应变式传感器的虚拟实验开发研究
摘要：虚拟实验与虚拟实验室是随着计算机技术、虚拟仪器技术的发展而出现的。作为一种全新的实验方法，虚拟实验不受时间、空间等条件的限制，具有传统实验方法不可比拟的优越性。传感器是测量控制系统的首要环节，对测试系统起着至关重要的作用。传感器种类繁多、涉及知识面广。对传感器可以从传感器的工作原理、结构组成、调理电路及特性分析几个方面来把握。传感器作为各种信息的感知、采集、转换、传输和处理的功能器件。现以广泛应用于各个领域，特别是自动检测和自动控制系统。而传感器中的应变式传感器是利用金属弹性元件的电阻应变效应，将被测物变形转换成电阻变化。从而实现测量。由于其具有尺寸小、重量轻、结构简单、使用方便、响应速度快等优点，因此被广泛用于工程测量和科学实验中。因此在学习过程中就需要快速、有效的学习传感器的知识。能够运用flash软件将应变式传感器的实验过程真实的仿真出来，不仅仅有利于老师的教授，也可以提高人的学习兴趣和积极性。
关键词：传感器、Flash、仿真、虚拟实验
一、 研究背景及动态
传感器是一种测量装置，它感受或响应被测量，并按照一定的规律转换成可用输出，以满足信息的转换、处理、存储、记录、显示和控制等要求。传感器作为测试系统的感知部分和信号来源，是实现自动检测和自动控制的首要环基于虚拟仪器的传感器虚拟实验与虚拟实验室。是工业自动化，测量监控的基础，自动监测与控制离不开各种各样的传感器。传感器的发展、应用水平影响着科学技术的发展。传感器在科学技术、工业自动化、自动检测的应用越来越广泛，因此掌握传感器的原理、性能特点和使用方法就越来越重要。
传感器实验就是通过对传感器施加电源或激励信号，再施加感应信息，通过测量电路，测试传感器的电特性变化，从而得到传感器的特性曲线的过程。传感器是理工科的一门必备知识，更是机电专业的专业课，是前期纯电路、理论学习向工程实践应用的转移。通过实践环节，即锻炼动手能力，又加深理论知识的理解。随着传感器技术不断发展，传统传感器实验显现出一些弊端：传感器的种类越来越多，其原理也各式各样，近几年出现的很多新式传感器结构很复杂，往往是与其他学科交叉相结合的产物，原理深奥，应用方法也是多种多样，不可能都及时提供实验。而且传感器的信号调理复杂多样，不同传感器需要不同的变换电路。作为很重要的一个实践环节，现有传感器的实验只能对应几种简单传感器，进程时间都花在数据的采集过程中，不能抓住重点，即传感器的信号特性分析上。所需要的实验仪器如示波器，万用表等却一样不少。传感器的应用方法很多，都需要和数据处理结合，实验时间有限，需要事后处理。同时，计算机硬件与软件技术、多媒体技术、仿真技术和虚拟技术的迅速发展，使得用现代新技术改革传统的实验教学方式成为可能。在课堂上，应用投影仪与幻灯片，把老师从繁忙的板书中解放出来，以便和同学们进行更多的交流。在课下，基于Internet的网络技术，很多课件和知识可以搬到网站上进行浏览和温习。通过虚拟实验室，可以随时将传感器实验搬到课堂上进行演示，理论联系实践，实现“实验室’走进课堂，“仪器”搬上讲台，现场操作仪器，动态显示测试原理，强化了教学效果。在课下，还可以使每个学生立刻进入“虚拟实验室”，“实地”反复操作仪器，教师也不必担心“仪器”会被损坏。这样可以大提高学生们在实际操作中的动手能力，提高实验教学的效果。
传感器虚拟实验室能够复现实验内容，对实现过程的细节放大，加深实验的感受，为实验者提供大量的实验机会，并且通过计算机的广博，对传感器的各方面起到系统的便捷的学习，这在普通的实验台根本无法比拟。同时，发展虚拟实验室，能够节约大量资金和物力，减少器件的损坏，并且能够不断更新,利用现有的丰富的计算机资源，进行学习、设计和仿真。
目前国外有很多世界许多著名大学都建立了网上虚拟实验室，如麻省理工学院的weblab再现实验室，卡耐基梅隆大学的关于电路特性分析和电机控制方面的网上虚拟实验室，牛津大学的化学信息产业中心。澳大利亚Rmit大学的JohnBall和Kate Patrick设计的虚拟实验用于进行热传递过程的教学。美国Tennessee at Chattanooga大学的Jim Henry设计的网上工程实验室提供了一系列远程控制实验，如压力控制、液面控制、温度控制、速度控制实验等。美国德克萨斯州立大学的Nitin Swamy建立了一个远程实验室，该实验系统的控制对象是一个倒立摆，主要提供给校内学生进行远程实验。在国内有少数学校进行了网络虚拟实验室的研究。目前，比较有名的网络虚拟实验室有清华大学的机械工程虚拟实验室，还有华中科技大学的测试工程网，还有一些如浙江大学的光学虚拟实验室，虚拟物理实验室。清华大学主要应用网页和Flash MX互动动画实现的工程力学虚拟实验室。华中科大虚拟实验室工程测试技术基础是一个网络上的虚拟课堂，对课程内容作了全面地讲解，中间穿插图片，动画，最主要的特色是采用VbScript和JavaScript制作的交互式的信号处理虚拟实验。而传感器实验是各类专业非常重要的基础课程，因此它的建立是有很重要得意义。
本课题所做的工作就是根据传感器实验的特点，充分发挥计算机系统的优势，应用虚拟仪器技术和网络技术，实现基于虚拟仪器的传感器虚拟实验，并且能够通过互联网络进行虚拟实验。本课题主要工作有以下方面内容的研究：对虚拟实验及虚拟实验室的概念及实现技术进行论述。根据传感器实验的具体情况，选择虚拟仪器为传感器虚拟实验室的主要开发工具。通过虚拟仪器开发软件Flash，设计并实现传感器虚拟实验，实现传感器实验的数据采集及特性分析。将虚拟仪器的功能融入到实验中，实现传感器虚拟实验的功能化。
而现今Flash已经渐渐成为交互式知量的标准，未来网页的一大主流。用它可以将音乐，声效，动画以及富有新意的界面融合在一起，以制作出高品质的网页动态效果。 用flash制作动画，已经成为一种时尚，因为它的简单、实用、交互性强。受到广大电脑爱好者的喜欢。 现在网上已经有成千上万个Flash站点，著名的如Macromedia专门ShockRave站点，全部采用了Shockwave Flash 和Director。HTML语言的功能十分有限，无法达到人们的预期设计，以实现令人耳目一新的动态效果，在这种情况下，各种脚本语言应运而生，使得网页设计更加多样化。然而，程序设计总是不能很好地普及，因为它要求一定的编程能力，而人们更需要一种既简单直观又功能强大的动画设计工具，而Flash的出现正好满足了这种需求。 Flash强大的动画编辑功能使得设计者可以随心所欲地设计出高品质的动画。
在学校的学习过程中，通过Flash软件真实的仿真出应变式传感器的工作过程，能够让同学们在简单、直接、迅速、清晰明了的了解应变式传感器的工作原理和工作过程，以及它的工作特性。
二、评述
随着计算机技术、通信技术、网络技术、多媒体技术等的迅速发展，互连网Internet已经广泛普及，逐渐成为人们生活的一部分，人类正在进入一个信息化的社会。Internet传递信息便捷、内容更新及时、存储容量巨大、共享性能优良、分布性广、交互性强、信息多媒体化等特点，可以较好地实现多媒体网络教学。网络教育可以公平、快捷、方便、高效、低成本、全球性、全天候地为学生提供全方位的远程教育服务。由于网络教育有如此巨大的优势，网络教学已日益成为传统教学的重要补充。它与传统的课堂教学模式相互结合、相互补充，对于实现教育资源的共享，提高教学效率，有着非常现实的意义。虚拟实验是利用网络资源实现在线或远程的实验教学，可在互连网络环境下完成的各种虚拟实验，表现力强，内容丰富，可以充分利用图像、声音动画等先进手段，同时又具有交互性。建立在网络环境下的开放性虚拟实验系统充分利用计算机和网络资源，延伸实验场地，并提高实验教学质量。
在课件教学中创设这样的教学情景，一方面促使学生边看课件边思考；另一方面适时地引导学生离开“课件”，通过仿真的flash实验过程使之积极参与思考和讨论，以突出学生的主体地位；此外可引发学生新的兴奋点，避免一味看课件可能产生的疲乏感。
三、结论
通过虚拟实验熟悉实验过程和实验现象，再通过真实实验提高分析解决问题能力，然后再通过虚拟实验回顾加深实验的印象，同时，把虚拟实验情境与真实实验环境相比较，把虚拟实验和实际应用相联系，使得实验者可以把在虚拟情境中掌握的解决问题的方法运用于实际环境之中在教学实践中应使用两种教学方式各取其长，相辅相成。为此，根据不同章节的特点具体安排Flash多媒体教学所占的比例，而不是让它垄断一切。在使用Flash多媒体教学软件时，通过具体运用，就会明确有哪些内容安排的比较理想，哪些还不够完美，哪些在调动学生的积极性和创造性上是不足的，予以改善。
