【文章內(nèi)容簡介】 、暫停。Flash文件為自動化素材庫，素材庫內(nèi)容包括電阻式傳感器、電容式傳感器、變磁組式傳感器、光電式傳感器、壓電式傳感器、光纖傳感器、熱電式傳感器、霍爾式傳感器、超聲波傳感器和數(shù)字傳感器[18]。程序框圖如圖14所示。圖14 程序框圖4 虛擬實(shí)驗(yàn)室設(shè)計與實(shí)現(xiàn) 虛擬實(shí)驗(yàn)室設(shè)計虛擬實(shí)驗(yàn)室是本平臺的核心部分，包括八個子測控系統(tǒng)。分別對自然界中常見得測量信號進(jìn)行測控仿真，虛擬實(shí)驗(yàn)室的結(jié)構(gòu)框圖如圖15所示。虛擬實(shí)驗(yàn)室位移測控系統(tǒng)轉(zhuǎn)速測控系統(tǒng)厚度測控系統(tǒng)壓力測控系統(tǒng)加速度測控系統(tǒng)水箱溫度檢測系統(tǒng)液位檢測系統(tǒng)振動測控系統(tǒng)圖15 虛擬實(shí)驗(yàn)室結(jié)構(gòu)框架圖虛擬實(shí)驗(yàn)室平臺中的八個子系統(tǒng)，它們分別用圖像按鈕形象地表達(dá)其含義，點(diǎn)擊相應(yīng)的按鈕就會進(jìn)入該系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，完整的子系統(tǒng)將在下面章節(jié)中詳細(xì)介紹。虛擬實(shí)驗(yàn)室界面如圖16所示。圖16 虛擬實(shí)驗(yàn)室界面在虛擬實(shí)驗(yàn)室的程序框圖設(shè)計中，因虛擬實(shí)驗(yàn)室屬于一個鏈接平臺，所以在其程序框圖設(shè)計中，只要完成子VI調(diào)用即可。在調(diào)用子VI時要設(shè)置子VI的節(jié)點(diǎn)設(shè)置，設(shè)置選項如圖17所示。圖17 子VI的節(jié)點(diǎn)設(shè)置圖程序框圖中，通過一個選擇結(jié)構(gòu)來確定調(diào)用子VI與否，點(diǎn)擊每個圖像按鈕都會調(diào)用相應(yīng)的子VI，程序框圖如圖18所示。 圖18 虛擬實(shí)驗(yàn)室程序框圖 位移測控系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)原理此系統(tǒng)主要完成三項任務(wù)：第一，將振動位移信號通過霍爾式位移傳感器轉(zhuǎn)化為電壓信號，并對其進(jìn)行頻譜分析。第二，對模擬的振動信號進(jìn)行頻譜分析。第三，對振動信號的位移、速度和加速度進(jìn)行測試。軟件流程如圖19所示。頻譜分析導(dǎo)數(shù)導(dǎo)數(shù)電壓信號頻譜分析振動信號加速度速度位移圖19 霍爾式傳感器測試系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) 霍爾式傳感器原理介紹霍爾式傳感器是基于霍爾效應(yīng)的一種傳感器。1879年美國物理學(xué)家霍爾首先在金屬材料中發(fā)現(xiàn)了霍爾效應(yīng), 但由于金屬材料的霍爾效應(yīng)太弱而沒有得到應(yīng)用。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展, 開始用半導(dǎo)體材料制成霍爾元件, 由于它的霍爾效應(yīng)顯著而得到應(yīng)用和發(fā)展。 霍爾式傳感器廣泛用于電磁測量、壓力、加速度、振動等方面的測量。 霍爾元件具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、動態(tài)特性好和壽命長的優(yōu)點(diǎn), 它不僅用于磁感應(yīng)強(qiáng)度、 有功功率及電能參數(shù)的測量, 也在位移測量中得到廣泛應(yīng)用。 圖20 各式霍爾式位移傳感器的工作原理圖圖20給出了各式霍爾式位移傳感器的工作原理圖。圖（a）是磁場強(qiáng)度相同的兩塊永久磁鐵，同極性相對地放置，霍爾元件處在兩塊磁鐵的中間。由于磁鐵中間的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0，因此霍爾元件輸出的霍爾電勢UH也等于零，此時位移Δx=0。若霍爾元件在兩磁鐵中產(chǎn)生相對位移，霍爾元件感受到的磁感應(yīng)強(qiáng)度也隨之改變, 這時UH不為零，其量值大小反映出霍爾元件與磁鐵之間相對位置的變化量，這種結(jié)構(gòu)的傳感器，其動態(tài)范圍可達(dá)5mm，[19]。 系統(tǒng)前面板設(shè)計通過對霍爾式位移傳感器的模擬，產(chǎn)生仿真信號給位移測控系統(tǒng)。前面板設(shè)計圖如圖21所示。圖21 位移測控系統(tǒng)前面板圖由圖可知，本系統(tǒng)包含5個功能模塊。（1）1個輸入型數(shù)值控件：本控件供學(xué)生輸入霍爾式傳感器的靈敏度系數(shù)。（2）1個選擇型數(shù)值旋鈕：本控件可改變振子的振動速度，使振子的振動速度由慢到快隨意改變。（3）1個菜單下拉列表：本控件可以改變施加給振子的激勵信號的波形，有方波、正弦波、三角波和鋸齒波四種選擇波形，其中默認(rèn)狀態(tài)為關(guān)閉。（4）1個選項卡控件：本控件分為振動信號和電壓信號兩個選項卡。在電壓信號選項卡中有2個輸出顯示型圖形控件，用于顯示由霍爾式位移傳感器采集到的電壓信號波形圖和對電壓信號進(jìn)行頻譜分析的波形圖，電壓信號圖附帶的數(shù)值顯示控件顯示出電壓信號的有效值；在振動信號選項卡中有3個輸出顯示型圖形控件和4個輸出顯示型數(shù)值控件，3個輸出顯示型圖形控件用于顯示振動信號，對振動信號進(jìn)行頻譜分析的波形圖以及對振動信號的位移、速度、加速度信號分析波形圖，4個輸出顯示型數(shù)值控件分別用于顯示在不同時刻位移、速度、加速度和估計頻率峰值的數(shù)值。（5）1個開關(guān)控制按鈕。用于返回上一層。通過過程控制平臺的鏈接，轉(zhuǎn)到此系統(tǒng)的前面板，此時激勵波形為關(guān)閉狀態(tài)，各顯示圖形控件中無波形輸出，選擇需要的激勵波形，在靈敏度系數(shù)選項中輸入一定數(shù)值，并調(diào)節(jié)到一定的振動速度，此時模擬信號將給振子一個激勵，使振子不斷振蕩起來。此時，在電壓信號選項卡中則可以觀察到經(jīng)由霍爾位移傳感器轉(zhuǎn)化而得的電壓信號和對電壓信號進(jìn)行的頻譜分析圖。在振動信號選項卡中即可觀察到振子的位移、速度和加速度的變化和對其振動信號的頻譜分析圖，并可以讀到估計頻率峰值。系統(tǒng)的程序設(shè)計中，把仿真信號直接給到滑動桿，在調(diào)節(jié)頻率時，滑動桿的滑動速度就會隨頻率的改變而改變。其后的信號處理模塊，、幅頻分析和相頻分析模塊實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)的程序框圖如圖22所示。圖22 位移測控系統(tǒng)程序設(shè)計圖 轉(zhuǎn)速測控系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)原理該系統(tǒng)是利用磁電感應(yīng)式傳感器原理設(shè)計而成，齒輪的轉(zhuǎn)動使氣隙磁阻產(chǎn)生周期性變化，從而引起磁路中磁通的變化，使磁電感應(yīng)式傳感器線圈內(nèi)產(chǎn)生周期性變化的感應(yīng)電動勢。顯然，感應(yīng)電勢的頻率與被測轉(zhuǎn)速成正比。通過對電路頻率的測量而得到齒輪的實(shí)際轉(zhuǎn)速。 磁電感應(yīng)式傳感器1—芯軸； 2—外殼； 3—彈簧片； 4—鋁支架；5—永久磁鐵； 6—線圈； 7—阻尼環(huán)； 8—引線圖23 動圈式振動速度傳感器結(jié)構(gòu)示意圖磁電感應(yīng)式傳感器又稱磁電式傳感器，是利用電磁感應(yīng)原理將被測量（如振動、位移、轉(zhuǎn)速等）轉(zhuǎn)換成電信號的一種傳感器。它不需要輔助電源就能把被測對象的機(jī)械量轉(zhuǎn)換成易于測量的電信號，是有源傳感器。由于它輸出功率大且性能穩(wěn)定,具有一定的工作帶寬（10～1000 Hz），所以得到普遍應(yīng)用。 圖23是動圈式振動速度傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。其結(jié)構(gòu)主要由鋼制圓形外殼制成， 里面用鋁支架將圓柱形永久磁鐵與外殼固定成一體，永久磁鐵中間有一小孔，穿過小孔的芯軸兩端架起線圈和阻尼環(huán)，芯軸兩端通過圓形膜片支撐架空且與外殼相連。 工作時，傳感器與被測物體剛性連接，當(dāng)物體振動時，傳感器外殼和永久磁鐵隨之振動，而架空的芯軸、線圈和阻尼環(huán)因慣性而不隨之振動。因而磁路空氣隙中的線圈切割磁力線而產(chǎn)生正比于振動速度的感應(yīng)電動勢，線圈的輸出通過引線接到測量電路。該傳感器測量的是振動速度參數(shù)，若在測量電路中接入積分電路，則輸出電勢與位移成正比；若在測量電路中接入微分電路，則其輸出與加速度成正比[20]。 系統(tǒng)的前面板設(shè)計系統(tǒng)由四部分組成。（1）模擬實(shí)物圖模塊：通過模糊轉(zhuǎn)速給定給被測體一個虛擬轉(zhuǎn)速，可使齒輪的轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)浮動，由模擬實(shí)物圖形象的顯示出動態(tài)效果。（2）輸入?yún)?shù)設(shè)置：其中包括齒輪數(shù)、波形列表、信號幅值、采樣頻率、噪聲幅值以及脈沖寬度（默認(rèn)為50）。（3）圖形顯示面板：有電壓信號、振動信號和結(jié)果顯示。通過一個虛擬示波器來顯示電壓信號；在振動信號面板中，對信號進(jìn)行濾波、頻譜分析、幅頻分析和相頻分析，采樣后頻譜分析可得到其振動頻率；結(jié)果顯示面板中，采樣后分別通過圖表和儀表顯示其角速度以及角加速度的數(shù)值。系統(tǒng)前面板如圖24所示。圖24 測速系統(tǒng)前面板設(shè)計圖 系統(tǒng)程序框圖設(shè)計程序框圖采用模塊化編程思想，由實(shí)物圖子程序和信號處理子程序組成，如圖25為實(shí)物圖子程序框圖，圖26為信號處理子程序框圖，圖27為完整的程序框圖。圖25 實(shí)物圖子程序框圖圖26 信號處理子程序框圖圖27 測速系統(tǒng)完整程序框圖 厚度測控系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)根據(jù)低頻透射式電渦流傳感器基本原理設(shè)計而成。系統(tǒng)運(yùn)行界面如圖28所示。下面對系統(tǒng)的前面板和程序框圖進(jìn)行具體介紹。圖28 厚度測控系統(tǒng)運(yùn)行界面本系統(tǒng)由三個部分組成。（1）原理示意圖：本部分主要為圖片控件，顯示運(yùn)行時的動態(tài)效果，傳感器在實(shí)際工作時的原理示意圖。當(dāng)輸入物體厚度的時候。會在圖片控件中顯示物體厚度，并隨著輸入厚度的數(shù)量改變而改變。（2）參數(shù)設(shè)置及結(jié)果顯示：這一部分主要有數(shù)值輸入控件和數(shù)值顯示控件構(gòu)成，其主要用來輸入一些特定的參數(shù)。例如電壓值的設(shè)置，噪聲、頻率的設(shè)置。結(jié)果顯示有物體的厚度和經(jīng)過傳感器測量后的輸出電壓。（3）示波器的顯示窗口：這部分由四個波形顯示器構(gòu)成，其中有輸出電壓波形，還有一個顯示的是經(jīng)過濾波后的波形圖，另一個選項卡中的兩個波形圖是顯示的頻譜分析結(jié)果。厚度測控系統(tǒng)程序的程序框圖如圖29所示。圖29 厚度測控系統(tǒng)程序框圖程序運(yùn)行過程：本程序主要為兩層while循環(huán)結(jié)構(gòu)，其中還用到選擇結(jié)構(gòu)，通過隨機(jī)變量的輸入和一定的計算產(chǎn)生物體厚度的連續(xù)變化。并用圖片控件產(chǎn)生物體的虛擬變化。產(chǎn)生的數(shù)值在經(jīng)過幅值和電平的測量函數(shù)，得到濾波后的波形圖，輸入的電壓、頻率、噪聲幅值得到仿真信號。 振動測控系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn) 振動測控系統(tǒng)設(shè)計壓電式傳感器的工作原理是基于某些介質(zhì)材料的壓電效應(yīng)，是一種典型的有源傳感器。通過材料受力形變作用形變時，其表面會有電荷產(chǎn)生而實(shí)現(xiàn)非電量測量。壓電式傳感器具有體積小，重量輕，工作頻帶寬等特點(diǎn)，因此在測量各種動態(tài)力方面有很廣泛的應(yīng)用。此系統(tǒng)就是利用壓電傳感器的測量原理進(jìn)行設(shè)計的。系統(tǒng)前面板設(shè)計如圖30所示。圖30 振動測控系統(tǒng)前面板圖本系統(tǒng)由三部分組成。（1）傳感器模擬圖。三個滑動桿用于設(shè)置壓電晶片長、寬、厚度，在色彩設(shè)置中，通過不同的顏色變換，可以清晰地看到壓電晶片的安裝位置。當(dāng)在懸臂梁上施加力時，壓電元件本身的電容量發(fā)生變化，通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)變成電壓輸出，電壓變化的大小反映了施加力的大小。（2）波形參數(shù)設(shè)置。這部分包括輸入信號類型，頻率，偏置，相位，白噪聲等參數(shù)的設(shè)置，通過改變這些參數(shù)可以仿真常見信號的輸出波形。（3）波形顯示。此界面包含電壓信號顯示和濾波信號顯示，信號采樣和頻譜分析，并對采樣信號進(jìn)行了結(jié)果分析和頻域分析，輸入采樣信號，通過設(shè)置偏置，相位，頻率，白噪聲等參數(shù)改變采樣信號，再通過波形圖進(jìn)行一系列分析。 程序設(shè)計中，首先介紹實(shí)物模擬圖的程序設(shè)計原理。圖32為實(shí)物模擬圖的程序框圖，利用矩形繪制函數(shù)，捆綁函數(shù)等函數(shù)在圖形控件中進(jìn)行受力懸臂梁和應(yīng)變片的繪制。其中懸臂梁上的壓電介質(zhì)材料的電容和懸臂梁上施加的力用數(shù)值常量或數(shù)值輸入控件進(jìn)行設(shè)置。圖32 振動測控系統(tǒng)實(shí)物模擬圖的程序框圖系統(tǒng)主程序主要是在while循環(huán)函數(shù)中進(jìn)行，其中還包含了for循環(huán)，case條件結(jié)構(gòu)等函數(shù)。實(shí)際信號的輸入用結(jié)構(gòu)條件函數(shù)實(shí)