基于虚拟现实的风机性能检测实验教学系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于虚拟现实的风机性能检测实验教学系统及方法，系统包括虚拟教学模块和虚拟实验模块，其中：所述虚拟教学模块包括安全教育子模块和设备介绍子模块，所述安全教育子模块用于介绍风机性能检测实验现场的安全教育及大型通风机设备的安全使用手册、技术指标，所述设备介绍子模块用于通过第一视角向用户展示大型通风机检测实验设备、场地及其功能；所述虚拟实验模块包括操作实训子模块和操作考核子模块，操作实训子模块用于提供风机性能检测的风机风量、风压、功率参数这3项核心实验内容，操作考核子模块用于对用户进行考核。本发明专利技术解决了风机性能检测教学展示手段单一、实验实践教学条件不足、真实实验环境恶劣无法展开等问题。

【技术实现步骤摘要】
基于虚拟现实的风机性能检测实验教学系统及方法
本专利技术属于实验教学领域，特别涉及一种风机性能检测实验教学系统及方法。
技术介绍
煤矿、非煤矿山等井下作业场所的正常生产时刻离不开新鲜风流的供给，现代化城市日益增多的各类地下工程同样需要连续、稳定、不间断的通风，因此风机作为通风工程的核心设备之一其作用是十分重要和关键的，风机能否正常运转是关乎安全生产的重中之重。为保证风机的安全、高效、连续运转，通风技术人员必须掌握其运行性能、稳定性及效率等参数，并定期开展风机性能检测检验工作。风机性能检测是安全科学与工程类专业通风课程的必修实验，但传统的理论教学枯燥乏味，只能通过文字、图片等静态资料进行，达不到交互式教学目的。而实验实践教学则由于风机体量大、电压高(10KV或6KV)、24h连续运转，测试连线复杂、高危等原因，存在诸多困难，无法开展。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于虚拟现实的风机性能检测实验教学系统及方法，以解决风机性能检测教学展示手段单一、实验实践教学条件不足、真实实验环境恶劣无法展开等问题。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于虚拟现实的风机性能检测实验教学系统，包括虚拟教学模块和虚拟实验模块，其中：所述虚拟教学模块包括安全教育子模块和设备介绍子模块，所述安全教育子模块用于介绍风机性能检测实验现场的安全教育及大型通风机设备的安全使用手册、技术指标，所述设备介绍子模块用于通过第一视角向用户展示大型通风机检测实验设备、场地及其功能；所述虚拟实验模块包括操作实训子模块和操作考核子模块，操作实训子模块用于提供风机性能检测的风机风量、风压、功率参数这3项核心实验内容，使用户开展交互式的相关测量设备连接及实验操作，操作考核子模块用于对用户进行的相关测量设备连接及实验操作以及测量理论知识进行考核。该系统包括一个服务器端和若干客户端，服务器端和客户端通过网络连接，所述虚拟教学模块和虚拟实验模块搭载于服务器端上。所述设备介绍子模块展示的大型通风机检测实验设备包括地面测量主通风机室设备、功率测量控制室设备以及风硐测量场地设备。所述操作实训子模块包括风硐测量二级子模块、地面测量二级子模块、功率测量二级子模块、实验工况调节二级子模块，其中：所述风硐测量二级子模块用于依据三杯风速传感器测风原理开展主通风机风量测定实验；所述地面测量二级子模块用于依据静压差法原理开展风机测风和测压实验；所述功率测量二级子模块用于依据三相电的相位关系开展主通风机电参数测定实验；所述实验工况调节二级子模块用于通过调节通风阻力的方法使得大型风机在不同工况下运行，并采集各个工况下风机的风量、风压及功率，通过计算并绘制得出各工况下通风机的运行参数及曲线，从而完成大型通风机性能检测检验的全部测量实验。所述风硐测量二级子模块中，通过对风硐测量箱、风硐测量模块、温湿度变送器、风速表安装与连接，以及与之对应的操作，开展风硐风量测定实验。所述地面测量二级子模块中，通过地面测量箱、地面测量模块、无线通信天线、大气压传感器、静压传感器及其连接操作完成风机测风和测压实验。所述功率测量二级子模块中，通过功率测量箱、功率测量模块、电压传感器、电流传感器的连接以及与之对应的操作步骤，实现主通风机电参数测定实验。一种风机性能检测实验教学方法，包括以下步骤：用户登入所述基于虚拟现实的风机性能检测实验教学系统，进入虚拟教学模块，学习安全教育内容；进入设备介绍子模块，学习大型通风机检测实验设备、场地及其功能；用户进入虚拟实验模块，通过风硐测量二级子模块进行大型风机风量测定的互动式教学实验，通过地面测量二级子模块进行风机测风和测压实验，通过功率测量二级子模块进行主通风机电参数测定的实验；上述实验结束后，进入实验工况调节二级子模块，通过调节通风阻力的方法使得大型风机在不同工况下运行，并采集各个工况下风机的风量、风压及功率，通过计算并绘制得出各工况下通风机的运行参数及曲线，从而完成大型通风机性能检测检验的全部测量实验；上述步骤执行完毕后，所述基于虚拟现实的风机性能检测实验教学系统启动操作考核子模块，对上一步中用户进行各项实验以及测量理论知识进行考核。有益效果：本专利技术提供的基于虚拟现实的风机性能检测实验教学系统及方法，具有以下优点：(1)利用虚拟仿真技术将煤矿主通风机检测检验场景逼真地呈现出来，并构建了实验中所需的各种设备及其连接、操作步骤，学生或实训者每进行一步实验都能迅速的见到效果以及提示下一步如何进行操作，能够实时、交互地完成风机检测检验的全部实验学习和实训。(2)具有虚拟教学和虚拟实验两种不同的功能，将教学与实验实训有机相结合，实现了“教”与“学”相辅相成。可以多次重复，安全、环保、成本低廉地开展实际环境下难于开展的通风机设备性能检测检验实验、实践过程，这为一直困扰学科专业如何开展通风机性能检验检验教学与实验的问题提供了解决方案。附图说明图1为本专利技术的系统拓扑架构；图2为本专利技术的系统组成示意图；图3为安全教育子模块界面；图4为主通风机室设备教学及漫游界面；图5为控制室设备教学及漫游界面；图6为风硐测量二级子模块虚拟实验操作界面；图7为地面测量二级子模块虚拟实验操作界面；图8为静压差法原理图；图9为功率测量二级子模块虚拟实验操作界面；图10为实验工况调节二级子模块虚拟实验界面；图11为风硐测量考核界面；图12为风洞中风表安装示意图；图13为风表测风接线示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。如图1所示，本专利技术的基于虚拟现实的风机性能检测实验教学系统包括一个服务器端和若干客户端，服务器端和客户端通过网络连接，虚拟教学模块和虚拟实验模块搭载于服务器端上。在一个实施例中，基于虚拟现实的风机性能检测实验教学系统采用开放式虚拟实验网络管理系统，使用Apache服务器，以MySQL作为数据库支持，是一个基于校园网的可扩展且具有一定伸缩性的网络教学平台，目前已覆盖中国矿业大学全校区，具备了虚拟教学平台的网络运行环境，能够保证教学及实训的安全、稳定、可靠、开放共享运行。如图2所示，本专利技术的基于虚拟现实的风机性能检测实验教学系统，包括虚拟教学模块和虚拟实验模块，其中：虚拟教学模块包括安全教育子模块和设备介绍子模块，其中：安全教育子模块用于介绍风机性能检测实验现场的安全教育及大型通风机设备的安全使用手册、技术指标；学生或实训人员可以通过鼠标点击当前聚焦的安全教育内容框并切换安全教育内容进行详细浏览、学习，其操作界面如图3所示。设备介绍子模块用于通过第一视角向用户展示大型通风机检测实验设备、场地及其功能；其漫游界面如图4和图5所示。学生或实训人员可以通过点击漫游界面左下角的各个测量设备功能按钮开展进一步学习，鼠标移动拾取各测量元件并通过弹出的UI提示内容详细了解其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于虚拟现实的风机性能检测实验教学系统，其特征在于：包括虚拟教学模块和虚拟实验模块，其中：/n所述虚拟教学模块包括安全教育子模块和设备介绍子模块，所述安全教育子模块用于介绍风机性能检测实验现场的安全教育及大型通风机设备的安全使用手册、技术指标，所述设备介绍子模块用于通过第一视角向用户展示大型通风机检测实验设备、场地及其功能；/n所述虚拟实验模块包括操作实训子模块和操作考核子模块，操作实训子模块用于提供风机性能检测的风机风量、风压、功率参数这3项核心实验内容，使用户开展交互式的相关测量设备连接及实验操作，操作考核子模块用于对用户进行的相关测量设备连接及实验操作以及测量理论知识进行考核。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟现实的风机性能检测实验教学系统，其特征在于：包括虚拟教学模块和虚拟实验模块，其中：
所述虚拟教学模块包括安全教育子模块和设备介绍子模块，所述安全教育子模块用于介绍风机性能检测实验现场的安全教育及大型通风机设备的安全使用手册、技术指标，所述设备介绍子模块用于通过第一视角向用户展示大型通风机检测实验设备、场地及其功能；
所述虚拟实验模块包括操作实训子模块和操作考核子模块，操作实训子模块用于提供风机性能检测的风机风量、风压、功率参数这3项核心实验内容，使用户开展交互式的相关测量设备连接及实验操作，操作考核子模块用于对用户进行的相关测量设备连接及实验操作以及测量理论知识进行考核。


2.根据权利要求1所述的基于虚拟现实的风机性能检测实验教学系统，其特征在于：该系统包括一个服务器端和若干客户端，服务器端和客户端通过网络连接，所述虚拟教学模块和虚拟实验模块搭载于服务器端上。


3.根据权利要求1所述的基于虚拟现实的风机性能检测实验教学系统，其特征在于：所述设备介绍子模块展示的大型通风机检测实验设备包括地面测量主通风机室设备、功率测量控制室设备以及风硐测量场地设备。


4.根据权利要求1所述的基于虚拟现实的风机性能检测实验教学系统，其特征在于：所述操作实训子模块包括风硐测量二级子模块、地面测量二级子模块、功率测量二级子模块、实验工况调节二级子模块，其中：
所述风硐测量二级子模块用于依据三杯风速传感器测风原理开展主通风机风量测定实验；
所述地面测量二级子模块用于依据静压差法原理开展风机测风和测压实验；
所述功率测量二级子模块用于依据三相电的相位关系开展主通风机电参数测定实验；
所述实验工况调节二级子模块用于通过调节通风阻力的方法使得大型风机在不同工况下运行，并采集各个工况下风机的风量、风压及功率，通...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴晓东，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32