基于差动螺管式电感传感器的虚拟位移计设计

1、基于差动螺管式电感传感器的虚拟位移计设计学校：班级：姓名：学号：摘要：虚拟仪器是基于计算机的仪器。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。这种结合有两种方式。一种方式是计算机装入仪器，典型例子就是智能化仪器。另一种方式就是将仪器装入计算机，以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。本次课程设计是基于差动螺管式电感传感器的虚拟位移计设计，它的主要内容是在LabVIEW平台上设计虚拟位移计，其中的功能包括数据的采集、数据的拟合，数据的处理，以及超值报警功能。相比以前的方法，本方法简单可用，而且比较精确。 1 总体方案设计图为总体原理框图：差动螺管式电感传感器数据采集阈值比较

2、数据处理曲线拟合 总体电路的工作原理是进行差动螺管式电感传感器实验，测量出相应的数据，然后经过软件程序进行数据采集、曲线拟合、数据处理、阈值比较等几大部分，将实验得到的数据拟合得到拟合曲线 ，并且可以显示出系数的具体数值，并判断是否超出预设范围，超出则报警，报警灯亮。2 硬件设计2.1 差动螺管式电感传感器的工作原理：差动螺管式电感传感器是一种利用主次级线圈互感的电感作用大小来进行测量的传感器，两个副线圈的同名端需要连接在一起，主线圈的一端和次线圈的一端构成输出，接到示波器观察波形，或者是接到数据采集卡上直接采集数据。2.2 硬件流程图如图：音频振荡器差动螺管式电感传感器数据采集卡示波器 电脑

3、 硬件的设计主要利用差动螺管式电感传感器进行数据的采集，音频振荡器给主线圈一个稳定的正弦信号，频率固定在6kHz，然后从示波器上读取波形的峰峰值，通过音频振荡器的幅度调节旋钮调节至2V，此时，旋转螺旋测微计旋钮，可以很清楚的从示波器上读出峰峰值的变化，同时在虚拟仪器的面板上也会实时的显示出电压和位移的变化。3 软件部分3.1 数据采集部分 各个参数的设置： 设备号：代表设备号，在NI采集设置工具中设定。该参数告诉用户使用什么卡，它可以使采集VI本身独立于卡的类型。本课设中设定为1。通道：用于指定数据样本的信号源。本课程设计中选用的是3号通道，故设定为3。采样频率：指每个通道的扫描速率，即采样频

4、率。采样频率设置为默认值1000Hz。采样点数：每个通道读取的点数，本课设为默认值-1，-1表示所有点。数据采集中主要模块的简介：配置通道函数，AI Config VI:为一组指定的通道配置模拟输入信息，即对采集卡进行硬件配置，并且给缓冲型的模拟输入分配一个缓冲区。AI Config VI中还有很多参数是为更高级的应用而设立，一般这些参数采用默认值即可。 任务开始函数，AI Start VI:用于启动模拟输入操作，这个VI可以控制数据采集的速率、样本数以及硬件触发器的使用 。读取数据函数，AI Read VI:用于在使用缓冲区的采集操作中，读取缓冲区里的数据。它能够控制由缓冲读取的点数，读取数

5、据在缓冲中的位置在连续采集时，可以通过观察scan backlog 来调整每次读取的扫描数，以避免缓冲区中未读的数据被覆盖掉。该VI的输出可以是波形数组、数值数组等。清屏函数，AI Clear VI:清除模入操作、计算机中分配的缓冲、释放所有DAQ卡上的资源。数据采集流程图如图所示。开始数据的采集数据的读取出错出错？Y数据停止采集 DAQ连续模入：连续采集是对一个或者多个通道，以一定的速率并以连续扫描的方式采集数据，连续采集要求在无间断采集数据同时，从缓冲区中无任何遗漏的读取数据。连续采集需要使用到循环缓冲区，对于循环缓冲区，往往其中存放数据的同时，可以读取其中已有的数据，使用循环缓冲区时，采

6、集设备在后台连续进行数据采集，而LabVIEW在两次读取缓冲区数据的时间间隔里对数据进行处理。图为采集程序框图：AI ConfigAI StartAI ReadData Process连续或多次采集时，进行循环AI Clear3.2 曲线拟合部分曲线拟合（curve fitting）在计算机化的测量过程中非常重要，因为可以很容易得到大量的测量数据。为了充分利用这些数据，减小误差，就要用到拟合。曲线拟合的实际应用范围较广，例如：（1） 消除测量噪声；（2） 填充丢失的采样点（例如，一个或者多个采样点丢失或者记录不正确）；（3） 插值（对采样点之间的数据进行估计）；（4） 外推（对采样范围之外的数

7、据进行估计）；（5） 求解某个基于离散数据对象的速度轨迹（一阶导数）和加速度轨迹（二阶导数）。通常，对于每种指定类型的曲线拟合，如果没有特殊说明，都存在两种VI可以使用，一种只返回数据，用于对数据的进一步操作；另一种不仅返回系数，还可以得到相应的拟合曲线和均方差。实验数据本应线性。但由于传感器的误差及实验者的人为原因造成数据结构非线性化。曲线拟合部分实现数据线性化。曲线拟合流程图如图所示。开始写入实验数据显示结果类型变换维数转换 3.3 数据处理部分数据处理流程图如图所示。数据采集滤波求平均值计算开始显示结果因采集到的是一组不稳定的电压值，经过滤波器滤波后，再求得平均值，以此来减小电压的不稳定

8、性。再根据公式进行计算得到位移值。3.4 阈值比较部分阈值比较流程图如图所示。大于2？开始运算结果报警YN小于-2？NY将位移值写入阈值比较程序，大于2mm或小于-2mm则报警，LED发光；否则不报警。4. 调试与分析4.1 硬件的调试：硬件的调试不是太简单，虽然是传感器实验当中的一个，但是在做实验的过程当中并没有使用到该传感器。因为本次课程设计所使用的是差动螺管式电感传感器，所以首先得对该传感器有所了解，才能进行相关的实验并分析。差动螺管式电感传感器由主副线圈构成，其中有两个副线圈和一个主线圈，分别称为次级和原级，在次级标有小黑点的叫做同名端，实验中，同名端是连接在一起的。经过几次的测量，数

9、据基本符合要求，把采集到的数据输入到表格程序中，程序自动会拟合出一条直线，刚开始有的点的位置可能不是太准确，但是经过多次的实验与调试，大多数的数据都能够准确的在所拟合出的曲线上，试验结果比较符合预期要求。4.2 软件的调试： 软件的调试花费时间比较长，软件部分包括数据采集，数据拟合，数据处理，阈值比较，单独调试每一个模块就并非易事，把所有的模块都连接到一起就会出现各种各样的意想不到错误，耐下心来慢慢检查每一个模块和每一根线，终于发现了问题的所在。终于在最后的时候程序能够顺利运行了。5. 结论及进一步设想经过两周的课程设计，基本完成了设计的各种要求，但是由于差动螺管式电感传感器进行实验时有一定的误差，所以虽然大体数据准确，个别采集到的数据可能存在不准确情况，在条件准许的情况下