虛擬測試技術(shù)在電子測量實踐教學(xué)中的應(yīng)用的論文
摘要：隨著計算機技術(shù)、大規(guī)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(tǒng)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)到儀器無不在經(jīng)歷著一場浩大的變革。儀器的結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，導(dǎo)致專業(yè)的實驗室建設(shè)需要投放過高的費用，且損耗過大，幾年后就難以滿足基本的需求，而且普通院校很難滿足高端儀器的運用，這樣就導(dǎo)致學(xué)生沒有辦法體會到這些專業(yè)的設(shè)備。文章研究了虛擬測試技術(shù)在電子測量實踐教學(xué)中的應(yīng)用，很好地解決了傳統(tǒng)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(yīng)用
“電子測量技術(shù)”是電子信息、通信技術(shù)、自動控制等專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。它不但為適應(yīng)今后生產(chǎn)和科研中將會遇到的大量現(xiàn)代測量業(yè)務(wù)進行必要的準(zhǔn)備，也對加深對本專業(yè)其他課程尤其是實踐環(huán)節(jié)課程的理解有很好的作用。課程的目標(biāo)是通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生具有電子測量技術(shù)與儀器方面的基礎(chǔ)知識和實際應(yīng)用能力，掌握常用電子測量儀器進行一般的電子產(chǎn)品的調(diào)試和檢驗。但是，興建一個功能齊備的測量實驗室在普通院校里很難實現(xiàn)，這樣就導(dǎo)致學(xué)生沒有辦法體會到這些專業(yè)的設(shè)備。
虛擬測試技術(shù)幫我們很好地解決了這個難題，隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，利用計算機軟件進行的虛擬測試技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到電子測量技術(shù)的實踐教學(xué)中。采用計算機虛擬測試技術(shù)可以不受實驗設(shè)備和實驗時間的限制，彌補了實驗設(shè)備不全造成的影響。
1 Multisim仿真軟件中的虛擬儀器
1.1 Multisim仿真軟件簡介
Multisim是美國國家儀器推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模數(shù)電路板的設(shè)計工作。包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。
它不僅可以用于實際工程的仿真，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程中隨時隨地將實驗仿真的現(xiàn)象直觀地演示給學(xué)生看，另一方面學(xué)生可以很方便地把學(xué)到的理論知識進行仿真，真正地自己動手再現(xiàn)出來，這樣可以很好地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)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(xì)的電路分析功能，可以幫助用戶方便地搭建電路原理圖，并對電路進行仿真，將學(xué)到的理論知識真實地展現(xiàn)出來。
對于電子測量技術(shù)課程的教學(xué)，一般高校電子測量實驗室都只能配備比較基礎(chǔ)的測量設(shè)備，不能滿足學(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，來模擬實驗室中沒有的電子設(shè)備，從而開闊學(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(shù)字萬用表、函數(shù)發(fā)生器、示波器、邏輯轉(zhuǎn)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(yīng)用實例
電子測量技術(shù)實驗教學(xué)內(nèi)容較多，現(xiàn)以波特圖示儀為例說明虛擬測試技術(shù)在實踐教學(xué)中的優(yōu)勢。
2.1 波特圖示儀的設(shè)置與使用
波特圖示儀也稱為掃頻儀，用來測量和顯示電路或系統(tǒng)的幅頻特性與相頻特性，常用于對濾波電路進行分析。它有兩組端子，分別是IN和OUT端子，每組端子分別有“+”和“一 ”兩個接線柱[2]。
波特圖示儀面板分為Mode區(qū)、Horizontal區(qū)、Vertical區(qū)和Control區(qū)4個部分，如圖1所示。模式區(qū)用于設(shè)置屏幕中內(nèi)容的顯示類型；水平區(qū)用于設(shè)置信號曲線的水平坐標(biāo)，當(dāng)測量信號的頻率范圍比較寬時，使用Log顯示，所得的曲線較為直觀。垂直區(qū)用于設(shè)置信號曲線的垂直坐標(biāo)，當(dāng)測量相頻特性時，Y軸表示相位，單位為dB，通常采用線性刻度；控制區(qū)用于設(shè)置面板的相關(guān)參數(shù)。此外，移動波特圖示儀的垂直游標(biāo)可以得到頻率相對應(yīng)的電壓比的大小或相位的度數(shù)[3]。
2.2 波特圖示儀的應(yīng)用實例
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(shè)定并無特殊的要求。
�。�2）運行仿真，設(shè)置水平區(qū)和垂直區(qū)的初始值I和最終值F，設(shè)置水平區(qū)F為10 MHz，I為20 Hz，設(shè)置垂直區(qū)F為10dB，I為-50dB。
�。�3）觀察并記錄濾波器幅頻特性曲線和相頻特性曲線。使用垂直游標(biāo)可以讀出某一頻率上的幅值和相位。
2.3 虛擬測試技術(shù)在實踐教學(xué)中的優(yōu)勢
在利用波特圖示儀來測量濾波器的幅頻特性和相頻特性曲線中，利用Multisim豐富的虛擬儀器，便于觀察所設(shè)計的電路的工作情況及參數(shù)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(shù)值準(zhǔn)確，避免了在實際硬件操作中元器件的標(biāo)稱值和實際值不相等的問題�？梢耘懦瞬糠值恼`差，更好地分析電路的特性。
學(xué)生在傳統(tǒng)實驗室里，用實物做實驗時，對接線的要求非常嚴(yán)格，萬一接錯線可能會燒壞元件甚至燒壞儀表，這樣的話不僅造成實驗材料的浪費而且還有一定的危險性。同時也會打擊學(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(shè)置一些故障，比如短路、斷路、漏電等，進行故障仿真時，會出現(xiàn)故障提示，這時教師再去引導(dǎo)和解釋，會給學(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。并且在以后的實際操作中會大大減少接線錯誤，在訓(xùn)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(tǒng)教學(xué)所不能比擬的優(yōu)越性[4]。
3 結(jié)語
在電子測量的教學(xué)過程中，不僅要使學(xué)生掌握最基本的測量理論，更重要的是學(xué)會常用儀器的工作原理以及使用方法。因此，電子測量的實踐教學(xué)占有舉足輕重的地位，只有通過實踐，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(chǔ)。
將Multisim軟件引入電子測量技術(shù)的實踐教學(xué)中，為學(xué)生提供一種可供他們體驗和觀測的環(huán)境，其建構(gòu)出的逼真情境，生動地再現(xiàn)真實，讓學(xué)生身臨其境，記憶猶新。但是，我們也應(yīng)看到在傳統(tǒng)實驗中培養(yǎng)學(xué)生動手能力的重要性，電路的連接和調(diào)試，這些實際操作是軟件無法實現(xiàn)的。因此，應(yīng)取長補短，將虛擬測試技術(shù)和傳統(tǒng)實驗相結(jié)合，達到最佳教學(xué)效果。
[參考文獻]
[1]吳福高，張明增.Multisim電路仿真及應(yīng)用[M].北京：航空工業(yè)出版社，2015.
[2]詹惠琴，古天祥，習(xí)友寶，等.電子測量原理[M].北京：機械工業(yè)出版社，2016.
[3]楊德，沈俊霞.MULTISIM仿真軟件在電子測量課程中的應(yīng)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(yīng)用[J].中國電力教育，2011（11）：107-108.
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