【正文】 的系統(tǒng)中， 若 有多個被測信號， 則每個 信號 必須 通過獨立的通道進入數(shù)據(jù)采集卡，但是大部分數(shù)據(jù)采集卡是多個通道共用一個 A/D 轉(zhuǎn)換器，這就是多路復(fù)用。本系統(tǒng)采用的是 NI 公司的PCI6221 數(shù)據(jù)采集卡。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(zé)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。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) 。 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。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(yīng)考慮其更廣泛的兼容性和靈活性，以備在其他測試任務(wù)和系統(tǒng)中也能使用。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。 (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(dāng)作主機的下位機使用，自行控制采樣的進行。 (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。任務(wù)的通道可自行設(shè)定，采集任務(wù)可以在 DAQmx 中進行建立。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)。采集板卡的分辨率必須大于所要求的測試精度。 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(yīng)該了解板卡上一些有關(guān)部件和一些選用的指標。畫出 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)。 由于條件所限，本系統(tǒng)只能接入 +12V 的電源。 將實驗?zāi)０遢敵龆?V0與數(shù)顯單元輸入端 Vi 相接 ， 數(shù)顯電壓表量程置 20V 檔 。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)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?zāi)０迳蠘擞?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）。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。 測量位移的原理圖如圖 所示 。然而 ， 由于被測物體表面的不平度 ， 常常有一零 輸出值。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。 i 1H1Hxi 1i線 圈金 屬 導(dǎo) 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。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。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。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。根據(jù)電渦流效應(yīng)制成的傳感器稱為電渦流式傳感器?？梢苑治龀鲈O(shè)備 的工作狀況和故障的早期預(yù)報，有效地對設(shè)備進行保護及進行預(yù)測性維修。 電渦流傳感器的最大特點是非接觸測量 ， 這是 被 廣泛 應(yīng)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。即要求較小的輸入量便可得到較大的輸出信號。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(fù)現(xiàn)。一般要求非被測量對傳 感器的影響很小，可以忽略不計。傳感器的輸出信號必須準確反應(yīng)其輸入量，即被測量變化。 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。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。 虛擬儀器 在本設(shè)計系統(tǒng)中的任務(wù)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。 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。 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。 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。 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)。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。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。 LabVIEW 是一種基于圖形編程語言（ G 語言）的開發(fā)環(huán)境。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(xué)函數(shù)和其他功能函數(shù)。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?？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。前面板就是圖形化的用戶界面，用于設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量。虛擬儀器已在超大規(guī)模集成電路測試、模擬電路 /數(shù)字電路測試、現(xiàn)代家用電器測試以及航天、軍事、生物醫(yī)學(xué)、工廠測試、電工技術(shù)領(lǐng)域等的可移動式現(xiàn)場測試工作中得到應(yīng)用，且應(yīng)用領(lǐng)域還將不斷拓寬。目前，國內(nèi)外有許多部門和公司都在積極地開展這些方面的研究和應(yīng)用工作。在系統(tǒng)集成后，用戶不用編寫測試程序，即可進行測試、測量，實現(xiàn)了測試的自動化、智能化。 位移信號電渦流傳感器計算機顯示 圖 虛擬儀器檢測原理圖 虛擬儀器軟面板上具有與實際儀器相似的旋鈕、開關(guān)、指示燈及其它控制部內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 件。 位移信號電渦流傳感器儀表顯示 圖 傳統(tǒng)儀器檢測原理圖 利用虛擬儀器思想建立的測試系統(tǒng)提高了測量精度和測量速度、減少了開關(guān)和電纜，系統(tǒng)易 于擴充、易于修改，使得測試系統(tǒng) 體積小、靈活方便、成本低、效率高，成為現(xiàn)代測試系統(tǒng)發(fā)展的主流。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 表 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器 傳統(tǒng)一起 虛擬儀器 功能有由儀器廠商定義 功能由用戶自己定義 圖形界面小、人工讀取數(shù)據(jù)、信息量小 界面圖形化、計算機讀取數(shù)據(jù)并分析處理 數(shù)據(jù)無法編輯 數(shù)據(jù)可編輯、存儲、打印 硬件是關(guān)鍵部分 軟件是關(guān)鍵部分 價格昂貴 價格低廉、重用性高 系統(tǒng)封閉、功能固定、可擴展性差 擴展性強、可構(gòu)成多種儀器 技術(shù)更新慢 技術(shù)更新快 開發(fā)和維護費用高 節(jié)省開發(fā)費用 提供有限的連接性 與網(wǎng)絡(luò)周邊連接方便 由上表可以看出虛擬儀器相對于傳統(tǒng)儀器的優(yōu)點，在實際檢測系統(tǒng)中虛擬儀器也表現(xiàn)了它具有優(yōu)越性的一面。因此，虛擬儀器充分發(fā)揮了計算機的作用，便于與計算機通信相結(jié)合來建立計算機網(wǎng)絡(luò)，組建復(fù)雜的測試系統(tǒng)。利用 DSP 及相應(yīng)的算法，將所生成的數(shù)據(jù)送入 D/A 轉(zhuǎn)換器，再經(jīng)信號調(diào)理產(chǎn)生所需的信號，又 可構(gòu)成虛擬儀器信號發(fā)生器。它把由廠家定義儀器功能的方式轉(zhuǎn)變?yōu)橛捎脩糇约憾x儀器功能，用戶可根據(jù)測試功能的需要，自己設(shè)計所需要的儀器系統(tǒng)，只要將具有一種或多種功能的通用模塊相結(jié)合，并且調(diào)用不同功能的軟件模塊，就能組成不同的儀器功能。這么多的儀器不僅價格昂貴、體積大、占用空間，而且相互連接起來費事。 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器相比，在概念和功能上有重大突破。因此，虛擬儀器最重要、最核心的技術(shù)是虛擬儀器軟件開發(fā)環(huán)境。最簡單的是基于 PC 總線的插卡式儀器，也包括帶 GPIB 接口和串行接口的儀器；另一類是用于高可靠性的關(guān)鍵任務(wù)，如航空、航天、國防等應(yīng)用的儀器系統(tǒng)，由計算機統(tǒng)一管理、統(tǒng)一操作。 虛擬儀器的組成 虛擬儀器包括硬件和軟件兩個基本要素。虛擬儀器實質(zhì)上是軟硬結(jié)合、虛實結(jié)合的產(chǎn)物，是充分利用最新的計算機技術(shù)來實現(xiàn)和擴展傳統(tǒng)儀器的功能。用戶通過鼠標或鍵盤操作軟面板來進行操作，操作方便，易于掌握 。虛擬儀器控制功能強，有自動調(diào) 零、自動調(diào)節(jié)量程、自動轉(zhuǎn)換極性和自動校準 等 功能。 虛擬儀器技術(shù)利用 PC 機高速數(shù)據(jù)采集和處理能力，對被測對象進行數(shù)據(jù)采集、分析、存儲、顯示等。 1986 年美國國家 儀器公司首先提出了虛擬儀器的概念。虛擬儀器技術(shù)是 20世紀 90 年代計算機系統(tǒng)和儀器系統(tǒng)技術(shù)革命的產(chǎn)物，它在測試測量與控制領(lǐng)域中占有重要地位 ，并正成為當(dāng)今世界流行的儀器構(gòu)成方案。該系統(tǒng)可實現(xiàn)位移數(shù) 據(jù)采集、顯示、存儲及回放等功能。 本課題的研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面： ⑴ 熟悉位移傳感器的種類、結(jié)構(gòu)及工作原理，重點掌握電渦流傳感器的結(jié)構(gòu)、原理和特性。 本課題的任務(wù) 本設(shè)計是基于電渦流傳感器 的 虛擬式微位移測試系統(tǒng)，被檢測的參數(shù)是幾毫米的位移信號，很小的位移信號需要先進的檢測設(shè)備才能精確地測量。 本課題研究 目的是 將虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用 到 傳感器實驗臺的硬件驅(qū)動、數(shù)據(jù)采集、結(jié)果分析、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)輸出等 ， 改變了傳統(tǒng)的設(shè)計方法 ， 實現(xiàn)了對傳感器實驗臺的基于虛擬儀器思想的程控 ， 對虛擬儀器技術(shù)在控制領(lǐng)域的應(yīng)用提供一個全新的開始。 徹底打破了傳統(tǒng)儀器由廠家定義、用戶無法改變的模式，使測控儀器發(fā)生了巨大變革。 隨著 電子技術(shù) 、計算機技術(shù)的高速發(fā)展及其在電子測量技術(shù)與儀器領(lǐng)域中的應(yīng)用 ,新的測試理論、測試方法、測試領(lǐng)域以及儀器結(jié)構(gòu)不斷出現(xiàn) ， 電子測量儀器的功能和作用也發(fā)生了質(zhì)的變化 ， 計算機處于核心地位 ， 計算機軟件技術(shù)和測試系統(tǒng)更緊密地結(jié)合成一個有機整體 ， 儀器的結(jié)構(gòu)概念和設(shè)計觀念等都發(fā)生了突破性的變化。 傳統(tǒng)的 參數(shù)檢測系統(tǒng)以硬件為核心 ， 系統(tǒng)體積龐大 ， 功能單一 ， 成本高 ， 調(diào)試周期長 ， 運行可靠性受到制約 ， 而且系統(tǒng)的更改、升級都涉及硬件電路和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的改動 ， 不符合現(xiàn)代儀器技術(shù)的發(fā)展方向。眾 所周知 ，儀器是 生產(chǎn) 的基礎(chǔ) ,要保證這些測試 系統(tǒng) 的質(zhì)量 ， 就要同時購置多套先進而昂貴的儀器。 LabVIEW。 關(guān)鍵詞： 電渦流傳感器 ； 位移檢測； LabVIEW；虛擬儀器 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） The virtual test system design of Microdisplacement Based on Eddy current sensor Abstract At present, most of the displacement control system for detecting the use of traditional measuring instruments. Most of its functions are curable by the hardware or software to achieve, but only through the definition of the manufacturers, set up, its functions and spe