【文章內(nèi)容簡介】 量被稱為指示，它們通過各種圖標如按鈕、旋鈕、開關(guān)、圖表等出現(xiàn)在前面板上，模擬真實儀器?？驁D程序由節(jié)點和數(shù)據(jù)連線組成，它利用圖形語言對前面板上的控制對象即輸入量和輸出量進行控制，節(jié)點用來實現(xiàn)函數(shù)和功能的調(diào)用，數(shù)據(jù)連線表示程序執(zhí)行過程的數(shù)據(jù)流，它定義了程序框圖內(nèi)的數(shù)據(jù)流動方向。圖標 /連接端口用于把 LabVIEW 程序定義為一個子程序，從而實現(xiàn)模塊化編程，圖標是子程序在其他程序框圖中被調(diào)用的節(jié)點表現(xiàn) 形式，連接端口則表示節(jié)點數(shù)據(jù)的輸入、輸出口。數(shù)據(jù)分析能力和數(shù)據(jù)可視化分析能力，提供豐富的儀器總線接口硬件驅(qū)動程序。 LabVIEW 具有三個可移動的圖形化工具模板：工具模板、控件模板和功能模板。工具模板提供了用于圖形操作的各種工具，比如定位、標注、斷點、連線、文字注釋等；控件模板提供了前面板編輯所需的圖像圖標、一些特殊的圖形；功能模板則提供了一些基本的數(shù)學函數(shù)和其他功能函數(shù)。這三個模板是 LabVIEW編程的主要工具。 LabVIEW 是一種基于圖形編程語言（ G 語言）的開發(fā)環(huán)境。它與 C、 Basic等傳統(tǒng)語言有著諸 多相似之處，如相似的數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)流控制結(jié)構(gòu)、程序調(diào)試內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 工具，以及層次化、模塊化的編程特點等。但二者最大區(qū)別在于：傳統(tǒng)編程語言用文本語言編程；而 LabVIEW 使用圖形語言，以框圖的形式編寫程序。 NI 公司的 LabVIEW 是一套專為數(shù)據(jù)采集與儀器控制、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)表達而設(shè)計的圖形化編程軟件。它增強了用戶在標準的計算機上配以高效經(jīng)濟的硬件設(shè)備來構(gòu)建儀器系統(tǒng)的能力。將 LabVIEW 與一般的數(shù)據(jù)采集以及儀器設(shè)備加以組合，就可以設(shè)計出虛擬儀器，并將其應用于許多領(lǐng)域。 微位移檢測系統(tǒng)總體方案設(shè)計 本系統(tǒng)主要是在虛擬儀器 的平臺上設(shè)計 微位移 自動檢測系統(tǒng)。其原理圖如 圖 所示 。 信號調(diào)理電路數(shù)據(jù)采集板卡傳感器計算機顯 示保 存位移信號 圖 檢測系統(tǒng)原理圖 首先，傳感器采集 位移 信號， 通過信號調(diào)理電路板將信號處理， 然后通過NI SCC68 接線端子送到數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡利用 LabVIEW 軟件編寫的數(shù)據(jù)采集程序?qū)?shù)據(jù)送入計算機，計算機通過虛擬儀器做的界面可以對采集回來的數(shù)據(jù)進行同步顯示，同時還可以對數(shù)據(jù)進行存儲，以便查看歷史記錄。內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第三章 微位移檢測系統(tǒng)的硬件配置 本設(shè)計以一個基于電渦流傳感器虛擬式微位移測試儀的系統(tǒng)為例，來 解析LABVIEW 軟件的應用。 與常規(guī)的電渦流傳感器微位移測試儀的系統(tǒng)不同，虛擬式系統(tǒng)的硬件部分是由三大部分組成： ① 計算機：是整個檢測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、控制決策中心。 ② 信號檢測部分： 電渦流傳感器 負責采集與被測對象 之間 的位移信號并 將其通過信號調(diào)理電路模塊板處理后 ，通過數(shù)據(jù)采集卡 送 入計算機 。 ③ 數(shù)據(jù)采集板部分：包括數(shù)據(jù)采集板及其配套設(shè)施，將采集到的數(shù)據(jù)進行A/D 轉(zhuǎn)換，傳送進入計算機，采集到的實時數(shù)據(jù)可以在計算機上進行顯示、存儲及打印。 虛擬儀器的軟件采用 LABVIEW 設(shè)計 ，它采用數(shù)據(jù)流程的圖形化 C語言編程技術(shù)，把復雜費時的軟件編程簡化為菜單提示和圖標連接調(diào)用，虛擬儀器要完成的工作是 接收數(shù)據(jù) 、處理數(shù)據(jù)并 顯示數(shù)據(jù)。 虛擬儀器 在本設(shè)計系統(tǒng)中的任務就是 計算機通過與數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)據(jù)通信，接收數(shù)字信號，顯示出所測 微 位移的數(shù) 值， 并 將 結(jié)果輸入數(shù)據(jù)庫中加以存儲。 基于 電渦流傳感器 的 虛擬 式微位移測試儀 硬件系統(tǒng)如圖 所示， 全能滿足在實驗室中對不同 微位移信號精確測量的 要求。該系統(tǒng) 利用一套硬件設(shè)備，使用不同的軟件就可以滿足各種 測量 的要求，并具有高精度、高效率和全自動的特點，是現(xiàn)代 測量 設(shè)備發(fā)展的方向。 圖 系統(tǒng) 硬件實物圖連接 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 傳感器 傳感器是一種測量裝置，它能感受或響應規(guī)定 的被測量，并按照一定的規(guī)律將敏感元件轉(zhuǎn)換來的模擬信號轉(zhuǎn)換成可用的 輸出 信號，以滿足信息 的轉(zhuǎn)換、處理、存儲、記錄、顯示和控制等要求。 傳感器的好壞直接影響采集數(shù)據(jù)的精確度，對檢測系統(tǒng)有直接的影響。對傳感器有如下要求： ⑴ 準確性。傳感器的輸出信號必須準確反應其輸入量，即被測量變化。因此，傳感器的輸出與輸入關(guān)系必須是嚴格的單值函數(shù)關(guān)系，且最好是線性關(guān)系，即只要被測量的變化對傳感器有作用，非被測量則沒有作用，真正做到這一點是困難的。一般要求非被測量對傳 感器的影響很小，可以忽略不計。 ⑵ 穩(wěn)定性。即傳感器的輸入輸出的單值函數(shù)是不隨時間變化的，且受外界其他因素的干擾很小，工藝上還能準確地復現(xiàn)。 ⑶ 靈敏性。即要求較小的輸入量便可得到較大的輸出信號。 本設(shè)計只是在實驗室內(nèi)做的 微位移自動檢測系統(tǒng) ， 選擇電渦流 傳感器 作為檢測元件 ， 來完成信號的 傳 送 。 電渦流傳感器的最大特點是非接觸測量 ， 這是 被 廣泛 應用 的主要原因 ， 其優(yōu)點是靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單、抗干擾能力強、不受油污等介質(zhì)的影響。 因此常被用于對大型旋轉(zhuǎn)機械的軸向位移，脹差，軸振動，軸轉(zhuǎn)速等參數(shù)進行長期實時監(jiān)測?？梢苑治龀鲈O(shè)備 的工作狀況和故障的早期預報，有效地對設(shè)備進行保護及進行預測性維修。 根據(jù)法拉第電磁感應原理 ， 塊狀金屬導體置于變化的磁場中或在磁場中作切割磁力線運動時 ， 導體內(nèi)將產(chǎn)生呈渦旋狀的感應電流 ， 此電流叫電渦流 ， 以上現(xiàn)象稱為電渦流效應。根據(jù)電渦流效應制成的傳感器稱為電渦流式傳感器。 電渦流位移傳感器是以高頻電渦流效應為原理的非接觸式位移傳感器。前置器內(nèi)產(chǎn)生高頻的電流從振蕩器流入探頭線圈中，線圈就產(chǎn)生了一個高頻電磁場。當被測金屬體的表面靠近該線圈時，由于高頻電磁場的作用，在金屬表面上就產(chǎn)生感應電流，即電渦流。該電流產(chǎn) 生一個交變磁場，方向與線圈磁場方向相反，這 兩 個磁場相互 疊 加就改變了原線圈的阻抗并使探頭的品質(zhì)因數(shù)降低，影響了線圈的阻抗。所以探頭與被測金屬表面距離的變化可通過探頭線圈阻抗的變化來測量。前置器根據(jù)探頭線圈阻抗的變化輸出一個與距離成正比的直流電壓。原理圖如下圖內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 。 i 1H1Hxi 1i線 圈金 屬 導 體 圖 電渦流原理圖 在利用電渦流傳感器測量位移時 ， 激勵線圈與被測金屬體之間的距離的變化引起互感 M 發(fā)生變化 ， 其等效電感 L 變化。當線圈與金屬體之間的距離比較遠時 ， 電渦流對線圈電感 的影響可以忽略不計 ， 線圈中電感最大 ， 諧振頻率最低 ，輸出最大。隨著距離的減小 ， 渦流逐漸增強 ， 線圈的電感減小 ， 從而使諧振頻率增高 ， 于是輸出 電壓 幅值下降。當距離減小為 0時 ， 根據(jù)渦流的 趨 膚效應 ， 輸出應該不為 0。然而 ， 由于被測物體表面的不平度 ， 常常有一零 輸出值。 電渦流傳感器的金屬導體可看作一個短路線圈 ， 它與通電扁平線圈磁性相連 ,當兩線圈間的距離變化時 ， 其間的互感量與電感量都要發(fā)生變化 ， 由渦流變換器(放大器、檢波器、濾波器的組合 ) 轉(zhuǎn)換為電量輸出。 測量位移的原理圖如圖 所示 。 圖 測量位移的原理圖 信號 調(diào)理模塊 信號調(diào)理是聯(lián)系傳感器和數(shù)據(jù)采集模塊的橋梁。隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展 ， 其輸出信號的可能性也不斷增加 ， 測試系統(tǒng)在信號進入數(shù)據(jù)采集卡之前所需做的工作也不斷增加，信號調(diào)理是一個不斷更新的環(huán)節(jié)，所做的工作主要有 :信號放大(或衰減 )、濾波、線性化等。 如圖 ，就是本系統(tǒng)的信號調(diào)理模塊電路圖 。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 4 J u n 2 0 0 9 S h e e t o f F i l e : H : \ 高蘭蘭論文 \ 高蘭蘭 . d db D r a w n B y :R1R2R3R4T1P N P 1L2L1R5C1L電渦流傳感器C2C3C5D1C4L3R6C6R7T2N P N 1R9R8D2+ 1 5 VVOG N DG N D 圖 信號調(diào)理模塊電路圖 將電渦流傳感器輸出線接入實驗模板上標有 L 的兩端插孔中，作為振蕩器的一個元件（傳感器屏蔽層接地）。在測微頭端部裝上金屬圓片，作為電渦流傳感器的被測體。 將實驗模板輸出端 V0與數(shù)顯單元輸入端 Vi 相接 ， 數(shù)顯電壓表量程置 20V 檔 。 用連接導線接入＋ 15V 直流電源到模板上標有＋ 15V 的插孔中。 由于條件所限，本系統(tǒng)只能接入 +12V 的電源。開啟電源開關(guān)，移動檢測微頭與傳感器線圈端部接觸，然后記下讀數(shù)，旋轉(zhuǎn)測微頭每隔 讀一個數(shù)據(jù)，直到輸出幾乎不變?yōu)橹?。畫?VX 曲線，根據(jù)曲線找出線性區(qū)域，計算出電壓與位移的函數(shù)關(guān)系式： V=*()， 得出檢測的線性位移量程為 2mm，輸出的電壓信號在 0V～ 的范圍內(nèi)。 為了能更 迅速、 精確 地 將檢測的 微位移信號 送出顯示 ，本設(shè)計采取計算機 來接受信號 ， 數(shù)據(jù)采集卡就是將兩者連接起來的重要橋梁。 數(shù)據(jù)采集卡 數(shù)據(jù)采集卡的選用 選擇一款合適的數(shù)據(jù)采集卡，首先要了解數(shù)據(jù)采集卡的核心部件 — A/D 變換器，此外還應該了解板卡上一些有關(guān)部件和一些選用的指標。 (1)數(shù)據(jù)分辨率和精度 精度和分辨率有所不同 ， 精度除了涉及 A/D 轉(zhuǎn)換精度外還考慮測試系統(tǒng)各部分誤差。采集板卡的分辨率必須大于所要求的測試精度。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） (2)最高采樣速度 數(shù)據(jù)采集卡的最高采樣速度一般用最高采樣頻率 (Hz)來表示，它表示其單通道采樣能使用的最高采樣頻率，這也就限制了該 數(shù)據(jù)采集卡能夠處理信號的最高頻率 (最高采樣頻率 /2 )。如果要進行多通道采樣，則能夠達到的采樣頻率是原最高采樣頻率除以通道數(shù)。 (3)通道數(shù) 通道數(shù)指能夠同時采樣的通 道數(shù)， 根據(jù)測試任務選擇。任務的通道可自行設(shè)定，采集任務可以在 DAQmx 中進行建立。 (4)數(shù)據(jù)總線接口類型 不同的總線接口類型的數(shù)據(jù)采集板卡的接口硬件形式不一樣，數(shù)據(jù)傳遞的規(guī)則和數(shù)據(jù)傳遞的速度也不一樣， PCI 總線是臺式計算機中目前最通用的總線 ， 而筆記本電腦中常用 PXMCIA 總線 ， PXI 和 VXI 總線是比較新興的高速 傳輸總線。 (5)是否有隔離 好的數(shù)據(jù)采集板卡每個通道的輸入和輸出 端 之間帶有隔離放大器。對于工作在強電磁場干擾環(huán)境中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，選擇具有隔離配置的數(shù)據(jù)采集板卡才能保證數(shù)據(jù)采集的可靠性。 (6)板卡本身是否帶有微處理器 自身帶有微處理器 (CPU)的數(shù)據(jù)采集卡可以當作主機的下位機使用，自行控制采樣的進行。 (7)是否有標定功能 數(shù)據(jù)采集卡使用一段時間后，器件值會有變化，基準電壓也可能會改變，零點會漂移。對于高精度的數(shù)據(jù)采集，需要每隔一段時間進行精度標定，好的數(shù)據(jù)采集 卡具有自我標定功能，但價格高很多。 (8)支持的軟件驅(qū)動程序及軟件平臺 和數(shù)據(jù)采集卡的硬件接口類似，買來的數(shù)據(jù)采集板卡能在什么軟件環(huán)境中使用，使用起來是否還需要自己編制驅(qū)動程序，這也是選擇一款數(shù)據(jù)采集卡很重要的因素。選擇數(shù)據(jù)采集卡的軟件除了和現(xiàn)有的測試系統(tǒng)兼容以外，還應考慮其更廣泛的兼容性和靈活性，以備在其他測試任務和系統(tǒng)中也能使用。 另外，數(shù)據(jù)采集卡的選擇還有一些常用的指標，如輸入電壓的最大范圍、輸內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 入增益的種類、是否有模擬輸出、輸入觸發(fā)的類型等。 設(shè)計所選 數(shù)據(jù)采集卡 本設(shè)計 選擇 NI 公 司 PCI6221 型數(shù)據(jù)采集卡。 此卡性能適合本設(shè)計 的采集任務。它屬于 NI公司 M 系列 16位數(shù)采卡產(chǎn)品，具有 16 個模擬輸入通道， 2個模擬輸出通道， 10 個數(shù)字 輸出 通道，具有從 2Hz～ 1MHz 范圍的數(shù)字 I/O 功能，最大工作速率達到 250Ks/s，輸入輸出電壓范圍 10V～ +10V,此外 還 有 37 針數(shù)據(jù) 接入端子， 32 位的計數(shù)器和數(shù)字觸發(fā) 。 數(shù)據(jù)采集板也稱 DAQ（ Date Acquisition） ,由數(shù)據(jù)采集器、存儲單元和控制邏輯等部分組成。其中，數(shù)據(jù)采集器包括多路開關(guān) MUX、測量放大器 AMP、數(shù)據(jù)保持器和 A/D 轉(zhuǎn)換器等 ，它負責將多個現(xiàn)場模擬信號采樣量化為數(shù)字信號，以便送入計算機作進一步分析處理；存儲單元包括存儲器和數(shù)據(jù)緩沖器； I/O 及控制邏輯用于 I/O 編碼、定時計數(shù)、通信及產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸方式控制信號等。 數(shù)據(jù)采集卡有兩個主要指標： ⑴ 采樣率 對于數(shù)據(jù)采集設(shè)備來講 ,采樣率就是進行 A/D 轉(zhuǎn)換的速率，不同的設(shè)備具有不同的采樣率，進行測試系統(tǒng)設(shè)計時應該根據(jù)測試信號的類型選擇適當?shù)牟蓸勇?，盲目提高采樣率，會增加測試系統(tǒng)的成本。本系統(tǒng)采用的是