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王欣威,慕麗，基于LabVIEW的電渦流位移傳感器測量系統(tǒng)設(shè)計與研究。感謝王時英教授等在畢業(yè)設(shè)計工作中給予的幫助。 致　　謝本人在設(shè)計（論文）期間都是在王時英教授全面、具體指導(dǎo)下完成進行的。從尊敬的導(dǎo)師身上，我不僅學(xué)到了扎實、寬廣的專業(yè)知識，也學(xué)到了做人的道理。 在此更要感謝我的導(dǎo)師王時英，是你的細(xì)心指導(dǎo)和關(guān)懷，使我能夠順利的完成畢業(yè)論文。我想這是一次意志的磨練，是對我實際能力的一次提升，也會對我未來的學(xué)習(xí)和工作有很大的幫助。在今后的日子里，我仍然要不斷地充實自己，爭取在所學(xué)領(lǐng)域有所作為。在整個過程中，我熟悉了Delphi語言編程方法、了解了PCI9118數(shù)據(jù)采集卡的采集原理、了解了電渦流位移傳感器的工作原理和方法等。這樣一步步走來，每次想出一種解決問題的方法，從而更接近完成畢設(shè)就會感覺到很充實，最難忘的是找出程序錯誤接近錯誤時的激動和興奮。在論文中我充分地運用了大學(xué)期間所學(xué)到的知識。這過程相當(dāng)容易些，主要是按要求一步步做就行。這其中碰到很多的程序錯誤，其中一些語法錯誤還好點，一般仔細(xì)查找下都能找到并解決；那些邏輯錯誤是最讓人頭疼的，往往都不知道它哪里出錯了，于是上網(wǎng)找尋解決的辦法，請教導(dǎo)師、同學(xué)等，在這過程中學(xué)會了通過設(shè)置斷點一步步找尋出錯誤的地方，然后想辦法解決它，當(dāng)我終于能讓我編寫的程序?qū)崿F(xiàn)相關(guān)功能后我的心是甜的，感覺自己在這過程中學(xué)會了很多，很值得。學(xué)習(xí)Delphi語言是個循序漸進的過程，從了解Delphi的基本功能到熟悉它的一些組件的基本作用和用法、編寫一些簡單的程序，這其中碰到很多的問題都需要耐心的去解決。到4月底時，我的設(shè)計方案已基本上確定，試件裝配圖、測量裝配圖也基本上完成，對軟件的人機交互界面也有了個大致思路，對Delphi語言也有了個大致了解。在大家的幫助下，困難一個一個解決掉，設(shè)計也有條不絮的進行著。之后開始一邊學(xué)習(xí)Delphi語言、查找有關(guān)電渦流位移傳感器和PCI9118的有關(guān)資料，一邊畫試件裝配圖、畫測量裝配圖和構(gòu)思系統(tǒng)人機交互界面。明確了自己的設(shè)計任務(wù)后，我開始著手我的設(shè)計。在導(dǎo)師指導(dǎo)下，我終于對自己的設(shè)計任務(wù)和方法有了個大致了解。當(dāng)選題報告，開題報告定下來的時候，我當(dāng)時便立刻著手資料的收集工作中，當(dāng)時面對浩瀚的書海真是有些茫然，不知如何下手?；叵脒@段日子的經(jīng)歷和感受，我感慨萬千，在這次畢業(yè)設(shè)計的過程中，我擁有了無數(shù)難忘的回憶和收獲。從最初的茫然，到慢慢的進入狀態(tài)，再到對思路逐漸的清晰，整個設(shè)計過程難以用語言來表達。該模塊的功能如圖48.顯示車削前端時系統(tǒng)剛度值Edit1Edit1顯示車削前端時系統(tǒng)剛度值Edit1Edit1顯示車削前端時系統(tǒng)剛度值顯示車削前端時系統(tǒng)剛度值Edit1顯示車削前端時系統(tǒng)剛度值Edit1顯示車削前端時系統(tǒng)剛度值圖48 結(jié)果顯示模塊功能說明圖設(shè)計的該軟件系統(tǒng)可以完成電渦流位移傳感器的標(biāo)定，位移、車削力信號的采集和處理及最后得出車床工藝系統(tǒng)的剛度值和車床床頭、床尾、刀架部件的剛度值，為車床加工精度的研究提供了數(shù)據(jù)。圖主要顯示偏差與車削力變化的關(guān)系。 數(shù)據(jù)顯示模塊數(shù)據(jù)顯示模塊主要是將采集回來的數(shù)據(jù)以圖形的形式進行實時顯示和將處理后的數(shù)據(jù)以圖形的形式進行顯示以便于用戶觀察。分析M取不同值對輸出信號的影響，具體實現(xiàn)如下：圖46 生成一個正弦信號y并且加入噪聲后生成x圖47 M取不同值時均值濾波處理后的結(jié)果 比較可知：對于均值濾波來說，取不同的模板對噪聲信號進行濾波，信號的開頭和結(jié)尾的值不會變化，中間值取模板的平均值進行替換，對邊緣效果濾波不明顯，M取值越小，濾波后越接近原始波形。通過線性濾波器和非線性濾波器可以減小噪聲。 均值濾波器也是平滑線性濾波器，常用于模糊處理和減小噪聲，模糊處理 ,經(jīng)常用于預(yù)處理。設(shè)x0．．．xm1是采樣值，yk是對采樣進行平均值濾波的輸出值，其關(guān)系如下： (5) 在工程應(yīng)用中，均值濾波對于周期性的干擾有很好的抑制作用，另外，均值濾波對于熱噪聲產(chǎn)生的干擾也有很好的抑制作用。所以說，均值計算占用了均值濾波處理的大量時間費用。（2）均值濾波的實現(xiàn)算法均值濾波將每個像素點的灰度值設(shè)置為以該點為中心的鄰域窗口內(nèi)的所有像素灰度值的平均值，以實現(xiàn)像素的平滑，達到圖像去噪的目的。均值濾波也稱為線性濾波，其采用的主要方法為領(lǐng)域平均法。均值濾波是典型的線性濾波算法，它是指在圖像上對目標(biāo)像素給一個模板，該模板包括了其周圍的臨近像素（以目標(biāo)象素為中心的周圍8個象素，構(gòu)成一個濾波模板，即去掉目標(biāo)象素本身）。均值濾波和中值濾波在數(shù)字信號處理中都是非常重要的濾波器，具有廣泛的應(yīng)用。退出系統(tǒng)打開數(shù)據(jù) 圖45 數(shù)據(jù)處理模塊按鈕功能簡圖 均值濾波通常，在自然界中大部分信號都存在噪聲。顯示剛度圖將那些剛度值都保存到自己指定的文件中，以便查詢。顯示位移圖顯示車削力圖分別將位移數(shù)組qdwy2,zjwy2,hdwy2和切削力數(shù)組qdcxl2,zjcxl2,hdcxl2以一一對應(yīng)的方式顯示在“系統(tǒng)剛度”圖中。分別將位移數(shù)組qdwy1,zjwy1,hdwy1中的數(shù)據(jù)進行M=3的均值濾波，并分別找出位移周期變化中的一組周期數(shù)據(jù)，分別存入數(shù)組qdwy2,zjwy2,hdwy2中，并在圖“位移時間”中用圖像的方式顯示出來。 數(shù)據(jù)處理模塊 數(shù)據(jù)處理模塊的功能簡介數(shù)據(jù)處理模塊主要是將采集回來的位移和車削力信號進行均值濾波處理、找出位移和車削力對應(yīng)的實際變化曲線，最后通過車床動態(tài)剛度測量原理計算出車削試件前端時系統(tǒng)剛度、車削試件中間時系統(tǒng)剛度、車削試件后端時系統(tǒng)剛度、車床床頭部件的剛度、刀架部件的剛度、車床床尾部件的剛度。而且PCI9118在存儲的數(shù)據(jù)還不是按照通道的順序進行存儲。這一部分是采樣模塊設(shè)計的難點，特別是如何從采集卡中讀取數(shù)據(jù)存儲在系統(tǒng)設(shè)計的可以進行數(shù)據(jù)處理的數(shù)組中，它需要在了解PCI9118存儲的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上。 事件AiHalfReady定義如下：sub ControlName_AiHalfReady（ScaledData As Variant, BinaryCodes As Variant）說明：（?。㏒caledData As Variant：輸入的模擬信號按照預(yù)先設(shè)置已經(jīng)轉(zhuǎn)換為電信號，將電信號存儲在該數(shù)組中；（ⅱ）BinaryCodes As Variant：上述數(shù)組的大小。當(dāng)其中的一部分存滿時，PCI9118就停下現(xiàn)在的工作，去執(zhí)行AiHalfReady事件下的工作；若設(shè)置其屬性為False，其存儲區(qū)是一個整體，當(dāng)存儲區(qū)存滿時，PCI9118就停止現(xiàn)在的工作，而是去執(zhí)行AiComplete事件下的工作。通過對該屬性設(shè)置來確定當(dāng)前數(shù)據(jù)采集卡的存儲模式。下面就對數(shù)據(jù)采集模塊用的主要函數(shù)加以說明。顯示采集卡PCI9118的采集情況。 前端位移采樣前端車削力采樣首先采集卡準(zhǔn)備，在Label11中顯示采樣情況，然后將采集卡采集回的電壓數(shù)據(jù)分別存到數(shù)組qdcxl,zjcxl,hdcxl中，然后通過車削力標(biāo)定方程將電壓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成車削力數(shù)據(jù)，將車削力數(shù)據(jù)分別存到數(shù)組qdcxl1,zjcxl1，hdcxl1中，并及時的將車削力數(shù)據(jù)在圖“車削力時間”中顯示出來。數(shù)據(jù)采集模塊的按鈕功能簡介如圖44所示。而 為Y關(guān)于x的一元經(jīng)驗回歸方程。 利用微分的方法，求Q關(guān)于，的偏導(dǎo)數(shù)，并令其為零，得： 整理得 稱此為正規(guī)方程組，解正規(guī)方程組得: （2)其中,。 令 上式表示所有觀察值與回歸直線的偏離平方和， 刻劃了所有觀察值與回歸直線的偏離度。由式（1）可知：重點是要求出b0和b1，下面就介紹下用一元線性回歸求標(biāo)定系數(shù)的方法：對樣本的一組觀察值（x1, y1),(x2, y2 ),…，(xn ,yn),對每個xi，由線性回歸方程（1）可以確定一回歸值： 這個回歸值與實際觀察值yi之差 刻畫了與回歸直線的偏離度。所以，實驗前應(yīng)對位移測量系統(tǒng)進行標(biāo)定來保證位移測量的準(zhǔn)確性，從而保證系統(tǒng)剛度測量的準(zhǔn)確性。由此可見，位移變化量與經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)值也是成線性關(guān)系的。本課題采用的是用最小二乘法來對電渦流傳感器進行標(biāo)定。0~（ⅳ）value As Variant：從模擬信號通道讀回來的電壓信號。0~5V2177。本系統(tǒng)用到的PCI9118說明如下：數(shù)值區(qū)分極性不區(qū)分極性0177。（2）采集數(shù)據(jù)函數(shù)函數(shù)ReadSingleAI用來從一路模擬信號通道采集單個數(shù)據(jù)，其函數(shù)定義為：Function (channel As Integer, Range As Integer, value As Variant) As Boolean。②設(shè)置屬性DeviceName，其設(shè)置方法如下：[=string]；③函數(shù)Open用來打開PCI9118數(shù)據(jù)采集卡，其函數(shù)定義如下：Function （[ErrMsgBox As Variant]）As Boolean；說明：[ErrMsgBox As Variant]是一個布爾類型變量，默認(rèn)值為False。對電渦流位移傳感器進行標(biāo)定時，數(shù)據(jù)采集是單個采集，具體的數(shù)據(jù)采集見原理圖。在數(shù)據(jù)采集時，需要設(shè)定數(shù)據(jù)的采樣點數(shù)、采樣頻率、通道號以及信號類型等參數(shù)。打開數(shù)據(jù)顯示一元線性回歸方程。保存數(shù)據(jù)標(biāo)定如果后邊操作出錯，可以點擊這個按鈕，找到前面保存的數(shù)組x,y和系數(shù)b0,b1。修改數(shù)據(jù)讀入數(shù)據(jù)如果標(biāo)定沒有問題，可以將數(shù)組x,y和系數(shù)b0,b1保存到文件夾中，以便后邊實驗出現(xiàn)問題時，不必重新標(biāo)定，直接調(diào)用保存的數(shù)據(jù)。Edit9當(dāng)發(fā)現(xiàn)前面Edit9中輸入的數(shù)據(jù)有錯誤時，可以點擊這個按鈕，根據(jù)提示輸入要修改的組數(shù)和正確的數(shù)值，從而改變數(shù)組y中的數(shù)值，再重新在“電壓位移”圖中顯示對應(yīng)的點。各部分的功能如圖43位移標(biāo)定模塊功能圖。 位移標(biāo)定模塊 位移標(biāo)定模塊的功能簡介位移標(biāo)定模塊主要是用最小二乘法標(biāo)定數(shù)據(jù)采集卡采集回的電渦流信號與實際位移的關(guān)系，最終得出一元線性回歸方程。由圖42可以清楚的看出該車床動剛度測量系統(tǒng)的操作界面由5個模塊組成，即位移標(biāo)定模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、結(jié)果顯示模塊。圖42是車床動剛度測量系統(tǒng)的操作界面，測量結(jié)果分別用波形圖、數(shù)值顯示。主程序 結(jié) 果 顯 示 模 塊 數(shù) 據(jù) 顯 示 模 塊 數(shù) 據(jù) 處 理 模 塊 數(shù) 據(jù) 采 集 模 塊 位 移 標(biāo) 定 模 塊