基于-差动螺管式电感传感器虚拟位移计设计

1、-. z*航空航天大学课程设计论文 基于差动螺管式电感传感器的虚拟位移计设计 第 PAGE 1页基于差动螺管式电感传感器的虚拟位移计设计 航空航天大学自动化学院摘要：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开展的一个重要方向。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

2、单可用，而且比拟准确。 关键词：差动式电感数据采集虚拟位移计超值报警 曲线拟合0 前言虚拟仪器就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。自1986年问世以来，世界各国的工程师和科学家们都已将NI LabVIEW图形化开发工具用于产品设计周期的各个环节，从而改善了产品质量、缩短了产品投放市场的时间，并提高了产品开发和生产效率。使用集成化的虚拟仪器环境与现实世界的信号相连，分析数据以获取实用信息，共享信息成果，有助于在较大围提高生产效率。虚拟仪器提供的各种工具能满足我们任何工程需要。虚拟仪器有四大优点1、性能高2、扩展性强3、开发时间少4、无缝集成虚拟仪器由

3、硬件设备与接口、设备驱动软件和虚拟仪器面板组成。虚拟仪器的硬件系统一般分为计算机硬件平台和测控功能硬件。虚拟仪器测试系统的软件主要分为以下四局部：1仪器面板控制软件2数据分析处理软件3仪器驱动软件4通用I/O接口软件1总体方案设计图1为总体原理框图：差动螺管式电感传感器数据采集阈值比拟数据处理曲线拟合图1 虚拟位移计的原理框图总体电路的工作原理是进展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展数据采集、曲线拟合、数据处理、阈值比拟等几大局部，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围，超出则报警，报警灯亮。2 硬件设计2.1差动螺

4、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展测量的传感器，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。硬件流程图如图2：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图2 硬件流程图硬件的设计主要利用差动螺管式电感传感器进展数据的采集，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

5、出电压和位移的变化。3 软件局部3.1数据采集局部图3为数据采集函数的设置：图3 数据采集模块设置各个参数的设置： 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，即对采集卡进展硬件配置，并且给缓冲型的模

6、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。 任务开场函数，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，以防止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:去除模入操作、计算机中分配的缓冲、释放所有D

7、AQ卡上的资源。数据采集流程图如图4所示。开场数据的采集数据的读取出错出错.Y数据停顿采集 图4 数据采集流程图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，连续采集要求在无连续采集数据同时，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，采集设备在后台连续进展数据采集，而LabVIEW在两次读取缓冲区数据的时间间隔里对数据进展处理。图5为采集程序框图：AI ConfigAI StartAI ReadData Process连续或屡次采集时，进展循环AI Cl

8、ear图5采集程序框图数据采集程序图如图6所示。图6 数据采集程序图3.2曲线拟合局部曲线拟合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围较广，例如：消除测量噪声；填充丧失的采样点例如，一个或者多个采样点丧失或者记录不正确；插值对采样点之间的数据进展估计；外推对采样围之外的数据进展估计；求解*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

9、，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构造非线性化。曲线拟合局部实现数据线性化。曲线拟合流程图如图7所示。开场写入实验数据显示结果类型变换维数转换图7 曲线拟合框图曲线拟合如程序图8：图8 曲线拟合程序图图9为曲线拟合面板：图9 曲线拟合面板3.3数据处理局部数据处理流程图如图10所示。数据采集滤波求平均值计算开场显示结果图10 数据处理流程图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性。再根据公式进展计算得到位移值。数据处理框图如图11所示。图11 数据处理框图3.4阈值比拟局部阈值比拟流

10、程图如图12示。大于2.开场运算结果报警YN小于-2.NY图12 阈值比拟流程图将位移值写入阈值比拟程序，大于2mm或小于-2mm则报警，LED发光；否则不报警。阈值比拟程序框图如图13所示：图13 阈值比拟程序框图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，才能进展相关的实验并分析。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

11、几次的测量，数据根本符合要求，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，刚开场有的点的位置可能不是太准确，但是经过屡次的实验与调试，大多数的数据都能够准确的在所拟合出的曲线上，试验结果比拟符合预期要求。4.2 软件的调试： 软件的调试花费时间比拟长，软件局部包括数据采集，数据拟合，数据处理，阈值比拟，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。图14为主程序面板：图14 主程序前面板5. 结论及进一步设想经过两周的课程设计，根本完成了设计的各

12、种要求，但是由于差动螺管式电感传感器进展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，可以进展一定的改善。 主要可能有以下几种方法：测量数据拟合的数据时可以有针对性的实现自动化，使数据更加的准确，以减小曲线拟合时产生的误差，数据的精度可以有进一步的提高。其次，本实验拟合的数据需要输入进程序中，可以用更适合的方法让其自动进展数据的采集和输入，然后进展拟合，可以更加的准确。参考文献1胡立夫 利秋.检测技术综合实验指导书.航空航天大学，2021.92宋琦 *涛 胡立夫.虚拟仪器技术实验指导书.航空航天大学，2021.93 成乾. 虚拟仪器使用设计技

13、术. 国防工业，20014 新民. 虚拟仪器与传感器技术. 科学，20025 郭会军、向阳、贾惠芹编著. 基于LABVIEW的虚拟仪器设计. 电子工业，2003年6 禹延光. 激光自混合干预理论及其位移测量方法的研究. 工业大学7 敏、汤晓安. 虚拟仪器开发环境LabVIEW及其数据采集. 计算机工程与设计，2001年10月8 晓红. 电子秤的设计原理. 工业大学学报，20019 祖轩. 基于应变式传感器的电路设计原理. 大学学报，2005课设体会两周的课程设计完毕了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中和

14、同学们相互探讨，相互学习，相互监视。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解。LabVIEW是一个功能强大、方便灵活的集成开发环境，它简化了科学计算、过程控制和测试应用，增强了用户组建自己的科学和工程系统的能力。使用LabVIEW进展仪器系统的设计、测试和实现，可减少系统的开发时间，同时也提高了生产效率。LabVIEW，配上数据采集卡，将逐渐成为虚拟仪器技术的工业标准，虚拟仪器的思想将更多地渗透到未来电子测量仪器和自动化测试技术的开展中。通过这次这次设计，本人在多方面都有所提高。综合运用本专业所学课程的理论知识进展一次课程设计从而培养和提高了我独立解决问题的能力，稳固与扩大了LabVIEW设计等课程所学