智能仪器及虚拟仪器仪表-实训报告

智能仪器及虚拟仪器仪表实训报告学院：专业班级：学号：姓名：指导教师：起止日期：2013年10月7日～2012年11月15日目录TOC\o"1-3"\h\u278871、实训目的2279052、实验内容 2150372.1传感器系统仿真实验2228872.1.1直流全桥的应用――电子秤实验 2206712.1.2热电偶冷端温度补偿实验 3286442.2环境监测模块 4177562.2.1热电阻温度传感器-温度测量 494562.2.2S1336硅光电池-光照强度测量 9154042.3多传感器测距实验模块 1147962.3.1电涡流传感器静态特性测距实验 11163092.3.2电涡流传感器距离测量试验及误差分析实验 17221462.4传感器开放电路实验模块 21271072.4.1I-TO-V电流电压转换 21219072.4.2光电开关的应用-开关量测量 25229063.实验总结 293986参考文献 301、实训目的通过本次实训要学习LabVIEW软件，了解热电阻传感器、硅光电池传感器等的工作原理，掌握各类传感器的测量使用方法。对仿真软件的运用有一定的了解，对各种模块的原理和功能有比拟清晰的认识。并且利用机械结构、传感器、数据采集卡、虚拟仪器平台构建测试系统。实验的主要目的是培养学生的分析和解决实际问题的能力，从而掌握仪器测试技术手段，为将来从事技术工作和科学研究奠定扎实的根底。2、实验内容这次实训我们接触了传感器开放电路实验模块、电涡流霍尔传感器特性实验、环境状况监测模块、多传感器特性实验模块几个方面的实验，还有硅压力检测实验，悬臂梁实验模块等。以下是其中几个实验的详细内容。2.1传感器系统仿真实验2.1.1直流全桥的应用――电子秤实验〔1〕连接虚拟实验模板上的正负15V电源导线。〔2〕连接作图工具两端到Uo2输出端口，并点击作图工具图标，弹出作图工具窗口。〔3〕翻开图中左上角的电源开关。〔4〕当15V电源和示波器导线连接正确后，在由X、Y轴构成的作图框中的Y轴上将出现一个红色基准点。〔5〕调节Rw3到某值，再调节Rw4将红色的基准点调节到坐标轴原点位置，此时局部连线将自动完成。〔6〕连接虚拟实验模板上的正负4V电源线，红色基准点再次偏离原点，调节Rw1，将红色零点调回原点位置。〔正确接线如下列图所示〕。〔7〕将虚拟实验模板上的砝码逐个拖到托盘上，作图框中将逐段输出波形。〔注意：假设有导线未连，那么砝码无法拖动，同时波形输出后，电位器将不可再调节，如要调节，那么需重新做实验〕。〔8〕点击作图框中的“保存”，保存重量砝码的输出波形〔保存的波形为蓝色〕，将托盘上的砝码逐个放回原位。〔9〕将未知重量的物体拖到托盘上，那么输出一段〔红色〕波形，比拟红、蓝两输出波形即可估计未知物体的重量，此为本实验目的。如下列图：〔10〕如果对本次实验不满意，可点击电源开关的“关”，那么所有的控件、按钮恢复初始状态，即可重新做实验。〔11〕如果想结束本实验，直接点击关闭按钮。2.1.2热电偶冷端温度补偿实验〔1〕连接虚拟实验模板上的正负15V电源导线。〔2〕连接作图工具导线两端到Uo2输出端口，并点击作图工具图标，弹出作图工具窗口。〔3〕翻开图中左上角的电源开关，翻开调节仪电源开关和温度开关。〔4〕调节Rw4旋钮，将Y轴上的红色基准点调零。〔5〕连接+5V电压和地线〔参照下列图〕，调节Rw1旋钮，再次将Y轴上的红色基准点调零。〔6〕调节温度显示表的“+”，“-”按钮，输出波形，如下列图：〔7〕如果对本次实验不满意，可点击电源开关的“关”，那么所有的控件、按钮恢复初始状态，即可重新做实验。〔8〕如果想结束本实验，直接点击关闭按钮。2.2环境监测模块热电阻温度传感器-温度测量一、实验目的学习LabVIEW软件；学习热电阻传感器的工作原理；掌握使用热电阻传感器进行温度测量的方法；二、实验原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。大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，虽然自由电子数目根本不变(当温度变化范围不是很大时)，但是，每个自由电子的动能将增加，因此，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：式中：Rt、R0分别为热电阻在t℃和t0℃时的电阻值，α为热电阻的电阻温度系数(1／℃)。从上式可见，只要α保持不变(常数)，那么金属铂电阻Rt将随温度线性地增加，如图1-1所示：图1-1铂电阻阻值—温度关系曲线其灵敏度系数K为：显然，α越大，灵敏度K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，把它近似看作一个常数。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(一般称热电阻)和半导体热电阻(一般称热敏电阻)两大类。热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器，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，在复原性介质中工作易变脆，价格昂贵。由于铂有一系列突出优点，是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13.81K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：在0℃≤t≤850℃时可用下式：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、B、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℃-2，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。本实验使用热电阻传感器的所处温度〔度〕与其电阻值〔欧〕间的关系如下表所示：温度-200-150-100-50010203040电阻值18.5239.7260.2680.31100103.9107.79111.67115.54温度5075100125150200250300电阻值119.40128.99138.51147.95157.33175.86194.10212.05温度350400450500600700800850电阻值229.72247.09264.18280.98313.71345.28375.70390.48三、实验仪器计算机及LabVIEW软件；TS-ENV-6A环境状况监测模块及热电阻传感器；TS-INQ-8UUSB多通道数据采集模块；TS-TAB-B实验根底平台冷水和热水各一杯〔也可以是其他的具有较大温差的物体〕四、实验内容关闭“直流电源”的开关，将环境状况监测模块的电源线连接至实验根底平台面板上的5芯航空插头。〔注：该电源线两端均为5芯航空插头，在操作前请先关闭该局部电源，连接完毕后再开启电源。〕将热电阻传感器连接至环境监测模块，将标示A的接头接入VCC接口，将两个标示B的接头分别接入地〔GND〕和信号〔SIG〕接口。〔注：请按照产品标识正确连线〕用连接线将热电阻传感器的信号输出与数据采集模块的通道1〔可自主进行更改〕相连。将数据采集模块的电源线连接至实验台的多路电源输出口。〔注：数据采集模块本体的电源接口为2芯的航空插头，电压为DC12V。〕翻开根底实验台总电源，翻开“直流电源”开关；如下列图1-2所示，在“TS-ENV-6A环境状况监测模块-程序VI”文件夹中翻开“热电阻温度传感器-温度测量.vi”程序，建立实验环境；图1-2热电阻温度传感器-温度测量程序界面在“采样通道”处选择通道号为1，在“采样频率”处选择采样频率为1〔1对应为100KHz〕，采样长度默认为2048。传感器的标定：把铂电阻温度传感器和配置的数字温度计的探头一起放入冷水中〔或接触温度较低的物体〕，观察“当前电压值”窗口处的电压，输出稳定后读取此时数字温度计的温度值填入“温度1〔X1〕”窗口中，点击“标定1”按钮完成第一组标定；把铂电阻温度传感器和配置的数字温度计的探头一起放入热水中〔或接触温度较高的物体〕，等“当前电压值”窗口中的电压稳定后，读取此时数字温度计的显示值，填入“温度2〔X2〕”窗口中，点击“标定2”完成第二次标定；点击“标定结果”按钮完成传感器的标定工作。上一步骤已经完成了传感器的标定，接下来可以进行物体温度的测量实验，改变物体的温度值，用铂电阻温度传感器的探头紧密接触物体，待输出电压稳定后，读取此时程序面板上“实测温度值”窗口处的测量温度值。改变物体的温度，进行屡次测量，记录“实测温度值”窗口的温度值和“当前电压值”窗口处的电压值填入表1-1中。表1-1温度/℃33.3404652.568.57175.58085.490电压/mV1909207622132392279228672975310532253343五、实验报告要求简述实验目的和原理；依据实验记录作数据分析；简述程序设计过程；六、考前须知在进行水温测量时，请小心操作，请勿把水打翻以免造成其他电子电路短路损坏设备。在选择其他制热装置进行温度测量时，也请小心操作，防止造成人身伤害。2.2.2S1336硅光电池-光照强度测量一、实验目的学习LabVIEW软件；学习硅光电池传感器的工作原理；掌握使用硅光电池进行光照强度测量的方法；二、实验原理硅光电池是一种直接把光能转换成电能的半导体器件。一些半导体元件在光照下，假设入射光子的能量大于禁带宽度，半导体PN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，而价带那么相应地形成自由空穴。这些电子-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，N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。硅光电池核心局部是一个大面积的PN结，所以受到光照时会产生一定的电压输出。照度是表示受光面被照明程度的物理量，为照射到外表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E(Ev)；单位为勒[克斯]，符号为lx，1lx＝1lm／㎡。其数学表达式为：式中，dA——接收到dΦv光通量的微面积元。硅光电池的的PN结封装在顶部，可直接受到光照射，其在电路中一般是处于反向工作状态。硅光电池在电路中处于反向偏置，没有光照射时，反向电阻很大，反向电流很小，这种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型中的空穴(少数裁流子)很少。当光照射在PN结上，光子打在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，因此通过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。三、实验仪器计算机及LabVIEW软件；TS-ENV-6A环境状况监测模块及热电阻传感器；TS-INQ-8U多通道数据采集模块；TS-TAB-B根底实验平台四、实验内容关闭“直流电源”局部的开关，将环境状况监测模块的电源线连接到根底实验平台面板上的多路输出电源〔该电源线两端均为5芯航空插头，在操作前请先关闭该局部电源，连接完毕后再开启电源〕。用数据线把硅光电池的输出信号连接到数据采集模块的通道1〔该通道号可自行修改只要与软件上的通道号相同即可〕。将多通道数据采集模块的电源线连接至实验台的多路输出电源接口。〔注：数据采集模块本体的电源接口为2芯的航空插头，电压为DC12V。〕翻开根底实验台的总电源，翻开“直流电源”开关。如下列图3-1所示，在“TS-ENV-6A环境状况监测模块-程序VI”文件夹下翻开“S1336硅光电池-光照强度测量.vi”实验程序，运行程序建立实验环境，“采样通道”为1〔与硬件上所选的通道号相同〕，“采样频率”选择1〔1对应为100KHz〕，采样长度对应为2048。图3-1S1336硅光电池-光照强度测量程序面板用不透光物体挡在硅光电池的感光面，点击“零位校正”按钮设定该状态下的光照强度为零点。改变硅光电池所处环境的光强，观察信号波形变化，分别记录环境光照强度与传感器对应输出电压大小，填入表3-1中。表3-1光强/Lux2124.8230723482357250926372792288330463054电压/mV-211.8-46.3-9.5-2.4134.8250.4383.2480.8610.1617.1五、实验报告要求简述实验目的和原理；依据实验记录作数据分析；简述程序设计过程；2.3多传感器测距实验模块2.3.1电涡流传感器静态特性测距实验实验目的了解和掌握电涡流传感器的特点；利用电涡流传感器进行传感器静态特性的测量；利用机械结构、传感器、数据采集卡、虚拟仪器平台构建测试系统。实验原理电涡流位移2传感器原理电涡流位移传感器是以高频电涡流效应为原理的非接触式位移传感器。前置器内产生的高频振荡电流通过同轴电缆流入探头线圈中，线圈将产生一个高频电磁场。当被测金属体靠近该线圈时，由于高频电磁场的作用，在金属外表上就产生感应电流，既电涡流。该电流产生一个交变磁场，方向与线圈磁场方向相反，这两个磁场相互叠加就改变了原线圈的阻抗。这一变化与金属体磁导率、电导率、线圈的几何形状、几何尺寸、电流频率以及头部线圈到金属导体外表的距离等参数有关。通常假定金属导体材质均匀且性能是线性和各项同性，那么线圈和金属导体系统的物理性质可由金属导体的电导率б、磁导率ξ、尺寸因子τ、头部体线圈与金属导体外表的距离D、电流强度I和频率ω参数来描述。那么线圈特征阻抗可用Z=F(τ,ξ,б,D,I,ω)函数来表示。通常我们能做到控制τ,ξ,б,I,ω这几个参数在一定范围内不变，那么线圈的特征阻抗Z就成为距离D的单值函数，虽然它整个函数是一非线性的，其函数特征为“S”型曲线，但可以选取它近似为线性的一段。于此，通过前置器对信号进行处理，将线圈阻抗Z的变化，即头部体线圈与金属导体的距离D的变化转化成电压或电流的变化。输出信号的大小随探头到被测体外表之间的间距的变化而变化，电涡流传感器就是根据这一原理实现对金属物体的位移、振动等参数的测量。当被测金属与探头之间的距离发生变化时，探头中线圈的磁场强度也发生变化，磁场强度的变化引起振荡电压幅度的变化，而这个随距离变化的振荡电压经过检波、滤波、线性补偿、放大归一化处理转化成电压〔电流〕变化，最终完成机械位移(间隙)转换成电压〔电流〕。所以探头与被测金属体外表距离的变化可通过探头线圈阻抗的变化来测量。前置器根据探头线圈阻抗的变化输出一个与距离成正比的直流电压。图1-1为电涡流传感器的工作原理示意图。图1-1电涡流传感器工作示意图主要技术指标：供电电压探头直径线性量程输出方式+24V11mm4mm1~5V最小二乘法原理给定平面上一组点，,用直线拟合。即求得，使得到达最小。实验仪器和设备计算机 LabVIEW8.2以上版本 TS-INQ-8U多通道数据采集模块TS-EMP-3A多传感器特性实验模块动态显示单通道模拟信号.vi实验一电涡流传感器静态特性测量实验.vi实验步骤观测电涡流传感器的量程关闭根底实验平台的直流电源局部的开关。将电涡流传感器的电源线连接到根底实验平台的24V直流电源输出端。数据采集模块的电源线连接到多路输出电源输出端〔5芯航空插头〕。将电涡流传感器的信号线连接到数据采集模块的通道1上〔注：在对实验设备进行操作时请先把电源关闭，再进行操作，带电插拔会对设备造成损坏〕。翻开根底实验平台直流电源局部的开关，翻开24V直流电源输出端的开关，翻开数据采集模块的开关〔注：该开关在数据采集模块的后面板上〕。如下列图1-2所示，在“静态特性及位移测量实验程序VI”文件夹中翻开“动态显示单通道模拟信号.vi”实验程序。图1-2动态显示单通道模拟信号程序面板“通道选择”设定为1〔与硬件上所选择的通道号相同〕、“采样频率”设定为1〔“1”对应为10KHz〕、“采样长度”为1024字节。设定好以上三个参数后点击如下列图1-3所示的按钮运行程序，在导轨上移动滑块，观察波形图中显示的电压信号。得到采样信号的平均值，比拟滑块距离与显示电压值的关系。运行按钮运行按钮图1-3程序运行按钮实验所选的电涡流传感器的线性区为：1.2mm~5.2mm，不在此测量范围内时，其函数曲线将不成线性关系。将千分尺归零，将滑块上反射圆片紧紧靠在电涡流探头外表，观察此时的电压值。滑块渐渐远离传感器，观察电压数值的变化，观测传感器的最大测量距离。如下列图1-4所示为传感器的输出特性图1-4电涡流传感器的输出特性测算传感器的线性表达式关闭直流电源开关，连接好测量模块中电涡流传感器的电源线〔24V〕，再连接好数据采集模块的电源线〔12V〕。把电涡流传感器的信号线连接到数据采集模块的通道1。在“静态特性及位移测量实验程序VI”文件夹中翻开“实验一电涡流传感器静态特性测量实验.vi”程序，设置“通道选择”为“1”〔该通道号与硬件上所选择的通道号相同〕，“采样频率”为“1”〔“1”对应为10KHz〕。调整滑块到一个初始位置，记录下读数X0，设置每次移动千分尺的距离为0.5mm，将这两个数值输入到实验程序的“起点坐标”和“采样间隔”控制变量一栏内。另外，有一点需要注意的是由于电涡流传感器的线性范围为：1.2mm~5.2mm。因此，在设置起点坐标X0时，应该考虑避开传感器测量的盲区，即测量滑块的初始位置应该定位在传感器测量平面的1.2mm以外。图1-5为电涡流传感器静态特性测量实验程序面板。图1-5电涡流传感器静态特性测量实验程序面板运行“电涡流传感器静态特性测量实验.vi”，点击“第1次采集”按钮，指示灯亮后，程序将自动记录对应电涡流传感器的读数。将千分尺向远离探头方向移动0.5mm，点击“第2次采集”按钮，依次改变测量的距离进行20次测量，采集20组数据。数据采集完成后，点击“拟合”按钮进行线性拟合，程序将显示拟合曲线。进行线性拟合实验时，需要一定的耐心和细心，并且该实验结果将直接影响下一步采用电涡流传感器测距离的实验。将程序显示的20次采集到的电压数据及拟合直线表达式记录在如下表格内：表1-1采集的20组电压值实验次数测量数据实验次数测量数据11615.41152112197012521132334.61352114267114521153036.215521163408.616521173751.317521184099.318521194421195211104748.6205211计算该曲线的线性函数关系表达式，用Y=K*X+B表示，把对应的数值填入表1-2中。表1-2电压-距离函数关系式拟合直线表达式斜率K值截距B值y=700.511506x+1279.206250700.5121279.21实验报告要求简述实验目的和原理。分析实验结果并总结。2.3.2电涡流传感器距离测量试验及误差分析实验一、实验目的了解和掌握电涡流传感器的特点；利用电涡流传感器进行位移的测量；利用机械结构、传感器、数据采集卡、虚拟仪器平台构建测试系统。二、实验原理1．电涡流位移传感器原理电涡流位移传感器是以高频电涡流效应为原理的非接触式位移传感器。前置器内产生的高频振荡电流通过同轴电缆流入探头线圈中，线圈将产生一个高频电磁场。当被测金属体靠近该线圈时，由于高频电磁场的作用，在金属外表上就产生感应电流，既电涡流。该电流产生一个交变磁场，方向与线圈磁场方向相反，这两个磁场相互叠加就改变了原线圈的阻抗。这一变化与金属体磁导率、电导率、线圈的几何形状、几何尺寸、电流频率以及头部线圈到金属导体外表的距离等参数有关。通常假定金属导体材质均匀且性能是线性和各项同性，那么线圈和金属导体系统的物理性质可由金属导体的电导率б、磁导率ξ、尺寸因子τ、头部体线圈与金属导体外表的距离D、电流强度I和频率ω参数来描述。那么线圈特征阻抗可用Z=F(τ,ξ,б,D,I,ω)函数来表示。通常我们能做到控制τ,ξ,б,I,ω这几个参数在一定范围内不变，那么线圈的特征阻抗Z就成为距离D的单值函数，虽然它整个函数是一非线性的，其函数特征为“S”型曲线，但可以选取它近似为线性的一段。于此，通过前置器对信号进行处理，将线圈阻抗Z的变化，即头部体线圈与金属导体的距离D的变化转化成电压或电流的变化。输出信号的大小随探头到被测体外表之间的间距的变化而变化，电涡流传感器就是根据这一原理实现对金属物体的位移、振动等参数的测量。当被测金属与探头之间的距离发生变化时，探头中线圈的磁场强度也发生变化，磁场强度的变化引起振荡电压幅度的变化，而这个随距离变化的振荡电压经过检波、滤波、线性补偿、放大归一化处理转化成电压〔电流〕变化，最终完成机械位移(间隙)转换成电压〔电流〕。所以探头与被测金属体外表的距离的变化可通过探头线圈阻抗的变化来测量。前置器根据探头线圈阻抗的变化输出一个与距离成正比的直流电压。图2-1为电涡流传感器的工作原理示意图。图2-1电涡流传感器工作示意图主要技术指标：供电电压探头直径线性量程输出方式+24V11mm4mm1~5V2．最小二乘法原理给定平面上一组点，,用直线拟合。即求得，使得到达最小。三、实验仪器和设备计算机 LabVIEW8.2以上版本 TS-INQ-8U多通道数据采集模块TS-EMP-3A多传感器特性实验模块实验二电涡流传感器距离测量试验及误差分析实验.vi四、实验步骤〔1〕电涡流传感器的工作电压为24V，把电涡流传感器的电源线接到实验台的24V电源口，信号线接到数据采集卡的通道1上，翻开试验台和采集卡的电源；〔2〕如下列图2-2所示，在“静态特性及位移测量实验程序VI”文件夹中翻开“实验二电涡流传感器距离测量及误差分析实验.vi”程序；图2-2电涡流传感器距离测量及误差分析实验〔2〕“通道选择”为“1”〔与硬件选择的通道号相同〕、“采样频率”为“1”〔1对应10KHz〕，选择完成后，点击程序运行按钮运行实验程序。〔3〕在进行电涡流传感器的特性测量实验中，已经记录了电涡流传感器的静态特性曲线及其线性函数Y=KX+B的K值和B值。把K值和B值分别填入程序面板的系数K和B处；当然也可以把特性测量的相关工作再做一遍点击“拟合”按钮，对测量参数进行线性拟合。记录下K值和B值。〔3〕在电涡流传感器的测量范围内，移动挡板，点击“距离计算”按钮计算当前挡板的实际位移值。〔4〕通过千分尺的读数读取当前挡板的位移值，填入程序面板上的“千分尺读数”空格内；在把挡板移动前的初始位移值填入“起始坐标”处；在“当前位移”一栏内所示读数为实际挡板的位移。〔5〕点击“误差分析”按钮，进行相对误差的计算，在“相对误差”一栏内会显示实际读数与理论计算位移值之间的相对误差。〔6〕屡次改变挡板的位移，重复以上实验步骤，进行屡次测量，并记录屡次测量的相对误差范围完成下表：实验次数千分尺读数传感器测量结果相对误差10mm860.5mv121mm1569.5mv131.5mm2250mv142mm2990mv152.5mm3727.8mv163mm4426mv173.5mm5050.7mv184mm5211mv194.5mm5211mv1105mm5211mv1表2-1采集的10组数据五、实验报告要求简述实验目的和原理。分析实验结果。2.4传感器开放电路实验模块2.4.1I-TO-V电流电压转换〔1〕根本原理I-TO-V电流电压转换M11模块，主要实现电流到电压的转换。图1-53所示为I-TO-V电流电压转换电路原理图。图1-53I-TO-V电流电压转换电路原理图由节点方程有：UN=Up=iS*R即：(UO-UN)/Rf=UN/R1+(UN-Uf)/R5那么有：UO=〔1+Rf/R1+Rf/R5〕*iSR-Rf*Uf/R5取R=200Ω，R1=18K，R5=43K，Rf=7.15K，图1-54所示为I-TO-V电流电压转换电路实际应用电路图。电流输入端电流输入端图1-54I-TO-V电流电压转换电路实际应用电路图〔2〕实验需要的组件和设备开放式传感器电路实验主板TS-INQ-8U多通道数据采集模块I-TO-V电压频率转换M11模块M11元器件包万用表跳线假设干电压信号测量.vi图1-55所示为I-TO-V电流电压转换M11模块实物图图1-55电流电压转换M11模块实物图〔3〕用电路模块进行电流电压的转换实验把电源模块的各电源开关拨到“OFF”一侧。把I-TO-V电压频率转换M11模块插入主板的面包板中，把+12V、-12V、+5V、GND引到模块的对应引脚，把M11模块的第12脚引到信号输出模块的T4或T5口，连接BNC座到多通道数据采集模块的通道5。确认接线无误后，把各模块的电源开关拨到“ON”一侧，接通电源模块的电源。在“TS-OSC-7A传感器开放电路实验模块-程序VI”文件夹中翻开“电压信号测量.vi”程序。选择通道号为5，采样频率选择1〔10KHz〕，采样长度选择2048。图1-56所示为电压信号测量程序。图1-56电压信号测量程序根据图1-57所示的电路图在面板包上搭建简易限流电路〔为实验提供4~20mA的电流〕，“OUT”端接M11模块的第5脚，“GND”与地线相接。调节RP的阻值使电路电流为4mA，运行测量程序读取并记录电压测量值。调节电阻RP的阻值使电路电流为20mA，记录此时M11模块输出端电压的测量值。图1-57简易限流电路使电流在4~20mA之间屡次改变，进行屡次测量，记录每次测量的输入电流和输出电压〔该电压值既可以通过程序测量也可以通过万用表测量〕。整理实验数据填入表1-8中。表1-8输入电流0.30.711.61.82.52.72.93.23.5输出电压-63-46-231023778392120146根据实验数据在直角坐标系中绘制I-U曲线。分析该电流电压转换模块的比例关系及线性度。注：如果有电流源，可直接把电流源的输出端连接到M11的信号输入端〔第5脚〕，但调整范围也要求在4~20mA之内。〔4〕动手实践完成电流电压转换模块的调试把主板电源模块的+24V、+12V、-12V、+5V的电源开关都拨到“OFF”一侧。按照图1-54所示的电路原理图在面包板上搭建好电路，电压输出端通过跳线连接到信号输出模块的T4或T5口。认真检查电路，确定无误后，把+12V、-12V、+5V的电源开关拨到“ON”。在“TS-OSC-7A传感器开放电路实验模块-程序VI”文件夹中翻开“电压信号测量.vi”程序。选择通道号为5，采样频率选择1〔10KHz〕，采样长度选择2048。接下来搭建简易电流电路，电路图如1-57所示。电路中的“OUT”接电流电压转换电路的电流输入端〔如图1-54中标识所示〕，“GND”接地，电流表被串联在电路中〔可用万用表的电流档代替〕。调整电阻RP的阻值，使电路电流为4mA，用万用表的电压档测量转换电路的输出电压，在输入电流为4mA时，该输出电压应为0V〔误差<±5%〕，假设不为0，那么调整电阻R46的阻值，使输出端电压为0，调整RP的阻值使输入端电路电流为20mA，此时输出端的电压值应为5V〔误差<±5%〕。使输入端的电流在4~20mA之间屡次改变，进行屡次测量，记录每次测量的输入电流和输出电压〔该电压值既可以通过程序测量也可以通过万用表测量〕。整理实验数据填入表1-9中。2.4.2光电开关的应用-开关量测量〔1〕根本原理红外线是波长为780nm－1mm的光波，人眼是看不见的。红外线光电开关〔光电传感器〕是利用被检测物体对红外光束的遮光或反射，通过同步回路的通断来检测物体的有无，被检测物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可检测。根据检测方式的不同，红外线光电开关可分为：1.漫反射式光电开关

漫反射光电开关是一种集发射器和接收器于一体的传感器，当只有漫反射板阻挡光路时，被漫反射的光无法反射到接收器，传感器处于“关”状态。当被检测物体经过光路时，将光电开关发射器发射的足够量的光线反射到接收器，于是光电开关就产生了开关信号。当被检测物体的外表光亮或其反光率很高时，漫反射式的光电开关是首选的检测模式。2.镜反射式光电开关

镜反射式光电开关亦是集发射器与接收器于一体，光电开关发射器发出的光线经过反光镜，反射回接收器，当被检测物体经过且完全阻断光线时，光电开关就产生了检测开关信号。3.对射式光电开关

对射式光电开关包含在结构上相互别离且光轴相对放置的发射器和接收器，发射器发出的光线直接进入接收器。当被检测物体经过发射器和接收器之间且阻断光线时，光电开关就产生了开关信号。当检测物体不透明时，对射式光电开关是最可靠的检测模式。4.槽式光电开关

槽式光电开关通常是标准的U字型结构，其发射器和接收器分别位于U型槽的两边，并形成一光轴，当被检测物体经过U形槽阻断光轴时，光电开关就产生了检测到的开关量信号。槽式光电开关比拟平安可靠，适合检测高速变化，分辨透明与半透明物体。5.光纤式光电开关光纤式光电开关采用塑料或玻璃光纤传感器来引导光线，以实现被检测物体不在相近区域的检测。通常光纤传感器分为对射式和漫反射式。本实验选配了U形槽式光电开关作为实验使用的光电传感器。当发射管和接收管之间有物体遮挡时，接收管截止，输出高电平电压。当发射管和接收管之间没有物体通过时，接收管接由于收到红外信号而导通，此时输出为低电平。现实生活中通常利用光电开关的这种特性来进行限位报警、零件计数、转速测量等。〔2〕实验需要的组件和设备开放式传感器电路实验主板M3光电开关的应用-开关量测量模块TS-INQ-8U多通道数据采集模块M3元件包跳线假设干PC机万用表光电开关的应用-开关量测量.vi如下列图1-25所示为M3光电开关的应用-开关量测量模块。图1-25M3光电开关的应用-开关量测量模块用电路模块进行开关量的测量步骤把+5V的电源开关拨到“OFF”，选择“M3光电开关的应用-开关量测量模块”,插在实验主板的面包板上，调整电机的位置，使电机的转盘在光电开关的凹槽内。从主板上把+5V电源和GND地通过跳线分别引到M3模块的+5V〔第13、14脚〕和GND〔第6、7脚〕。用跳线把M3模块的12脚的信号引到信号输出模块的T4或T5接口处。再用数据线把BNC接口处的信号送到数据采集卡的通道5或通道6。翻开+5V电源模块的开关，拨到“ON”一侧。如下列图1-26