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内容简介

本书整合了传感器测试技术、LabVIEW编程设计、基于Multisim的电路设计与仿真、测试系统集成和拓展等相关内容，依据“基础实践”“设计应用”和“综合拓展”三大模块呈现全部实践、设计和系统案例。第1章主要涉及常用基本物理量的测量方法及相应传感器介绍；第2章主要介绍虚拟仪器LabVIEW2015与Multisim13两款仿真软件的使用方法，以及数据采集系统与NI数据采集设备；第3章主要介绍基于LabVIEW仿真软件的测量系统设计方法；第4章主要介绍如电阻应变片、霍尔传感器等的建模与测量电路仿真方法；第5章主要介绍基于虚拟仪器的各种测量系统的构建与评价的案例。本书可作为高等院校学生实践环节的教材，也可供工程技术人员参考。

目录

出版说明
前言
第1章　基础实践1
1.1　转速的测量1
1.2　电信号的测量4
1.3　光强调制式光纤位移传感器特性测试12
1.4　电阻应变片传感器特性和应变测试13
1.5　电感和电容传感器特性测试17
1.6　显示记录仪器特性和温度传感器时间常数测试21
1.7　电涡流传感器的静态标定及振幅测量26
1.8　热敏电阻温度与频率转换电路的应用28
1.9　爱泼斯坦方圈铁损耗的测量31
1.10　数字显示多温度传感器测温35
1.11　小型压缩机系统动静态压力、温度和转速的测试40
1.12　压电传感器测量加速度、速度和位移46
第2章　虚拟仪器工具设计编程简介48
2.1　LabVIEW开发环境简介48
2.1.1　LabVIEW简介48
2.1.2　LabVIEW软件的安装与启动49
2.1.3　前面板51
2.1.4　程序框图51
2.1.5　LabVIEW程序运行与调试技术54
2.1.6　LabVIEW数据流的理解56
2.1.7　程序框图中的条件结构和循环结构56
2.1.8　数组与簇57
2.1.9　波形显示控件61
2.1.10　子VI64
2.1.11　MathScript节点66
2.2　Multisim 13开发环境简介67
2.2.1　Multisim 13发展历程与特点67
2.2.2　Multisim 13安装方法69
2.2.3　Multisim 13用户界面70
2.2.4　Multisim 13电路仿真方法73
2.2.5　Multisim 13电路仿真实例78
2.3　数据采集系统与NI数据采集设备80
2.3.1　数据采集原理与采集测量系统组成80
2.3.2　NI myDAQ便携式学生实验平台简介83
2.3.3　NI myDAQ虚拟仪器软面板86
2.4　模拟信号不同输出模式和测量系统接线方式91
第3章　虚拟仪器设计应用实践94
3.1　LabVIEW基础设计94
3.1.1　模拟温度测量94
3.1.2　温度的实时采集与显示96
3.1.3　温度测量与分析97
3.1.4　具有报警功能的温度测量101
3.1.5　具有数据保存功能的温度测量104
3.2　LabVIEW的信号采集105
3.2.1　采样定理验证和采样频率选择105
3.2.2　量程范围和分辨率的选择106
3.2.3　仿真所需数据采集设备109
3.2.4　基于NI MAX的设备自检和采集任务创建111
3.2.5　基于DAQ助手的数据采集113
3.2.6　基于NI-DAQmx API的数据采集116
3.2.7　基于DAQ助手的模拟输出121
3.2.8　基于NI-DAQmx API的模拟输出123
3.2.9　基于MAX和NI-DAQmx API的数字输入输出126
3.3　LabVIEW信号分析与处理130
3.3.1　仿真信号产生与时域分析130
3.3.2　信号的频谱分析132
3.3.3　数字滤波器设计137
3.3.4　曲线拟合和非线性拟合142
3.4　基于GPIB接口的仪器控制测量系统147
3.5　基于LabVIEW软磁材料交流磁特性自动测试159
3.6　模拟滤波器设计和特性测试及数字滤波器类型比较166
第4章　传感器建模和调理电路设计与仿真176
4.1　电阻应变片称重电路设计与仿真176
4.1.1　设计任务176
4.1.2　模型建立与电路设计176
4.1.3　称重电路综合仿真178
4.2　霍尔传感器测量位移电路设计与仿真186
4.2.1　设计任务186
4.2.2　模型建立与电路设计186
4.2.3　电路仿真分析188
4.3　热电偶冷端补偿测温电路设计与仿真192
4.3.1　设计任务192
4.3.2　模型建立与电路设计192
4.3.3　测温电路综合仿真194
4.4　铂电阻测温电路设计与仿真198
4.4.1　设计任务198
4.4.2　模型建立198
4.4.3　恒压式铂电阻测温电路的设计与仿真199
4.4.4　电桥式铂电阻测温电路的设计与仿真207
4.4.5　双恒流源式铂电阻测温电路的设计与仿真210
4.5　电感传感器测距电路设计与仿真213
4.5.1　设计任务213
4.5.2　模型建立214
4.5.3　测距电路设计与仿真214
4.6　电容传感器测距电路设计与仿真220
4.6.1　设计任务220
4.6.2　模型建立221
4.6.3　测距电路的设计与仿真221
4.7　压力传感器压力测量电路设计与仿真226
4.7.1　设计任务226
4.7.2　模型建立与电路设计226
4.7.3　压力测量电路综合仿真228
4.8　AD590集成温度传感器测温电路设计与仿真230
4.8.1　设计任务230
4.8.2　模型建立231
4.8.3　测温电路设计与仿真231
第5章　基于虚拟仪器的综合拓展实践234
5.1　基于开关式光电传感器转速测量系统的设计与实现234
5.2　基于FFT的波形分解与合成的设计与实现235
5.3　基于频谱分析法和相关法测量相位差的设计与实现240
5.4　基于光纤位移传感器测距系统的设计与实现246
5.5　基于电阻应变片称重系统的实现248
5.6　基于差动变压器测距系统的设计与实现250
5.7　基于差动电容传感器测距系统的设计与实现252
5.8　晶体管电流特性自动测定的设计与实现254
5.9　基于AD590测温及其一阶动态惯性特性测定与改善的实现256
5.10　基于铂电阻Pt100高精度测温系统的设计与实现260
5.11　基于冷端自动补偿热电偶测温系统的设计与实现263
5.12　基于电涡流传感器测量振幅系统的设计与实现265
5.13　小型压缩机动静态压力和转速测试系统的设计与实现267
5.14　基于压电传感器的加速度、速度和位移测量系统的设计269
5.15　硅钢片铁损耗特性曲线的自动测试系统的设计与实现271
5.16　光电编码器测速和PID调速系统的设计与实现274
5.17　硅钢片交流磁特性自动测试系统的设计与实现278
附录A　相关仪器介绍281
附录B　相关传感器介绍290
参考文献293

前言/序言

实践能力是研究生培养质量的重要指标，是研究生自主创新能力培养的基础。西安交通大学“非电量测量技术”课程是面向工科硕士研究生开设的校级公共基础课程和学位课程，开设于1983年。30多年来，“非电量测量技术”课程形成了内容丰富、实践性强、受益面广和深受学生欢迎的特色，为培养学生传感器技术和测量系统的研究、设计和应用能力提供了重要的理论和实践支撑。
当今传感器技术的发展突飞猛进，为配合学校“双一流”建设，我们不断加强和深入课程教育教学改革，不断加强课程建设和教学手段改革，将电气信息和电子信息的最新理论和技术融入课程，充分反映学科发展趋势。为了不断提高实践教学质量，在重塑原有实验内容的基础上，将虚拟仪器技术与实验教学体系有机地结合起来，进行了卓有成效的实验教学改革，开设了基于虚拟仪器技术的设计、应用和综合拓展等大量实验项目。
本书根据工科硕士研究生的特点和专业需求，特别是非电类工科学生的特点，在编写过程中注重以学生为主体，以学生自主学习为基调，以研究生创新能力培养为主线，研究、设计和完成实验教学；将传感器测试技术、LabVIEW编程设计、基于Multisim的电路设计与仿真�　∫虮臼椴捎玫缏贩抡嫒砑�、电路图中的器件符号与国家标准有不同之处，特此说明。——编辑注�　⒉馐韵低臣�成和拓展等实验项目有机融合，通过创建“基础实践”“设计应用”和“综合拓展”的模块式、阶段式、渐进式、互动式的实践过程设计，强力支撑学生创新能力的实践和培养。同时，以基本实验能力的养成为基础，将多种方法和手段融入实验教学中，激发了学生自主学习、自主实践、自主设计和自主拓展的积极性和主观能动性，提高了学生分析和解决工程实际问题的能力，培养了学生测试系统的构建和研发能力。
本书内容丰富而全面，所有例子和程序均通过实验验证，兼顾了代表性、实用性和先进性。编排按照先易后难、由浅入深、先基础后设计再综合的顺序进行，结构清晰，便于各个院校选用。
本书由孙晓华、刘晓晖和乌江编写。刘晔教授作为主审，对全书进行了细致严谨的审阅，提出了宝贵的意见和建议。研究生焦朝勇和原晓楠等参与了电路仿真和实验验证工作。书稿的撰写得到了美国国家仪器（中国）有限公司大学计划部的徐征工程师和刘晋东工程师的大力支持。作者向所有关心和支持本书工作的单位和个人致以诚挚的谢意！
本书基于虚拟仪器技术，力图解决传感器理论、技术、应用及系统教学和实践中存在的问题。但是，传感器技术的发展日新月异，加之作者水平和实践经验有限，书中定有不少疏漏和不足之处，敬请批评指正。
1.实践教学目的本书结合非电量电测技术中各种传感器实验教学平台，将虚拟仪器技术作为实践辅助工具，开展内容丰富、形式多样、由浅入深、具有实用性的传感器技术实践，其教学应该达到以下目的：
（1） 培养自主实践的能力在不断提升对实验探究兴趣的同时，用严谨的科学态度和讲求实事求是的作风，要求学生自己动手主动实践。在学习的过程中，强化学生对实验仪器原理的理解和测量方法的掌握，夯实学生非电量电测技术的基础知识。
（2） 培养自主学习的能力突破书本教学的传统方式，结合虚拟仪器技术，把实验内容图形化，并设置仿真、实测等互动式学习环节，学生在协同互动教学条件下自主高效地学习，培养学生自主学习的能力。
（3） 培养自主设计的能力通过在提供的教学实验平台和虚拟仪器仿真平台上的训练，学生编写LabVIEW程序和设置Multisim中不同的参数，比较输出结果与理论值的差异，找出最合理参数与最优结果的关系，提高学生对不同规律的敏感性，培养学生敏锐发现问题的能力。
（4） 培养自主应用的能力通过提供的应用实例，结合学生在训练中学习的局部实验环节和局部软件功能模块，实验教学给学生提出特定的实验问题，或带有综合性知识的实验任务，学生集成自己所学的知识，自主完成实验任务，达到培养学生解决问题、灵活应用的能力。
（5） 培养自主拓展的能力给学生提供多个可选择的实验任务，或学生自主命题，根据测量对象和选题，自主提出组建测量系统的方案，选择合适的传感器，对所搭建的调理电路参数具有分析和选择能力，通过测试数据完成对系统性能的评价，最终达到培养学生解决问题、举一反三和学以致用的能力。
2.实践教学要求（1） 实践预习要求传感器技术实践要求单人单组独立完成，因此实验预习的充分程度是实验能否顺利进行的前提。实验预习的内容包括：
1) 通过阅读实验教材、课程教材和有关参考书，明确实验目的、步骤和要求，深入理解实验原理和测量方法。
2) 熟悉传感器结构和调理电路，了解电路使用之器件、集成电路型号和参数。
3) 列出测量数据表格和要观察的现象，初步估算或分析实验结果，了解实验中的注意事项。
4) 熟悉实验中通用和专用实验设备的性能及其使用方法。
（2） 实践操作要求实践过程是培养学生实践能力的重要环节，也是决定实验成败的关键。实验中应注意以下几个环节：
1) 良好的安全操作习惯。
●对于实验者来
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