多通道位移测量仪

《传感器技术》课程设计课题：多通道位移测距仪班级测控1121学生姓名丁帅学号1121203111指导教师张青春淮阴工学院电子与电气工程学院班级：测控1121姓名：丁帅学号：11课题：多通道位移测量仪2多通道位移测量仪摘要:借助于虚拟仪器技术,探讨了将虚拟仪器技术应用于位移测量领域的方法,以LabVIEW为开发平台,设计了一种多通道虚拟位移测量仪,界面简单、方便实用,解决了多点监测、实时性等问题。详细叙述了多通道位移测量虚拟仪器的设计步骤。关键词:虚拟仪器技术;LabVIEW;DAQ;多通道;位移测量仪DesiginandResearchofMultichannelDisplacementMeasuringInstrumentBasedonLabVIEWZHANGQingchun,GOULanlian(ElectronicInformationEngineeringDepartment,HuaiyinInstituteofTechnology,Huaian,223001,China)Abstract:Themethodofdisplacementmeasuringfieldwithvirtualinstrumenttechnologyisdiscussedbythe(VI)technology1AvirtualmultichannelinstrumentofdisplacementmeasurementisdesigedbyLabVIEWbasedtechnique1Thesimpleinterfaceandmultichanneldisplacementmeasuringinstrument1Keywords:virtualinstrnmenttechnology;LabVIEW;DAQ;multichannel;displacementmeasurementinstrument班级：测控1121姓名：丁帅学号：11课题：多通道位移测量仪3目录第一章课程设计简介························1.1设计目的··························1.2设计要求···························1.3课程设计报告格式·······················第二章绪论2.1位移测量及其传感器简介················2.2国内外位移测量技术简介·················第三章系统方案设计3.1概述·····························2.2系统方案框图························第四章工作原理4.1检测原理·························4.2传感器选择························4.3测量电路介绍························4.4误差分析与修正······················第五章系统软件设计5.1软件设计方法························5.2测试系统流程图························5.3系统软件·························第六章系统调试与验证班级：测控1121姓名：丁帅学号：11课题：多通道位移测量仪46.1硬件调试·························6.2软件(程序)调试·······················第七章单片机设计方案简介7.1硬件电路的设计························7.2程序框图设计·························7.3程序代码设计····························第八章课程设计体会与总结························附录：1、参考资料····························2、元器件表·························第一章课程设计简1.1设计目的通过解决一个实际问题，巩固和加深在《传感器技术》课程中所学的理论知识和实验技能，基本掌握非电量自动检测系统的一般设计方法，提高自动检测系统的设计和创新实践能力。1.2设计要求1、根据指导老师的要求，按照学号选定相应题号的课题；2、按照课题设计任务和要求，采用一种或两种方法，设计某参数检测系统方案，根据现有实验室条件，对设计系统进行验证调试或仿真；3、用电路图、框图、表格、文字说明描述系统设计的具体过程；4、对选用的主要元器件（包括集成电路）、传感器、给出规格型班级：测控1121姓名：丁帅学号：11课题：多通道位移测量仪5号及技术参数，并附元器件表一份；5、凡是选用的集成电路，必须画完整的接线图，并说明各引线的功能和使用方法，同时应列出功能表。1.3课程设计报告格式（内容）题目1.系统方案设计1.1概述1.2系统方案框图2.工作原理2.1检测原理2.2传感器选择2.3测量电路介绍2.4误差分析与修正(1)系统误差(2)随机误差3.系统软件设计（采用单片机、虚拟仪器设计的系统必须有此内容）3.1软件设计方法3.2测试系统流程图3.3系统软件4.系统调试与验证5.课程设计体会与总结班级：测控1121姓名：丁帅学号：11课题：多通道位移测量仪6附录：1、参考资料2、元器件表第二章绪论2.1位移测量及其传感器简介位移是线位移和角位移的统称。位移测量在机械工程中应用很广，在机械工程中不仅经常要求精确地测量零部件的位移和位置，而且力、扭矩、速度、加速度、流量等许多参数的测量，也是以位移测量为基础的。位移是向量，除了确定其大小之外，还应确定其方向。一般情况下，应使测量方向与位移方向重合，这样才能真实地测量出位移量的大小。如测量方向和位移方向不重合，则测量结果仅是该位移在测量方向的分量。针对位移测量的应用场合，可采用不同用途的位移传感器。表1.2-1中列出了较常见的位移传感器的主要特点和使用性能。表1.2-1常用位移传感器一览表型式测量范围精确度直线性特点电阻式滑线式线位移1~300mm±0.1%±0.1%分辨力较好，可静态或动态测量。机械结构不牢固角位移0~360°±0.1%±0.1%变阻器式线位移1~1000mm±0.5%±0.5%结构牢固，寿命长，但分辨力差，电噪声大角位移0~60r±0.5%±0.5%班级：测控1121姓名：丁帅学号：11课题：多通道位移测量仪7应变式非粘贴的±0.15%应变±0.1%±1%不牢固粘贴的±0.3%应变±2%~3%使用方便，需温度补偿半导体的±0.25%应变±2%~3%满刻度±20%输出幅值大，温度灵敏性高电感式自感式变气隙型±0.2mm±1%±3%只宜用于微小位移测量螺管型1.5~2mm测量范围较前者宽，使用方便可靠，动态性能较差特大型300~2000mm0.15%~1%差动变压器±0.08~75mm±0.5％±0.5%分辨力好，受到磁场干扰时需屏蔽涡电流式±2.5~±250mm±1%~3%＜3%分辨力好，受被测物体材料、形状、加工质量影响同步机360°±0.1°±0.5%可在1200r/min转班级：测控1121姓名：丁帅学号：11课题：多通道位移测量仪8~±7°速工作，坚固，对温度和湿度不敏感微动同步器±10°±1%±0.05%非线性误差与变压比和测量范围有关旋转变压器±60°±0.1%电容式变面积10-3~103mm±0.005%±1%受介电常数因环境温度、湿度而变化的影响变间距10-3~10mm0.1%分辨力很好，但测量范围很小，只能在小范围内近似地保存线性霍尔元件±1.5mm0.5%结构简单，动态特性好感应同步直线式10-3~104mm2.5μm~250mm模拟和数字混合测量系统，数字显示(直线式感应同步班级：测控1121姓名：丁帅学号：11课题：多通道位移测量仪9器旋转式0o~360°±0.5°器的分辨力可达1μm)计量光栅长光栅10-3~103mm3μm~1m同上(长光栅分辨力可达1μm)圆光栅0o~360°±0.5”磁尺长磁尺10-3~104mm5μm~1m测量时工作速度可达12m/min圆磁尺0o~360°±1”角度编码器接触式0o~360°10-6rad分辨力好，可靠性高光电式0o~360°10-6rad2.2国内外位移测量技术简介第九届CIMT2005中国国际机床展览会上展示了当今世界位移测量技术最新的发展和最新型的位移传感器，并将数控技术和数控机床推向更高精度、更高速度、更高可靠、更高效率的发展，也将数显技术和数显量具推向一个新的高度。第三章系统方案设计3.1概述班级：测控1121姓名：丁帅学号：11课题：多通道位移测量仪10借助于虚拟仪器技术,探讨了将虚拟仪器技术应用于位移测量领域的方法,以LabVIEW为开发平台,设计了一种多通道虚拟位移测量仪,界面简单、方便实用,解决了多点监测、实时性等问题。详细叙述了多通道位移测量虚拟仪器的设计步骤。3.2系统方案框图图3.1位移测量的虚拟仪器系统第四章工作原理4.1检测原理进行位移测量的虚拟仪器系统组成如图2.1所示,图2.1中位移传感器直接作用于被测量,按一定规律将被测量转换为电信号输出。位移传感器为位移信号提供隔离和滤波。数据采集卡(DAQ)对来自位移传感器电路中输出的电压信号进行模数转换、采用保持、多路复用和放大。计算机作为虚拟仪器载体,对测量数据进行分析、运算、存储和显示。位移测量程序是在LabVIEW平台上开发的位移测量虚拟仪器软件。4.2传感器选择1）方法一：这里外部设备是电容式位移传感器。利用平板电容班级：测控1121姓名：丁帅学号：11课题：多通道位移测量仪11C＝εA／d和其它结构的关系式通过相应的结构和测量电路可以选择ε、A、d中三个参数中，保持二个参数不变，而只改变其中一个参数（变d），即当可动极板被测量变化移动时，电容增量为C0，这样就可以变成电容式位移传感器。2)方法二：这里外部设备是电涡流位移传感器。电涡流位移传感器与金属导体的电阻率ρ、磁导率μ、励磁频率f以及传感器与被测导体间的距离x有关。通以高频电流的线圈产生磁场，当有导电体接近时，因导电体涡流效应产生涡流损耗，而涡流损耗与导电体离线圈的距离有关，可以用如下函数表示：Z=F(ρ,μ,χ,f)。当金属导体的电阻率ρ、磁导率μ和励磁频率f不变时，上式可写成：Z=F(x),因此当传感器与被测导体间的距离x发生变化时，通过测量电路，可将Z的变化转换为电压U的变化，这样就达了把位移转换为电量目的。4.3测量电路介绍1)电容式位移传感器的测量电路班级：测控1121姓名：丁帅学号：11课题：多通道位移测量仪12图4.4.1电容式传感器位移实验接线图1.按图安装示意图将测微头和电容传感器装于电容传感器模板上，判别Cx1和Cx2时，注意动极板接地，接法正确则动极板左右移动时，有正、负输出。不然得调换接头。一般接线：两个静片分别是1号和2号引线，动极板为三号引线。2.将电容传感器电容C1和C2的静片接线分别插入电容传感器实验模板Cx1、Cx2插孔上，动极板连接地插孔。3.电容传感器实验模板的输出端V01与数据采集卡相接（插入主控板Vi孔），RW调节到中间位置。4.接入±15电源，旋动测微头推进电容器动极板位置，每间隔位移的范围是0～50mm,每改变0.5mm的位移量就测量一次输出电压值。4.4误差分析与修正(1)系统误差电容传感器存在零点漂移，在这之前首先要对位移传感器进行校零,因为当位移为零时,在理想状态下输出电压值应该为零,但实际测出的电压不为零,记下当前电压值(补偿值),在以后测量中,输出电压值都要进行补偿(即减去补偿电压值)就得到了理论电压。“电压(测量值)”显示件用来直接显示位移传感器的输出电压值;“电压(理论值)”显示件用来显示补偿后的电压值。“位移值”数字控件用来写入位移传感器的当前位移值。电容传感器易受外界电气班级：测控1121姓名：丁帅学号：11课题：多通道位移测量仪13干扰，要求配套仪器的阻抗高，也可能是仪