学位论文基于电涡流传感器的虚拟式微位移测试仪设计论文Word文档格式.docx
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基于电涡流传感器的虚拟式微位移测试仪设计
摘要
目前,位移检测系统大都使用传统的测量仪器。
其功能大多都是由硬件或固化的软件来实现,而且只能通过厂家定义、设置,其功能和规格一般都是固定的,用户无法随意改变其结构和功能,因此已不能适应现代化监测系统的要求。
随着控制理论及电子和计算机技术的高速发展,为适应科研和生产的需求,在检测技术领域出现了许多新的理论、新的技术和新的概念,虚拟仪器由此而生。
本系统利用虚拟仪器技术在LabVIEW的平台上开发了一套微小位移检测系统。
系统硬件由电涡流传感器、信号调理电路、PCI-6221型数据采集卡及计算机等组成,软件采用LabVIEW进行开发。
该系统可实现位移数据采集、显示、存储及回放等功能。
关键词:
电涡流传感器;
位移检测;
LabVIEW;
虚拟仪器
ThevirtualtestsystemdesignofMicro-displacement
BasedonEddycurrentsensor
Abstract
Atpresent,mostofthedisplacementcontrolsystemfordetectingtheuseoftraditionalmeasuringinstruments.Mostofitsfunctionsarecurablebythehardwareorsoftwaretoachieve,butonlythroughthedefinitionofthemanufacturers,setup,itsfunctionsandspecificationsaregenerallyfixed,userscannotarbitrarilychangeitsstructureandfunction,itcannotmeetthemodernmonitoringsystemrequirements.Withthecontroltheoryandelectronicsandtherapiddevelopmentofcomputertechnology,tomeettheresearchandproductionneedsinthefieldofdetectionofmanynewtheories,newtechnologiesandnewconcepts,virtualmachinesforus.
ThisdesignusesvirtualinstrumentsontheplatformofLabVIEWtodevelopamicro-displacementdetectionsystem.Systemhardwarefromtheeddycurrentsensor,signalconditioningcircuits,PCI-6221dataacquisitioncardandcomputerandsoon,softwaredevelopedusingLabVIEW.Thesystemcanachievethedisplacementdataacquisition,display,andstorageandplaybackfunctions.
Keywords:
Eddycurrentsensor;
displacementdetection;
LabVIEW;
VirtualInstrument
第一章引言
一.1研究课题背景及目的
传统的位移测量和信号分析处理大多是利用电子仪器来实现的。
众所周知,仪器是生产的基础,要保证这些测试系统的质量,就要同时购置多套先进而昂贵的仪器。
一个传统的实验要使用多种仪器,而且不同测试系统所用的仪器也不尽相同,这么多的仪器不仅价值昂贵、体积大、占用空间多,而且结构复杂、相互连接十分麻烦、还缺乏友好的人机界面。
传统的参数检测系统以硬件为核心,系统体积庞大,功能单一,成本高,调试周期长,运行可靠性受到制约,而且系统的更改、升级都涉及硬件电路和系统结构的改动,不符合现代仪器技术的发展方向。
如何利用先进的计算机技术提高效率则成为该领域迫切需要解决的问题。
随着电子技术、计算机技术的高速发展及其在电子测量技术与仪器领域中的应用,新的测试理论、测试方法、测试领域以及仪器结构不断出现,电子测量仪器的功能和作用也发生了质的变化,计算机处于核心地位,计算机软件技术和测试系统更紧密地结合成一个有机整体,仪器的结构概念和设计观念等都发生了突破性的变化。
在上述背景下,出现了全新概念的仪器—虚拟仪器。
彻底打破了传统仪器由厂家定义、用户无法改变的模式,使测控仪器发生了巨大变革。
开发了一种基于虚拟仪器技术的新型参数自动测试系统,主要程序采用了LabVIEW软件开发平台,主要硬件采用美国国家仪器公司的数据采集卡,系统能快速、在线、方便、准确地测试各种参数,做到“软件即仪器”。
本课题研究目的是将虚拟仪器技术应用到传感器实验台的硬件驱动、数据采集、结果分析、数据显示、数据输出等,改变了传统的设计方法,实现了对传感器实验台的基于虚拟仪器思想的程控,对虚拟仪器技术在控制领域的应用提供一个全新的开始。
并且在通用化的硬件配置下,实验人员利用LABVIEW虚拟仪器开发平台,通过调用控件及相关图标就可以构建高性能的实验仪器,而并不需要使用者具备熟练掌握计算机编程语言和程序设计的知识背景,特别有利于高校实验教师和学生自行设计实现虚拟示波器、虚拟信号发生器、虚拟频谱仪、虚拟积分器和微分器等实验教学用仪器。
一.2本课题的任务
本设计是基于电涡流传感器的虚拟式微位移测试系统,被检测的参数是几毫米的位移信号,很小的位移信号需要先进的检测设备才能精确地测量。
因此本系统是利用虚拟仪器技术在LabVIEW的平台上设计的位移自动检测系统。
本课题的研究内容主要包括以下几个方面:
⑴熟悉位移传感器的种类、结构及工作原理,重点掌握电涡流传感器的结构、原理和特性。
⑵设计基于电涡流传感器的虚拟式微位移测试仪的软、硬件。
第二章微位移检测系统总体方案的确定
本系统主要是利用虚拟仪器设计微位移自动检测系统。
虚拟仪器技术是20世纪90年代计算机系统和仪器系统技术革命的产物,它在测试测量与控制领域中占有重要地位,并正成为当今世界流行的仪器构成方案。
二.1位移检测系统开发平台
二.1.1虚拟仪器概念
伴随着微电子技术,计算机技术和网络技术的迅速发展及其在电工电子测量技术领域的应用,测量仪器不断进步,依次出现了数字化仪器、智能仪器和虚拟仪器,同时也由单台仪器逐渐发展到叠加式仪器系统、虚拟仪器系统等。
1986年美国国家仪器公司首先提出了虚拟仪器的概念。
所谓虚拟仪器是指通过应用程序将通用计算机与功能化模块结合起来,用户可以利用计算机强大的图形环境和在线帮助功能,建立中英文界面的虚拟仪器软面板,完成对仪器的控制、数据分析、存储和显示,改变传统仪器的使用方式,提高仪器的功能和使用效率,大幅度降低仪器的价格,且用户可以根据自己的需要定义仪器的功能。
虚拟仪器技术利用PC机高速数据采集和处理能力,对被测对象进行数据采集、分析、存储、显示等。
虚拟仪器排除了干扰信号和模拟电路引起的误差,大大提高了测试精度。
虚拟仪器控制功能强,有自动调零、自动调节量程、自动转换极性和自动校准等功能。
虚拟仪器没有常规仪器的控制面板,而是利用计算机强大的图形环境,在计算机屏幕上建立起图形的软面板来代替常规的仪器控制面板。
用户通过鼠标或键盘操作软面板来进行操作,操作方便,易于掌握。
虚拟仪器的基本思想是利用计算机来管理仪器、组织仪器系统,进而逐步代替仪器完成某些功能,最终达到取代传统电子仪器的目的。
虚拟仪器实质上是软硬结合、虚实结合的产物,是充分利用最新的计算机技术来实现和扩展传统仪器的功能。
在虚拟仪器系统中,硬件仅仅是为了解决信号的输入输出,软件才是整个仪器的关键。
二.1.2虚拟仪器的组成
虚拟仪器包括硬件和软件两个基本要素。
硬件的主要功能是获取真实世界中的被测信号,可分为两类:
一类是满足一般科学研究与工程领域测试任务要求的虚拟仪器。
最简单的是基于PC总线的插卡式仪器,也包括带GPIB接口和串行接口的仪器;
另一类是用于高可靠性的关键任务,如航空、航天、国防等应用的仪器系统,由计算
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