西安交通大学检测技术技术专题实验报告

西安交通大学检测技术基础专题实验实验报告

实验一

学用DRVI可重构虚拟仪器实验平台一、实验目通过本实验让学生了解虚拟仪器的概念和基于组件的装配式软件设计方法，掌握用DRVI可重构虚拟仪器平台进行计算机测试系统设计的方法。二、DRVI可重构拟仪器实验台简介1概D

RVI可重构虚拟仪器实验平台是华中科技大学何岭松教授项目组和深圳市德普施科技有限公司联合开发出的一种自主知识产权的新型装配架构的虚拟仪器，其设计思想是按照汽车和PC的装配式生产模式，将计算机虚拟仪器测试系统分解为一个软件装配底盘和若干实现独立功能的软部件模块后据测量任务需求软体底盘把所需的软部件模块装配起来，形成一个满足特定需求的测试系统当测试任务发生变化时对软体底盘上装配的软部件模块进行重新组合和装配就可以快速调整为另一个新的测量系统。DRVI的主体为一个带软件控制线和数据线的软主板，其上可插接软仪表盘、软信号发生器、软信号处理电路、软波形显示芯片等软件芯片组，并能与A/D卡、I/O卡等信号采集硬件进行组合与连接。直接在以软件总线为基础的面板上通过简单的可视化/软件芯片和连线，就可以完成对仪器功能的裁减重组和定制快速搭建一个按应用需求定制的虚拟仪器测量系统。图虚拟仪器软件总线结构图

2软安和行从光盘启动DRVI可重构虚拟仪器实验平台安装程序或从深圳市德普施科技有限公司网站下载该软)运行该安装程序后出现如下界面，按提示进行软件安装，分别填写用户名、单位，并设定软件工作路径等参数，直至出现结束画面为止。安装完成后在WINDOWS桌面上出现图标，在程序组中出现DRVI，双击该图标就可以启动件。图2、DRVI软件安装界面DRVI启动后点击红色箭头所示按钮从采集卡、运动控制卡，或网络在线进行注册登记，获取软件使用权限，然后就可以使用了。3插软芯

图3、DRVI软件运行界面DRVI通过在前面板上可视化插接虚拟仪器软件芯片来搭构虚拟仪器或测量实验插接软件芯片的过程很简单从软件芯片表中点击需要的软件芯

片其添加到DRVI前面板上后在新插入的软件芯片上压下鼠标不放，将其拖动到合适位置。重复上述步骤，插入其它软件芯片。插接在DRVI前面板上的虚仪器软件芯片的屏幕位置是可以移动和调整工具条中“移动软然后在待移动的软件芯片上下鼠标不放，就可以将其拖动到新位置，从而实现屏幕布局的调整。4软件总的念软芯的线为实现虚拟仪器软件芯片间的数据交换DRVI中设置了一组软件总线，包括型变量数据线和32条Double数组型数据线，可传输有效值等单变量数据，也可传输波形、频谱等数组数据。虚拟仪器软件芯片可以通过这组透明的数据总线进行数据传输和命令数据交换何两个虚拟仪器软件芯片只要连接在一条数据线上就可以在彼此间交换数据,象在物理上用通讯线路连接在一起的节点间可以彼此交换数据一样。连线的方法是在软件芯片上点击右鼠标键弹出该芯片的属性表修改其中的连接数据线号就可以实现软件芯片间的连线。

图虚拟仪器软件芯片的连线5虚仪设样：沙图若将两路不同相位的同频正弦波信号分别作为X和Y信号输入信号示波器，其信号波形是一个椭圆，称为李沙育图形。在DRVI中设计李沙育图形很简单，用两片数字信号发生器芯片产生同频

图李沙育图形实验演示系统的正弦波信号然后用一片旋钮芯片控制其中一个数字信号发生器芯片的相位最后用一片X-Y曲线显示芯片显示李沙育图形就可以了转动旋钮就可以产生出不同相位差的正弦波信号合成的李沙育图形。三、实验内设计一个李沙育图形实验演示系统示两路正弦波信号在不同相位差下的李沙育图形。设计一个李沙育图形实验演示系统示两路正弦波信号在不同频率差下的李沙育图形。四、实验仪和设备计算机快速可重组虚拟仪器平台

1台1套

打印机五、实验运界面截图

1台

六、思考题1.么虚仪，本特是么虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。虚拟仪器从本质上说是一个集成的软硬件概念。2.么基组的用件发和统基编语的用软开有么别特？基于组件的开发是一种软件开发范型是现今软件复用理论实用化的研究热点，在组件对象模型的支持下，通过复用已有的构件，软件开发者可以“即插即用”地快速构造应用软件。特点：这样不仅可以节省时间和经费，提高工作效率，而且可以产生更加规范、更加可靠的应用软件。3.述DRVI可重虚仪平的作理DRVI的主体为一个带软件控制线和数据线的软主板，其上可插接软仪表盘、软信号发生器、软信号处理电路、软波形显示芯片等软件芯片组，并能与A/D卡、I/O卡等信号采集硬件进行组合与连接。直接在以软件总线为基础的面板上通过简单的可视化/软件芯片和连线，就可以完成对仪器功能的裁减重组和定制快速搭建一个按应用需求定制的虚拟仪器测量系统。实验二用SignalVBScript程语言一、实验目了解DRVI可重构虚拟仪器平台提供的嵌入式SignalVBScript语言，掌握用SignalVBScript语言产生测试信号绘制曲线和进行信号分析的方法，掌握根据所学知识，用SignalVBScript设计自定义软件模块的方法。二、SignalVBScript简1概SignalVBScript是在网页设计中常用的VBScript编程语言的基础上针对测试技术课程教学需要而扩展的一个内嵌在DRVI重构虚拟仪器平台中的在线编程语言教师和学生可以像设计网页中的JavaScript小程序那样用SignalVBScript计小程序来扩展DRVI功能，同时也可以对所学知识进行检验和实践。如果您已经了解VBScript或VisualBasic，会很快熟悉SignalVBScript即使没有学过这两种语言也可以通过下面的介绍快速学会简单的

程序设计。2量数类与其它编程语言不同，VBScript只有一种数据类型，称为Variant。Variant是一种特殊的数据类型根据使用的方式它可以包含不同类别的信息Variant用于数字上下文中时作为数字处理用于字符串上下文中时作为字符串处理。用户在编程时不需要定义变量类型量类型在第一次对该变量赋值时由初始值确定。例如下面是一段VBScript序代码：Dima,ba=2.5b="Hi"其中Dim为变量申明语句a初始化为数字量初始化为字符串。不同类型的变量不能在一起直接运算，可以用CStr数将数字量转换为字符串，或用CDbl函数将字符串转换为数字量。3数变数组变量和普通变量是以相同的方式用声明的唯一的区别是声明数组变量时变量名后面带有括号()下例声明了一个包含5个元素的一维数组：DimA(5)虽然括号中显示的数字是5，但由于在VBScript中所有数组都是基于0的所以这个数组实际上包含6个元素。数组中使用索引为数组的每个元素赋值，如下所示：A(0)=1A(1)=2...A(5)=6与此类似，使用索引可以检索到所需的数组元素的数据。例如：x=A(3)数组并不仅限于一维声明多维数组时用逗号分隔括号中每个表示数组大小的数字。在下例中，Table变量是一个有6行和11列的二维数组：DimMyTable(5,10)4运符VBScript有一套完整的运算符，包括算术运算符、比较运算符、连接运算符和逻辑运算符，如下表所示。算运符

比运符

逻运符

描

符^-*/Mod

描于等于等于

符=<><><=>=

描非与或异或等价隐含

符NotOrEqvImp串连接

+&

引用比5使条语使用条件语句可以控制程序的流程，可以编写进行判断和重复操作的VBScript代码。在VBScript中可使用以下条件语句：If...Then...Else语句和SelectCase语句使用If...Then...Else进行判断的例程：Ifb=0Thenc=1Elsec=2EndIf使用SelectCase进行判断例程：SelectCasevalueCase0value=1Case1value=2CaseElsevalue=4EndSelect6使循语循环用于重复执行一组语句循环可分为三类一类在条件变为False之前重复执行语句一类在条件变为True之前重复执行语句另一类按照指定的次数重复执行语句。在VBScript中可使用下列循环语句：Do...Loop：当（或直到）条件为True时循环。For...Next：指定循环次数，使用计数器重复运行语句。使用Do循环例程：DoWhileNum>10

Num=Num-1…Loop使用For...Next例程：Forj=1To10Step2…Next7使过VBScript中，过程被分为两类：Sub过程和Function过程。过程是包含在Sub和EndSub语句之间的一组VBScript语句，执行操作但不返回值。Sub过程可以使用参数（由调用过程传递的常数、变量或表达式如果Sub过程无任何参数，则Sub语句必须包含空括号()。例如：SubConvertTemp(data)temp=data/128EndSubFunction过程是包含在Function和EndFunction语句之间的一组VBScript语句。过程与Sub过程类似，但是Function过程可以返回值。Function过程通过函数名返回一个值，这个值是在过程的语句中赋给函数名的。Function返回值的数据类型总是Variant。FunctionCelsius(fDegrees)Celsius=(fDegrees-32)*5/9EndFunction8常用准数Abs函数：返回一个数字的绝对值。调用方法：a=Abs(-100)Atn函数：返回一个数字的弧正切值(arctangent)。调用方法：a=Atn(1)*180/3.14CDbl函数：返回已转换成Double型的字符串的值。调用方法：a=Abs("12.5")Cos函数：返回一角度(弧度)的余弦值。调用方法：a=Cos(60*(3.14/180))CStr函数：返回已转换成字符串的数字量的值。

调用方法：a=Cstr(2.56)Exp函数：返回e(自然对数的底数)的某次方。调用方法：a=Exp(1)Int函数：返回数字的整数部分。调用方法：a=Int(3.25)Log函数：返回一个数字的自然对数。调用方法：a=Log(12)Rnd函数：返回一个随机数(0到1)。调用方法：a=Rnd()Round函数：返回已进位到指定小数位的数字。调用方法：a=Round(2.75678,2)Sgn函数：返回指出数字之正负号的整数。调用方法：a=Sgn(-11)Sin函数：返回一个角度(弧度)的正弦值。调用方法：a=Sin(60*(3.14/180))Sqr函数：返回一个数字的平方根。调用方法：a=Sqr(9)Tan函数：返回一个角度的正切值。调用方法：a=Tan(1)9.Signal扩的件线写数Document.Getline函数：读取单变量型软件总线数据线的值。调用方法：值=Document.Getline(线号)Document.Setline函数：设定单变量型软件总线数据线的值。调用方法：Document.Setline线号,设定值Document.GetArrayInterval数取数组型数据线的数据点间隔值。调用方法：数据点间隔=Document.GetArrayInterval(数组型数据线

号)Document.getArrayStart函数：读取数组型数据线的起始点坐标。调用方法：数据点间隔=Document.getArrayStart(组型数据线号)Document.getarrayline函数：读取数组型数据线上的波形或频谱数据到数组中。调用方法Document.getarrayline数型数据线号,读取点数,数组名注意对于其变量初始化为不定型该函数中使用的数组是Double型使用前先需对其进行赋值强制转换为Double类型，如下所示：Dimdata(2048),data1(2048)ForK=0To2047data(k)=0.00001NextDocument.getarrayline1,2048,dataDocument.SetArrayInterval函数：设定数组型数据线的数据点间隔。调用方法：Document.SetArrayInterval数组型数据线号,数据点间隔Document.setArrayStart函数：设定数组型数据线的起始点坐标。调用方法：Document.setArrayStart数组型数据线号,起始点坐标Document.setarrayline函数：用数组值设定数组型数据线上的波形或频谱数据。调用方法Document.setarrayline数型数据线号,读取点数,数组名10.SignalVBScript扩展的图形函数Document.Write函数：在(x,y)用色彩写符Str。色彩用16进制RGB表示，大红为0xFF0000。调用方法：Document.Writex,y,c,"Hi..."Document.DrawLine数x1,y1)到(x2,y2)间用色彩c一条直线。调用方法：Document.DrawLinex1,y1,x2,y2,cDocument.drawbar数c填充x,y)到(x+w,y+h)的矩形区域。调用方法：Document.drawbarx,y,w,h,c

Document.Fillcircle函数用色彩c填充(x,y)为圆心r为半径的圆形区域。调用方法：Document.Fillcirclex,y,r,cDocument.Circle函数：用色彩c以(x,y)为圆心，r为半径画圆。调用方法：Document.Circlex,y,r,cDocument.Rectangle函数：用色彩以(x,y)和(x+w,y+h)为端点画矩形。调用方法：Document.Rectanglex,y,w,h,cDocument.Arc函数：用色彩c以(x,y)为圆心，为半径，a1、a2起始角和终止角画圆弧。调用方法：Document.Arcx,y,r,a1,a2,c三、实验内用SignalVBScript的数学函数产生一个幅值为800，频率100Hz的正弦波信号。信号采样频率取10000Hz，用图形函数绘出信号波形，代码如下。或者用DRVI中的波形显示组件显示信号波形。RemVBSCRIPTDimwave(128)pi=3.141t=2*pi*100*i*dtwave(i)=amp*Sin(t)

Document.DrawLine20,120,400,120,0Document.DrawLine24,20,0,"f=100/1000

Document.DrawLine用DRVI搭建一个简单的实验系统，如图1所示。图2、用SignalVBScript绘制信号波形用VBScript中的图函数绘制一个温度计或仪表盘虚拟仪器控件，用于显示单变量测量值。图3、用SignalVBScript绘制虚拟仪器显示元素下面是用VBScript编制的一个温度计绘制程序代码段，自己用搭建一个简单的实验系统。Subtempature(x,y,max,min,v)

Fori=0To10Document.DrawLinex+30,y+i*15,x+35,y+i*15,0NextDocument.Writex,y-5,0,Cstr(max)Document.Writex,y+145,0,Cstr(min)Document.drawbarx+45,y,26,150,1Document.Fillcirclex+45+12,y+150+13,16,12h=v*150/(max-min)Document.drawbarx+45,y+150-h,26,h,12EndSub四、实验仪和设备1.计机2.DRVI快速可重组虚拟仪器平台3.打机五、实验运界面截图

1台1套1台

六、思考题1如用设计自义件以现定运或扩DRVI能通过程序的逻辑实现芯片的功能将多个芯片以需要的方式进行组合，即可实现特定的运算或拓展DRVI功能2用DRVI设一简电琴，用自定义VBScript件生A、B、O键应、....纯信。图用DRVI设计的简易电子琴

实验三境监测综合实验应用实验一、实验目通过本实验让学生了解环境监测中常用传感器的种类和用法。二、环境监综合实验台介环境监测实验模块由温度传感器、湿度传感器、光传感器、声传感器、二氧化碳传感器酒精传感器和K型热电偶构成可完成实验室一些基本环境参量的测量。为便于使用，将这些传感器安装在一个综合实验模块上。环境监测实验模块配置如下表所示际内容以环境监测实验模块产品说明书为准。环境监测实验模块详细配置

DRWZ5B型度传感器DRSD5A型度传感器DRGS12A型光传感器DRJJ5A型精传感器

声传感器型氧化碳传感器K型电偶套件…三、实验原1热阻温理物质的电阻率随温度变化而变化的物理现象称为热电阻效应多数金属导体的电阻随温度的升高而增加，电阻增加的原因可用其导电机理说明。在金属中参加导电的为自由电子当温度升高时虽然自由电子数目基本不变(当温度变化范围不是很大时)是个自由电子的动能将增加此，在一定的电场作用下要使这些杂乱无章的电子作定向运动就会遇到更大的阻力，导致金属电阻随温度的升高而增加，其变化关系可由下式表示：

00RR[1t)]t0式中：Rt、R0别为热电阻在℃和t0℃时的电阻值为热电阻的电阻温度系数1／℃)。从上式可见，只要α保持不(常数，则金属（PT1000电阻Rt将随温度线性地增加如图28.1所示。其灵敏度系数K为：1dRKtR图金属电阻－温度特性曲线

显然，α越大，灵敏度K就越大，纯金属的电阻温度系数α为0.3％～0.6％／℃。但是，绝大多数金属导体，α并不是一个常数，它也随着温度的变化而变化，只能在一定的温度范围内，把它近似地看作为一个常数。不同的金属导体α保持常数所对应的温度不相同而且这个范围均小于该导体能够工作的温度范围。根据热电阻效应制成的传感器叫热电阻传感器简称热电阻热电阻按电阻—温度特性不同，可分为金属热电阻一般称热电)半导体热电阻(一般称热敏电阻)两大类。实验所用温度传感器属于铂热电阻传感器铂的物理化学性能非常稳定尤其是耐氧化能力很强并且在很宽的温度范围内1200℃以下)均可保持上述特性。电阻率较高，易于提纯，复制性好，易加工，可以制成极细的铂丝或极薄的铂箔。其缺点是：电阻温度系数较小，在还原性介质中工作易变脆格昂贵于铂有一系列突出优点目前制造热电阻的最好材料。在1968年国际实用温标(IPTS-68)中规定在－295.34～630.74℃温度范围内，以铂热电阻作为标准仪器，传递从到903.89K温度范围内国际实用温标。它的长时间稳定的复现性可达10-4K，是目前测温复现性最好的一种温度计。铂热电阻与温度之间的关系近似线性关系。在-200℃≤t≤0℃时可用下式：[1Att

(t100)t

]在0℃≤t≤650℃时可用下式：AtBtt

)式中Rt——温度为t℃时铂热电阻的电阻值R0——温度为t0℃时铂热电阻的电阻值；A、C——由实验确定的常数，它们的数值分别为A＝3.96847×10-3℃-1，B=5.847×10-7，C＝4.22×10-12℃-4。在实际工程应用当中可以把铂热电阻与温度之间的关系看成线性关系。在本实验中所使用的铂热电阻0℃时的电阻值是欧姆电路的输出灵敏度是℃。即铂电阻的输入温度每上升1，电路的输出就对应增加

vv10mv。测量范围：0～200℃。2型热电偶度量验热电偶由两个不同材质的金属材料焊接而成焊接端称为热端非焊接端为自由的两金属导体称为冷端。如果将热端置于与冷端有温度差的地方，将在冷端两导体上产生（热）电势。电势的大小取决于冷热端间的温度差和所采用的金属材料这就是热电偶测温的基本原理热电偶和热电阻是工业测温的常用元件相对于热电阻来说热电偶的测量温度范围较宽～1200℃，结构上也较为坚固。工业现场中，常用于测量温度较高的介质。需要说明的是热电势的数值通常很小每度只有数十微伏并且热电势在整个测温的范围内一般是非线性的因此要在测温电路中进行必要的冷端补偿和非线性补偿本实验中所使用的热电偶材料是镍铬—镍硅热电偶的分度号是K，一般简称K型电偶。常用于测量0～600℃范围内的介质。冷端补偿所使用的热电阻是铂电阻Pt1000电偶在接入电路时要注意极性，在本实验中所使用的热电偶上已用红色塑料套管标示正极。3湿传器境度量验湿度通常是指大气中所含的水蒸气量湿度有两种常用的表示方法即绝对湿度和相对湿度。绝对湿度是指一定空间中水蒸气的绝对含量，可用kg/m3表示。绝对湿度也可称为水汽浓度或水汽密度。绝对湿度也可用水的蒸气压来表示。设空气的水汽密度为ρv与之相对应的水蒸气分压为，则根据理想气体状态方程有如下关系：RT式中：M——水汽的摩尔质量；R——摩尔气体常数；T——绝对温度。相对湿度为某一被测蒸气压与相同温度下的饱和蒸气压的比值的百分数，常用“％RH”表示。这是一个无量纲的值。绝对湿度给出了水分在空间的具体含量，相对湿度则给出大气的潮湿程度，故使用更加广泛。相对湿度)W式中Pv——待测空气水蒸气分压Pw——待测空气温度T同温时水的饱和水汽压。湿度敏感器件是基于其功能材料能发生与湿度有关的物理效应或化学反应的基础上制造的它具有可将湿度物理量转换成电讯号的功能由于敏感器件的不同不同的湿度传感器具有不同的测量原理下面就介绍本模块中采用的的烧结型半导体陶瓷湿度敏感器件的工作机理。烧结型湿敏半导体陶瓷材料一般是具有多孔结构的多晶体而且在其生产过程中应有半导体化过程半导体陶瓷大多为金属氧化物材料其半导体化过程一般是通过调整配方进行渗杂或者通过控制烧结气氛造成氧元

vv素的过剩或不足而实现的导体化的结果是使晶粒中产生大量的载流子——空穴或电子。这样，一方面使晶粒体内的电阻率降低，另一方面又使晶粒之间的界面处形成界面势垒使界面处的载流子耗尽而出现耗尽层从而晶体界面的电阻率远大于晶粒体内的电阻率而且成为半导体陶瓷材料在通电时的主要电阻当水分子在湿敏半导体材料的表面和晶粒界面吸附时会引起表面和晶粒界面处的电阻率发生变化显示出湿敏特性湿敏半导体陶瓷的湿敏特性按其电阻随所感受的湿度变化而发生变化的规律一般可分负湿敏特性和正湿敏特性两类。目前大多数湿敏半导体陶瓷都属于负湿敏特性被测的湿度愈大凝聚的水分子愈多时，电阻值也就下降得愈多。传感器的输出特性：Vout=9.23E^(-4)*RH^3-1.57E^(-1)*RH^2+37.9RH+715式中RH为相对湿度。作为一般应用可近似简化为。传感器的测量范围在RH=10～95％。4光感光照测实照度是表示受光面被照明程度的物理量照射到表面一点处的面元上的光通量除以该面元的面积。计量的符号为；单位为勒克斯]，符号为lx，1lx＝1lm／㎡。其数学表达式为：v式中，dA——接收到dΦv光通量的微面积元。某些半导体元件在光照下若入射光子的能量大于禁带宽度导体结附近被束缚的价电子吸收光子能量受激发跃迁至导带形成自由电子而价带则相应地形成自由空穴。这些电子一空穴对，在内电场的作用下，空穴移向P区，电子移向N区，使P区带正电，区带负电，于是在P区和N区之间产生电压，称为光生电动势，这就是光伏特效应。利用光伏特效应制成的敏感元件有光电池、光敏二极管和光敏三极管等。本模块中利用光敏二极管的光伏特效应制作照度传感器敏二极管的结构与一般二极管相似，装在透明玻璃外完中，它的PN结装在管顶，可直接受到光照射光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态光敏二极管在电路处于反向偏置，在没有光照射，反向电阻很大，反向电流很小，这反向电流称为暗电流。反向电流小的原因是在PN结中，P型中的电子和N中的空穴(少数裁流子)很少。当光照射PN结上，光子打PN结附近，使PN结附近产生光生电子和光生空穴对使少数载流子的浓度大大增加此通过PN结的反向电流也随着增加。如果入射光照度变化，光生电子—空穴对的浓度也相应变动通过外电路的光电流强度也随之变动可见光敏二极管能将光信号转换为电信号输出。实验用光照传感器量程0～2000lx，输出特性线性对应0～2000lx器的综合灵敏度为Vout=2mv/lx。

5声感噪测声音是大气压上的压强波动这个压强波动的大小简称为声压以p表示，其单位是Pa（帕刚刚可以听到的声音到人们不堪忍受的声音，声压相差数百万倍显然用声压表达各种不同大小的声音实属不太方便同时考虑了人耳对声音强弱反应的对数特性对数方法将声压分为百十个等级，称为声压级。其表达式为：Llog

式中，p到的声音。

0

是参考声压，它是人耳刚刚可以听声压级只反映声音的强度对人耳的响度感觉的影响不能反映声音频率对响度感觉的影响利用具有一个频率计权网络的声学测量仪器对声音进行声压级测量所得到的读数称为计权声压级简称声级单位为dB声学测量仪器中，模拟人耳的响度感觉特性，一般设置A、B和C三种计权网络声压级经A计权网络后就得到A声级用LA表示其单位作dB(A)。经大量实验证明用A声级来评价噪声对语言的干扰对人们的吵闹程度以及听力损伤等方面都有很好的相关性。另外，声级测量简单、快速，还可以与其它评价方法进行换算所以是使用最广泛的评价尺度之一如金属切削机床通用技术条件规定：高精度机床噪声容许小于75dB(A)；精密机床和普通机床噪声容许小于85dB(A)。本模块中的敏感元件采用驻极体电容传声器其工作原理和电容传声器相同所不同的是它采用一种聚四氟乙烯材料作为振动膜片由于这种材料经特殊电处理后表面被永久地驻有极化电荷从而取代了电容传声器的极板，故名为驻极体电容传声器。其特点是体积小、性能优越、使用方便。实验用声传感器灵敏度0dB=1V/Pa)：50±信噪比：，响应频率：20～16KHz。6传感和气度量在现代社会的生产和生活中会接触到各种各样的气体比如化工生产中气体成份的检测与控制，煤矿瓦斯浓度的检测与报警，空气质量监测等。以空气中二氧化碳监测为例空气中二所化碳的浓度村约为，城市约为。研究证明：当二氧化碳含量达0.07%时，有少数对气体敏感的人就感觉有不良气味和不适感觉达0.1%时气中氨类化合物明显增加人们普遍有不适感觉达时肺的呼吸量虽正常但呼吸深度增加；达4%时头痛耳鸣脉搏滞缓血压上升达时呼吸明显困难，意识陷入不清，以致呼吸停止；达30%时，致死。另外，人的呼吸气体中的CO2浓度变化：吸入0.04％，呼4.1％；氧气浓度变化：吸20.96％，呼出16.4％。

本模块中采用的是NAP-21A型CO2半导体气敏传感器，它是利用半导体气敏元件同CO2气体接触后造成半导体性质的变化来检测特定气体的成分或者测量其浓度。NAP-21A型CO2传感器也是电阻式气敏传感器，当它吸收了二氧化碳时，会发生还原反应，电阻发生变化。如图3是NAP-21ACO2传感器的输出电压-浓度对应关系和应用电路。图3NAP-21A型CO2气敏器件输出电压-浓度对应关系和应用电路7酒传器精度量验酒精传感器采用TGS822半导体元件于n型半导体类气体传感器感器敏感部分是二氧化锡半导体微结晶粒子烧结体它的表面吸附有还原性气如酒精等有机溶剂蒸汽半导体微结晶粒子接触界面的导电电子比例就会发生变化而使电阻值随被测气体的浓度改变而变化。这种反应是可逆

图4TGS822感器的特性曲线的因而是可以反复使用的电阻值的变化随着二氧化锡半导体表面对气体的吸附和释放而发生，为了加速这种反应，通常要用加热器对传感器加热。该传感器就是将这种电阻值变化以输出电压的方式取出从而检测出气体中酒精的浓度。四、实验仪和设备1.

计算机１台2.DRVI快速可重组虚拟仪器平台1套3.4.

打印机1台环境监测实验模块1套5.USB数据采集仪1台

五、实验系运行界面1.K型热电温测实

2.湿度传器境度量验3.光传感光照测实

4.声传感噪测5.CO2感和气CO2浓度量

6.酒精传器精度量验

六．思考题1.于度量传器有些类除了热电偶，还有热电阻式和热释电式。2.样确扣背噪的响？可以运用噪声相减来处理。3.电测电中什要用性正路冷补电？在量路省冷补电或端偿路作常产什么果热电偶测温时要进行冷端温度补偿为热电偶热电势的大小是热端温度和冷端的函数差为保证输出热电势是被测温度的单值函数必须使冷端温度保持恒定；热电偶分度表给出的热电势是以冷端温度0℃为依据，否则会产生误差。4.体感使时何用热加？为了防止传感器在低温潮湿的环境（水可能会结冰堵塞传感器的接口）能够正常、可靠工作.实验四形输送线实验台合实验一、实验目通过本实验让学生了解自动生产线上常用传感器的检测原理和应用方法。二、实验台介DRCSX12B

型环形输送线试验台是国内首家推出的小型多用途环形输送线实验台，它可以模拟自动生产线上物料的输送、检测工作。具有体积小、结构合理、功能强、使用方便、开设的实验项目多等特点，图是该实验台的结构图。

图1DRCSX-12-B型环形输送线试验台结构图实验台由外壳链（测试物品的载板链轮直流减速电机、传感器支架链条张紧装置传动装置个测试样（金属塑料各三个，三种颜色传感器组成运行线速度为1.6~2.2cm/s（5V外形尺寸：650×370×110mm；重量：。图2是实物照片。图2DRCSX12B型环形输送线试验台外观DRCSX12B

型环形输送线试验台可以开设光电对射传感器运行速度测量实验、红外传感器物品计数实验、电涡流传感器金属物体检测实验、超声波传感器物体距离探测实验色差传感器物体表面颜色识别实验应变力传感器物体质量测量实验霍尔传感器工位定位实验直角坐标机械手物件分捡实验。三、实验内1物检本实验采用红外反射式传感器DRHF12A）检测物体，在进行实验之前要确认传感器的反光板已经正确安装，否则，传感器检测不到信号。红外反射式传感器及反光板的安装方法是将传感器固定在支架上整安装螺钉使传感器的下边沿平行于输送线的顶盖板光板固定在传感器发射面的前面，使反光面中心正对着传感器。开动环形输送线，当测试样品随链板运动经过传感器时由于物体遮挡了红外线的反射传感器会输出一个跳变的信号。

图3红外反射式传感器物体检测2金物检本实验采用电涡流接近开关进行测量测距离比较短般<20mm。因此，在进行实验之前，请注意调节传感器探头与被测物体之间的距离。为了取得良好的实验效果建议调整到5～在传感器调整好以后开动环形输送线。链板拖动被测物体经过传感器探头前面，当金属材质（铝）的物体经过探头时，传感器会输出跳变的信号。需要说明的是，电涡流接近开关在探测不同材质不同形状的金属物体时其有效探测距离会表现得有一些差异。一般地：铝材比铁质物体的有效探测距离要小。本公司随环形输送线提供的测试样品有两种：一种是塑料材质的，另一种是铝的。图4电涡流接近开关金属物体检测3输线行度量本实验使用红外对射式传感器测量如图所示红外对射式传感器的发射和接收窗口被固定在传动链条的两侧链条在电动机的拖动下运动时，链条的滚子会有规律的遮挡传感器发出的红外线传感器的输出端上就会得到连续的脉冲。由于链条的滚子之间的距离（即节距）相等，（节距：d=12.7mm）所以测得传感器输出的脉冲频率F就可以推算出链条的运动速度S[S=d*F（mm/s实验时可通过输送线的速度开关选择不同的运行速度，观察信号波形的变化。图5红外对射传感器运动速度测量原理示意图

需要说明的是红外对射式传感器安装在环形输送线的链板的下面在输送线上部是观察不到该传感器的使用时也不需要进行调整由于链条的运行速度比较慢：～50mm/s；对应传感器测量信号频率大约是1.26～3.94Hz。因此，采样频率参数不能设置得过高，可根据采样长(1024)内包含至少2个脉冲周期来确定采样频率。4色传器体面色别验色差识别传感器使用的是红外反射式色差传感（DRSC-12-A的工作原理是依据不同颜色的物体表面对红外线的吸收率和反射率相同的测试距离上，黑色的吸收率最高，白色的吸收率最低。因此，可以根据物体对红外线的反射率来判断物体的表面颜色在标准测试距离上随环形输送线提供的三种测试颜色样品在DRSC-12-A色差传感器的测试结果如下表所示。图物体表面颜色识别原理在实际的检测中需要注意传感器与被测物体的距离应在5～8mm之间，物体被测表面应为平面且角度与传感器的工作平面平行量时由于输送线的运动，检测值是一个波动的电压范围，而不是精确的某个值。注意在传感器的使用过程中请注意探头和被测物体表面的清洁根据光的吸收与反射定律，如果被测物体表面有污物，会影响光的反射，也就是影响测量精度另外避免光源直射传感器端面或测试样品否则也会影响测试结果。5工定在本实验当中，使用霍尔传感器DRHG-5-A）进行定位，霍尔传感器在检测到磁钢经过传感器探头时磁场的变化会使传感器输出脉冲信号利用霍尔传感器的这一特性，我们将磁钢安装在某几个特定的链板上，这样，当这些安装有磁钢的链板经过传感器探头时，传感器就会“认出”这些链板。当环形输送线上配有直角坐标机械手时尔传感器的输出与红外传感器等工件检测传感器配合可以实现机械手工件抓取位置的控制下图是霍尔传感器及磁钢等的安装位置示意图。

图7霍传感器定位原理图注意：由于霍尔传感器只对单个磁极敏感，因此，在链板安装磁钢时，请将标记有红色或黑色的一面朝上头与磁钢之间的距离应小于8mm。6直坐机手件捡验将传感器检测结构与机械手控制相结合实现工件的自动分拣直角坐标机械手控制部分参考机械手使用手册。1)金属物体分拣实验：根据电涡流接近开关DRDG-12-B的输出结果来判断所测物体是否为金属物体。通过对运动控制卡接口芯片的编程，控制直角坐标机械手运动，达到金属物体分拣目的。2)不同重量物体分拣实验：与上一个实验类似，不同的是所使用的传感器是称重台（3)不同色彩物体分拣实验：本实验使用红外反射式色差传感判断工件颜色后，通过对运动控制卡接口芯片的编程控制直角坐标机械手运动达到物体分拣目的。图8环形输送线、传感器、称重台、以及直角坐标机械手的相对位置示意图

四、实验仪和设备1.计机１台2.快可重组虚拟仪器平台3.打机4.环输送线试验台

1套1台1个4.直坐标机械手选)1个5.USB数采集仪五、实验运界面截图1物计及属体数

1台2输线行度量

3应式传器重验4噪测

实验五子实验台综合实一、实验目通过本实验让学生掌握回转机械转速、振动、轴心轨迹测量方法，了解回转机械动平衡的概念和原理。二、实验台介DRZZS-A型多功能转子试验台由底座主轴飞轮流电机、5主轴支座、6含油轴承及油杯、7电机支座、连轴器及护罩、9RS9008涡流传感器支架、10磁电转速传感器支架11测速齿轮(15齿)、12保护挡板支架，几部分组成，如图1所示。

图DRZZS-A多功能转子试验台传感器安装位置示意图主要技术指标为：可调转速范围：0~2500转/分，无级电源：DC12V主轴长度：500mm主轴直径：12mm外形尺寸：640×140×160mm重量：12.5kg与DRVI软件平台结合，可以开设以下实验：加速度传感器/速度传感器振动测量实验磁电传感器/光电传感器转速测量三点加重法转子动平衡实验转子轴心轨迹测量实验三、实验内1转实台座动量验对于多功能转子实验台底座的振动采用加速度传感器和速度传感器两种方式进行测量将带有磁座的加速度和速度传感器放置在试验台的底座上将传感器的输出接到变送器相应的端口再将变送器输出的信号接到采集仪的相应通道，输入到计算机中。

启动转子试验台，调整转速。观察并记录得到的振动信号波形和频谱，图加速度和速度传感器振动测量比较加速度传感器和速度传感器所测得的振动信号特点察改变转子试验台转速后，振动信号、频谱的变化规律。2实台速量对于多功能转子实验台转速以分别采用光电转速传感器和磁电转速传感器进行测量。1）采用光电传感器测量：将反光纸贴在圆盘的侧面调整光电传感器的位置一般推荐把传感器探头放置在被测物体前2～3cm使其前面的红外光源对准反光纸使在反光纸经过时传感器的探测指示灯亮反光纸转过后探测指示灯不（必要时可调节传感器后部的敏感度电位器当旋转部件上的反光贴纸通过光电传感器前时，光电传感器的输出就会跳变一次。通过测出这个跳变频率f，就可知道转速n。图反射式光电转速传感器编写转速测量脚本将传感器的信号将通过采集仪输入到计算机中启动转子试验台，调节到一稳定转速，点击实验平台面板中的“开始”按钮进行测量，观察并记录得到的波形和转速值，改变电机转速，进行多次测量。2）采用磁电传感器测量：

将磁电传感器安装在转子试验台上专用的传感器架上其探头对准测速用15齿齿轮的中部调节探头与齿顶的距离使测试距离为在已知发讯齿轮齿数的情况下测得的传感器输出信号脉冲的频率就可以计算出测速齿轮的转速设齿轮齿数为速为n冲频率为f有n=f/N。通常，转速的单位是转分钟，所以要在上述公式的得数再乘以60，才能转速数据即在使用60齿的发讯齿轮时就可以得到一个简单的转速公式n=f。所以，就可以使用频率计测量转速。这就是在工业中转图磁电转速传感器的工作方式速测量中发讯齿轮多为60齿的原因。编写转速测量脚本将传感器的信号将通过采集仪输入到计算机中启动转子试验台，调节到一稳定转速，点击实验平台面板中的“开始”按钮进行测量，观察并记录得到的波形和转速值，改变电机转速，进行多次测量。3轴轨测轴心轨迹是转子运行时轴心的位置在忽略轴的圆度误差的情况下可以将两个电涡流位移传感器探头安装到实验台中部的传感器支架上互成90度，并调好两个探头到主轴的距离（约1.6mm准是使从前置器输出的信号刚好为（mV时转子实验台启动后两个传感器测量的就是它在图轴心轨迹测量两个垂直方(X,Y)的瞬时位移，合成为李沙育图就是转子的轴心运动轨

迹。5刚转动衡在实际工作过程中人们通常用单面加重三元作图法进行叶轮子等设备的现场动平衡以消除过大的振动超差这一方法的优点是设备简单——只需一块测振表。但缺点是作图分析的过程复杂，不易被掌握，而且容易出现错误为此我们在这里介绍一种文献中常见的简单易行的方法——单面现场动平衡的三点加重法。假设在假设转子上有一不平衡量m所处角度为α用分量mx、my表示不平衡量。mx=mcosαmy=msinα为了确定不平衡量m的大小和位置α启动转子在工作转速下旋转用测振设备在一固定点测试振动振速，设振速为，则存在下列关系Km

m

式中Ｋ为比例系数1(M2

32

M

m(mxy

α

x

P1M,M图6三点加重法示意图在P1(α=0)点加试重M，启动转子到工作转速，