真軟件的使用方法，以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與NI數(shù)據(jù)采集設備；第3章主要介紹基于LabVIEW仿真軟件的測量系統(tǒng)設計方法；第4章主要介紹如電阻應變片、霍爾傳感器等的建模與測量電路仿真方法；第5章主要介紹基于虛擬儀器的各種測量系統(tǒng)的構建與評價的案例。本書可作為高等院校學生實踐環(huán)節(jié)的教材，也可供工程技術人員參考。
實踐能力是研究生培養(yǎng)質(zhì)量的重要指標，是研究生自主創(chuàng)新能力培養(yǎng)的基礎。西安交通大學“非電量測量技術”課程是面向工科碩士研究生開設的校級公共基礎課程和學位課程，開設于1983年。30多年來，“非電量測量技術”課程形成了內(nèi)容豐富、實踐性強、受益面廣和深受學生歡迎的特色，為培養(yǎng)學生傳感器技術和測量系統(tǒng)的研究、設計和應用能力提供了重要的理論和實踐支撐。
當今傳感器技術的發(fā)展突飛猛進，為配合學�！半p一流”建設，我們不斷加強和深入課程教育教學改革，不斷加強課程建設和教學手段改革，將電氣信息和電子信息的最新理論和技術融入課程，充分反映學科發(fā)展趨勢。為了不斷提高實踐教學質(zhì)量，在重塑原有實驗內(nèi)容的基礎上，將虛擬儀器技術與實驗教學體系有機地結合起來，進行了卓有成效的實驗教學改革，開設了基于虛擬儀器技術的設計、應用和綜合拓展等大量實驗項目。
本書根據(jù)工科碩士研究生的特點和專業(yè)需求，特別是非電類工科學生的特點，在編寫過程中注重以學生為主體，以學生自主學習為基調(diào)，以研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)為主線，研究、設計和完成實驗教學；將傳感器測試技術、LabVIEW編程設計、基于Multisim的電路設計與仿真 因本書采用電路仿真軟件、電路圖中的器件符號與國家標準有不同之處，特此說明�！庉嬜 y試系統(tǒng)集成和拓展等實驗項目有機融合，通過創(chuàng)建“基礎實踐”“設計應用”和“綜合拓展”的模塊式、階段式、漸進式、互動式的實踐過程設計，強力支撐學生創(chuàng)新能力的實踐和培養(yǎng)。同時，以基本實驗能力的養(yǎng)成為基礎，將多種方法和手段融入實驗教學中，激發(fā)了學生自主學習、自主實踐、自主設計和自主拓展的積極性和主觀能動性，提高了學生分析和解決工程實際問題的能力，培養(yǎng)了學生測試系統(tǒng)的構建和研發(fā)能力。
本書內(nèi)容豐富而全面，所有例子和程序均通過實驗驗證，兼顧了代表性、實用性和先進性。編排按照先易后難、由淺入深、先基礎后設計再綜合的順序進行，結構清晰，便于各個院校選用。
本書由孫曉華、劉曉暉和烏江編寫。劉曄教授作為主審，對全書進行了細致嚴謹?shù)膶忛�，提出了寶貴的意見和建議。研究生焦朝勇和原曉楠等參與了電路仿真和實驗驗證工作。書稿的撰寫得到了美國國家儀器（中國）有限公司大學計劃部的徐征工程師和劉晉東工程師的大力支持。作者向所有關心和支持本書工作的單位和個人致以誠摯的謝意！
本書基于虛擬儀器技術，力圖解決傳感器理論、技術、應用及系統(tǒng)教學和實踐中存在的問題。但是，傳感器技術的發(fā)展日新月異，加之作者水平和實踐經(jīng)驗有限，書中定有不少疏漏和不足之處，敬請批評指正。
1.實踐教學目的本書結合非電量電測技術中各種傳感器實驗教學平臺，將虛擬儀器技術作為實踐輔助工具，開展內(nèi)容豐富、形式多樣、由淺入深、具有實用性的傳感器技術實踐，其教學應該達到以下目的：
（1） 培養(yǎng)自主實踐的能力在不斷提升對實驗探究興趣的同時，用嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和講求實事求是的作風，要求學生自己動手主動實踐。在學習的過程中，強化學生對實驗儀器原理的理解和測量方法的掌握，夯實學生非電量電測技術的基礎知識。
（2） 培養(yǎng)自主學習的能力突破書本教學的傳統(tǒng)方式，結合虛擬儀器技術，把實驗內(nèi)容圖形化，并設置仿真、實測等互動式學習環(huán)節(jié)，學生在協(xié)同互動教學條件下自主高效地學習，培養(yǎng)學生自主學習的能力。
�。�3） 培養(yǎng)自主設計的能力通過在提供的教學實驗平臺和虛擬儀器仿真平臺上的訓練，學生編寫LabVIEW程序和設置Multisim中不同的參數(shù)，比較輸出結果與理論值的差異，找出最合理參數(shù)與最優(yōu)結果的關系，提高學生對不同規(guī)律的敏感性，培養(yǎng)學生敏銳發(fā)現(xiàn)問題的能力。
�。�4） 培養(yǎng)自主應用的能力通過提供的應用實例，結合學生在訓練中學習的局部實驗環(huán)節(jié)和局部軟件功能模塊，實驗教學給學生提出特定的實驗問題，或帶有綜合性知識的實驗任務，學生集成自己所學的知識，自主完成實驗任務，達到培養(yǎng)學生解決問題、靈活應用的能力。
�。�5） 培養(yǎng)自主拓展的能力給學生提供多個可選擇的實驗任務，或?qū)W生自主命題，根據(jù)測量對象和選題，自主提出組建測量系統(tǒng)的方案，選擇合適的傳感器，對所搭建的調(diào)理電路參數(shù)具有分析和選擇能力，通過測試數(shù)據(jù)完成對系統(tǒng)性能的評價，最終達到培養(yǎng)學生解決問題、舉一反三和學以致用的能力。
2.實踐教學要求（1） 實踐預習要求傳感器技術實踐要求單人單組獨立完成，因此實驗預習的充分程度是實驗能否順利進行的前提。實驗預習的內(nèi)容包括：
1) 通過閱讀實驗教材、課程教材和有關參考書，明確實驗目的、步驟和要求，深入理解實驗原理和測量方法。
2) 熟悉傳感器結構和調(diào)理電路，了解電路使用之器件、集成電路型號和參數(shù)。
3) 列出測量數(shù)據(jù)表格和要觀察的現(xiàn)象，初步估算或分析實驗結果，了解實驗中的注意事項。
4) 熟悉實驗中通用和專用實驗設備的性能及其使用方法。
�。�2） 實踐操作要求實踐過程是培養(yǎng)學生實踐能力的重要環(huán)節(jié)，也是決定實驗成敗的關鍵。實驗中應注意以下幾個環(huán)節(jié)：
1) 良好的安全操作習慣。
●對于實驗者來
目錄
出版說明
前言
第1章 基礎實踐1
1.1 轉(zhuǎn)速的測量1
1.2 電信號的測量4
1.3 光強調(diào)制式光纖位移傳感器特性測試12
1.4 電阻應變片傳感器特性和應變測試13
1.5 電感和電容傳感器特性測試17
1.6 顯示記錄儀器特性和溫度傳感器時間常數(shù)測試21
1.7 電渦流傳感器的靜態(tài)標定及振幅測量26
1.8 熱敏電阻溫度與頻率轉(zhuǎn)換電路的應用28
1.9 愛潑斯坦方圈鐵損耗的測量31
1.10 數(shù)字顯示多溫度傳感器測溫35
1.11 小型壓縮機系統(tǒng)動靜態(tài)壓力、溫度和轉(zhuǎn)速的測試40
1.12 壓電傳感器測量加速度、速度和位移46
第2章 虛擬儀器工具設計編程簡介48
2.1 LabVIEW開發(fā)環(huán)境簡介48
2.1.1 LabVIEW簡介48
2.1.2 LabVIEW軟件的安裝與啟動49
2.1.3 前面板51
2.1.4 程序框圖51
2.1.5 LabVIEW程序運行與調(diào)試技術54
2.1.6 LabVIEW數(shù)據(jù)流的理解56
2.1.7 程序框圖中的條件結構和循環(huán)結構56
2.1.8 數(shù)組與簇57
2.1.9 波形顯示控件61
2.1.10 子VI64
2.1.11 MathScript節(jié)點66
2.2 Multisim 13開發(fā)環(huán)境簡介67
2.2.1 Multisim 13發(fā)展歷程與特點67
2.2.2 Multisim 13安裝方法69
2.2.3 Multisim 13用戶界面70
2.2.4 Multisim 13電路仿真方法73
2.2.5 Multisim 13電路仿真實例78
2.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與NI數(shù)據(jù)采集設備80
2.3.1 數(shù)據(jù)采集原理與采集測量系統(tǒng)組成80
2.3.2 NI myDAQ便攜式學生實驗平臺簡介83
2.3.3 NI myDAQ虛擬儀器軟面板86
2.4 模擬信號不同輸出模式和測量系統(tǒng)接線方式91
第3章 虛擬儀器設計應用實踐94
3.1 LabVIEW基礎設計94
3.1.1 模擬溫度測量94
3.1.2 溫度的實時采集與顯示96
3.1.3 溫度測量與分析97
3.1.4 具有報警功能的溫度測量101
3.1.5 具有數(shù)據(jù)保存功能的溫度測量104
3.2 LabVIEW的信號采集105
3.2.1 采樣定理驗證和采樣頻率選擇105
3.2.2 量程范圍和分辨率的選擇106
3.2.3 仿真所需數(shù)據(jù)采集設備109
3.2.4 基于NI MAX的設備自檢和采集任務創(chuàng)建111
3.2.5 基于DAQ助手的數(shù)據(jù)采集113
3.2.6 基于NI-DAQmx API的數(shù)據(jù)采集116
3.2.7 基于DAQ助手的模擬輸出121
3.2.8 基于NI-DAQmx API的模擬輸出123
3.2.9 基于MAX和NI-DAQmx API的數(shù)字輸入輸出126
3.3 LabVIEW信號分析與處理130
3.3.1 仿真信號產(chǎn)生與時域分析130
3.3.2 信號的頻譜分析132
3.3.3 數(shù)字濾波器設計137
3.3.4 曲線擬合和非線性擬合142
3.4 基于GPIB接口的儀器控制測量系統(tǒng)147
3.5 基于LabVIEW軟磁材料交流磁特性自動測試159
3.6 模擬濾波器設計和特性測試及數(shù)字濾波器類型比較166
第4章 傳感器建模和調(diào)理電路設計與仿真176
4.1 電阻應變片稱重電路設計與仿真176
4.1.1 設計任務176
4.1.2 模型建立與電路設計176
4.1.3 稱重電路綜合仿真178
4.2 霍爾傳感器測量位移電路設計與仿真186
4.2.1 設計任務186
4.2.2 模型建立與電路設計186
4.2.3 電路仿真分析188
4.3 熱電偶冷端補償測溫電路設計與仿真192
4.3.1 設計任務192
4.3.2 模型建立與電路設計192
4.3.3 測溫電路綜合仿真194
4.4 鉑電阻測溫電路設計與仿真198
4.4.1 設計任務198
4.4.2 模型建立198
4.4.3 恒壓式鉑電阻測溫電路的設計與仿真199
4.4.4 電橋式鉑電阻測溫電路的設計與仿真207
4.4.5 雙恒流源式鉑電阻測溫電路的設計與仿真210
4.5 電感傳感器測距電路設計與仿真213
4.5.1 設計任務213
4.5.2 模型建立214
4.5.3 測距電路設計與仿真214
4.6 電容傳感器測距電路設計與仿真220
4.6.1 設計任務220
4.6.2 模型建立221
4.6.3 測距電路的設計與仿真221
4.7 壓力傳感器壓力測量電路設計與仿真226
4.7.1 設計任務226
4.7.2 模型建立與電路設計226
4.7.3 壓力測量電路綜合仿真228
4.8 AD590集成溫度傳感器測溫電路設計與仿真230
4.8.1 設計任務230
4.8.2 模型建立231
4.8.3 測溫電路設計與仿真231
第5章 基于虛擬儀器的綜合拓展實踐234
5.1 基于開關式光電傳感器轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)234
5.2 基于FFT的波形分解與合成的設計與實現(xiàn)235
5.3 基于頻譜分析法和相關法測量相位差的設計與實現(xiàn)240
5.4 基于光纖位移傳感器測距系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)246
5.5 基于電阻應變片稱重系統(tǒng)的實現(xiàn)248
5.6 基于差動變壓器測距系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)250
5.7 基于差動電容傳感器測距系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)252
5.8 晶體管電流特性自動測定的設計與實現(xiàn)254
5.9 基于AD590測溫及其一階動態(tài)慣性特性測定與改善的實現(xiàn)256
5.10 基于鉑電阻Pt100高精度測溫系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)260
5.11 基于冷端自動補償熱電偶測溫系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)263
5.12 基于電渦流傳感器測量振幅系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)265
5.13 小型壓縮機動靜態(tài)壓力和轉(zhuǎn)速測試系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)267
5.14 基于壓電傳感器的加速度、速度和位移測量系統(tǒng)的設計269
5.15 硅鋼片鐵損耗特性曲線的自動測試系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)271
5.16 光電編碼器測速和PID調(diào)速系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)274
5.17 硅鋼片交流磁特性自動測試系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)278
附錄A 相關儀器介紹281
附錄B 相關傳感器介紹290
參考文獻293
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