虛擬測試技術(shù)在電子測量實(shí)踐教學(xué)中的應用的論文
摘要：隨著(zhù)計算機技術(shù)、大規模集成電路和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，尤其是測量信息論和系統論的不斷完善，電子測量技術(shù)領(lǐng)域發(fā)生了巨大的變化，從理論到手段、從思想到方法、從技術(shù)到儀器無(wú)不在經(jīng)歷著(zhù)一場(chǎng)浩大的變革。儀器的結構日趨復雜，導致專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗室建設需要投放過(guò)高的費用，且損耗過(guò)大，幾年后就難以滿(mǎn)足基本的需求，而且普通院校很難滿(mǎn)足高端儀器的運用，這樣就導致學(xué)生沒(méi)有辦法體會(huì )到這些專(zhuān)業(yè)的設備。文章研究了虛擬測試技術(shù)在電子測量實(shí)踐教學(xué)中的應用，很好地解決了傳統教學(xué)模式的弊端。
關(guān)鍵詞：電子測量；虛擬測試技術(shù)；教學(xué)應用
“電子測量技術(shù)”是電子信息、通信技術(shù)、自動(dòng)控制等專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎課。它不但為適應今后生產(chǎn)和科研中將會(huì )遇到的大量現代測量業(yè)務(wù)進(jìn)行必要的準備，也對加深對本專(zhuān)業(yè)其他課程尤其是實(shí)踐環(huán)節課程的理解有很好的作用。課程的目標是通過(guò)本課程的學(xué)習，使學(xué)生具有電子測量技術(shù)與儀器方面的基礎知識和實(shí)際應用能力，掌握常用電子測量?jì)x器進(jìn)行一般的電子產(chǎn)品的調試和檢驗。但是，興建一個(gè)功能齊備的測量實(shí)驗室在普通院校里很難實(shí)現，這樣就導致學(xué)生沒(méi)有辦法體會(huì )到這些專(zhuān)業(yè)的設備。
虛擬測試技術(shù)幫我們很好地解決了這個(gè)難題，隨著(zhù)計算機技術(shù)的快速發(fā)展，利用計算機軟件進(jìn)行的虛擬測試技術(shù)已經(jīng)廣泛應用到電子測量技術(shù)的實(shí)踐教學(xué)中。采用計算機虛擬測試技術(shù)可以不受實(shí)驗設備和實(shí)驗時(shí)間的限制，彌補了實(shí)驗設備不全造成的影響。
1 Multisim仿真軟件中的虛擬儀器
1.1 Multisim仿真軟件簡(jiǎn)介
Multisim是美國國家儀器推出的以Windows為基礎的仿真工具，適用于板級的模數電路板的設計工作。包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。
它不僅可以用于實(shí)際工程的仿真，并且可以用于電子測量技術(shù)課程的輔助教學(xué)。一方面教師可以在理論課的講授過(guò)程中隨時(shí)隨地將實(shí)驗仿真的現象直觀(guān)地演示給學(xué)生看，另一方面學(xué)生可以很方便地把學(xué)到的理論知識進(jìn)行仿真，真正地自己動(dòng)手再現出來(lái)，這樣可以很好地提高學(xué)生的學(xué)習熱情和積極性。
1.2 Multisim中的虛擬儀器
可用于電子測量的`軟件有很多，Multisim作為最流行的仿真軟件，擁有直觀(guān)的圖形界面、豐富的元器件和測試儀器、強大的仿真能力、詳細的電路分析功能，可以幫助用戶(hù)方便地搭建電路原理圖，并對電路進(jìn)行仿真，將學(xué)到的理論知識真實(shí)地展現出來(lái)。
對于電子測量技術(shù)課程的教學(xué)，一般高校電子測量實(shí)驗室都只能配備比較基礎的測量設備，不能滿(mǎn)足學(xué)生的需求。Multisim的儀表庫中可以提供22種虛擬儀表，教師就可以利用這些儀表，來(lái)模擬實(shí)驗室中沒(méi)有的電子設備，從而開(kāi)闊學(xué)生的眼界，提高學(xué)生的積極性，達到提高教學(xué)效果的目的。
Multisim中的虛擬儀器儀表主要包括數字萬(wàn)用表、函數發(fā)生器、示波器、邏輯轉換儀、邏輯分析儀、頻譜分析儀、波特圖示儀等[1]。
2 波特圖示儀在電子測量技術(shù)教學(xué)中的應用實(shí)例
電子測量技術(shù)實(shí)驗教學(xué)內容較多，現以波特圖示儀為例說(shuō)明虛擬測試技術(shù)在實(shí)踐教學(xué)中的優(yōu)勢。
2.1 波特圖示儀的設置與使用
波特圖示儀也稱(chēng)為掃頻儀，用來(lái)測量和顯示電路或系統的幅頻特性與相頻特性，常用于對濾波電路進(jìn)行分析。它有兩組端子，分別是IN和OUT端子，每組端子分別有“+”和“一 ”兩個(gè)接線(xiàn)柱[2]。
波特圖示儀面板分為Mode區、Horizontal區、Vertical區和Control區4個(gè)部分，如圖1所示。模式區用于設置屏幕中內容的顯示類(lèi)型；水平區用于設置信號曲線(xiàn)的水平坐標，當測量信號的頻率范圍比較寬時(shí)，使用Log顯示，所得的曲線(xiàn)較為直觀(guān)。垂直區用于設置信號曲線(xiàn)的垂直坐標，當測量相頻特性時(shí)，Y軸表示相位，單位為dB，通常采用線(xiàn)性刻度；控制區用于設置面板的相關(guān)參數。此外，移動(dòng)波特圖示儀的垂直游標可以得到頻率相對應的電壓比的大小或相位的度數[3]。
2.2 波特圖示儀的應用實(shí)例
以濾波器電路為例測量其幅頻特性和相頻特性。具體步驟如下。
�。�1）建立濾波器仿真電路，如圖2所示。注意在電路的輸入端接入AC信號源，對其頻率的設定并無(wú)特殊的要求。
�。�2）運行仿真，設置水平區和垂直區的初始值I和最終值F，設置水平區F為10 MHz，I為20 Hz，設置垂直區F為10dB，I為-50dB。
�。�3）觀(guān)察并記錄濾波器幅頻特性曲線(xiàn)和相頻特性曲線(xiàn)。使用垂直游標可以讀出某一頻率上的幅值和相位。
2.3 虛擬測試技術(shù)在實(shí)踐教學(xué)中的優(yōu)勢
在利用波特圖示儀來(lái)測量濾波器的幅頻特性和相頻特性曲線(xiàn)中，利用Multisim豐富的虛擬儀器，便于觀(guān)察所設計的電路的工作情況及參數分析。電路中使用的AC交流信號源、直流電源、電容、電阻等元器件數值準確，避免了在實(shí)際硬件操作中元器件的標稱(chēng)值和實(shí)際值不相等的問(wèn)題�？梢耘懦瞬糠值恼`差，更好地分析電路的特性。
學(xué)生在傳統實(shí)驗室里，用實(shí)物做實(shí)驗時(shí)，對接線(xiàn)的要求非常嚴格，萬(wàn)一接錯線(xiàn)可能會(huì )燒壞元件甚至燒壞儀表，這樣的話(huà)不僅造成實(shí)驗材料的浪費而且還有一定的危險性。同時(shí)也會(huì )打擊學(xué)生的自信心，使得學(xué)生不敢大膽地去嘗試。而將Multisim引入教學(xué)，卻可以把電路圖故意接錯，人為地、有目的性地去設置一些故障，比如短路、斷路、漏電等，進(jìn)行故障仿真時(shí)，會(huì )出現故障提示，這時(shí)教師再去引導和解釋?zhuān)瑫?huì )給學(xué)生留下深刻的印象，從而更好地去理解和掌握所學(xué)的理論知識。并且在以后的實(shí)際操作中會(huì )大大減少接線(xiàn)錯誤，在訓練學(xué)生掌握正確的測量方法和熟練使用儀器方面都有明顯的改善和提高，這是傳統教學(xué)所不能比擬的優(yōu)越性[4]。
3 結語(yǔ)
在電子測量的教學(xué)過(guò)程中，不僅要使學(xué)生掌握最基本的測量理論，更重要的是學(xué)會(huì )常用儀器的工作原理以及使用方法。因此，電子測量的實(shí)踐教學(xué)占有舉足輕重的地位，只有通過(guò)實(shí)踐，學(xué)生才能夠掌握一些經(jīng)典的測量方法和常用儀器的使用方法，為今后從事測量技術(shù)工作打下良好的基礎。
將Multisim軟件引入電子測量技術(shù)的實(shí)踐教學(xué)中，為學(xué)生提供一種可供他們體驗和觀(guān)測的環(huán)境，其建構出的逼真情境，生動(dòng)地再現真實(shí)，讓學(xué)生身臨其境，記憶猶新。但是，我們也應看到在傳統實(shí)驗中培養學(xué)生動(dòng)手能力的重要性，電路的連接和調試，這些實(shí)際操作是軟件無(wú)法實(shí)現的。因此，應取長(cháng)補短，將虛擬測試技術(shù)和傳統實(shí)驗相結合，達到最佳教學(xué)效果。
[參考文獻]
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[3]楊德，沈俊霞.MULTISIM仿真軟件在電子測量課程中的應用[J].運程學(xué)院學(xué)報，2012（2）：41-43.
[4]王槐生，李娟娟.虛擬儀器在“電子測量技術(shù)”教學(xué)中的改革與應用[J].中國電力教育，2011（11）：107-108.
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