電子信息技術(shù)及儀器

1、電子信息技術(shù)及儀器 期末論文姓名與學(xué)號(hào) 巴聰 3090101748 指導(dǎo)教師 黃海 教授 年級(jí)與專業(yè) 工科 大一 所在學(xué)院 求是學(xué)院 Part 1（基本概念，30%）（1）敏感元件（Sensor）：敏感元件指傳感器中能直接感受被測量的部分，它能直接感受被測非電量，并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成與被測量有確定關(guān)系的其它量。（2）DSP:即數(shù)字信號(hào)處理器，是專門為快速實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法而設(shè)計(jì)的、具有特殊結(jié)構(gòu)的微處理器。對(duì)信號(hào)進(jìn)行高速數(shù)字處理的超大規(guī)模集成電路。具有比通用微處理器高得多的處理速度,用于信號(hào)的濾波、相關(guān)、均衡、變換、調(diào)制解調(diào)和編碼解碼等實(shí)時(shí)處理。（3）負(fù)反饋控制:負(fù)反饋控制是指實(shí)施的結(jié)果反抗

2、和削弱了被控系統(tǒng)現(xiàn)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)的控制。（4）嵌入式系統(tǒng)：完全嵌入受控器件內(nèi)部或?qū)ο篌w系中，為特定應(yīng)用而設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)控制、監(jiān)視或輔助設(shè)備、機(jī)械和車間運(yùn)行。 （5）采樣保持（S/H）：采樣保持電路是用在模擬/數(shù)字（A/D）轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的一種電路，作用是采集模擬輸入電壓在某一時(shí)刻的瞬時(shí)值，并在模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換期間保持輸出電壓不變，以供模數(shù)轉(zhuǎn)換。 （6）FPGA：即現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA, Field Programmable Gate Array），是一個(gè)含有可編輯元件的半導(dǎo)體設(shè)備，可供使用者程式化的邏輯門元件。Part2（設(shè)計(jì)，70%）題目1：設(shè)計(jì)一個(gè)遠(yuǎn)程機(jī)器設(shè)備在線振動(dòng)監(jiān)測

3、的儀器系統(tǒng)。具體要求： 1、設(shè)計(jì)儀器系統(tǒng)的主要功能； 2、畫出整個(gè)系統(tǒng)的原理方案框圖； 3、說明框圖中每個(gè)部分的原理； 4、選擇傳感器； 5、設(shè)計(jì)系統(tǒng)的通信方式。險(xiǎn)性。簡要步驟介紹如下： 右圖是該系統(tǒng)的第一個(gè)部分，為采集機(jī)器設(shè)備的振動(dòng)信號(hào)，振動(dòng)傳感器由三個(gè)壓電型加速度傳感器共同組成，它們分別可以監(jiān)測X,Y,Z三個(gè)方向上的加速度。傳感器將振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)調(diào)理板（這里選用SC2075）的調(diào)整與放大，由數(shù)采卡（根據(jù)題目要求，本設(shè)計(jì)的目的在于遠(yuǎn)程在線動(dòng)態(tài)監(jiān)測機(jī)器設(shè)備的振動(dòng)情況，該系統(tǒng)以微型計(jì)算機(jī)為核心,在傳感器、數(shù)據(jù)采集卡等的配合下,完成振動(dòng)監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理等功能。并通過計(jì)算機(jī)直

4、接顯示實(shí)時(shí)的振動(dòng)波形圖和頻譜波形圖。這套系統(tǒng)對(duì)確保機(jī)器設(shè)備的安全正常運(yùn)行具有重要意義：不僅能在機(jī)器設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)發(fā)現(xiàn)避免損失或危險(xiǎn)，同時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測的設(shè)計(jì)又能大大減少傳統(tǒng)監(jiān)測的危 數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收可采用LabVIEW中的Data Socket技術(shù)，用戶計(jì)算機(jī)接收數(shù)據(jù)后對(duì)收到的電信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波處理，計(jì)算機(jī)通過積分和頻譜分析，可以得到速度，幅值，位移，實(shí)時(shí)振動(dòng)頻率等數(shù)據(jù)，用戶端軟件得到這些數(shù)據(jù)后可以實(shí)時(shí)輸出，也這里選用NI的PCI6024E）進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，在將模擬量（電信號(hào)）轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)后通過PCI總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?？梢砸圆ㄐ螆D等跟直觀的形式輸出，或者設(shè)置一些參數(shù)，當(dāng)振動(dòng)超過規(guī)定時(shí)計(jì)算機(jī)可

5、以報(bào)警。下面具體介紹上述各步原理與各儀器功能：1，傳感器：這里采用了三個(gè)壓電式傳感器，即利用壓電效應(yīng)（某些電介質(zhì)材料受壓變形時(shí)，與外力垂直兩表面帶相反電荷，去除外力后又能回復(fù)不帶電狀態(tài)的現(xiàn)象）制成的測量壓力和加速度的傳感器，本系統(tǒng)中它能將加速度信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)（仍是模擬信號(hào)）。但往往壓電式傳感器輸出信號(hào)較弱而且內(nèi)阻很高，所以常常在其中內(nèi)置一個(gè)電信號(hào)放大器（如BZ1185型），這樣提高了測試精度和可靠度。2,信號(hào)調(diào)整板：實(shí)際上壓電式傳感器即使有內(nèi)置的放大器其輸出電信號(hào)仍然存在干擾而且較為微弱，信號(hào)調(diào)整板可以對(duì)其輸出的電信號(hào)進(jìn)行調(diào)理、放大、濾波，使之成為1-5V，4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)，以便于數(shù)

6、據(jù)采集卡的A/D轉(zhuǎn)換與處理。3，數(shù)據(jù)采集卡：是本系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)，它將通過信號(hào)調(diào)整板調(diào)整后的電信號(hào)（模擬信號(hào)）轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的數(shù)字信號(hào)，也就是完成了關(guān)鍵的模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）。本系統(tǒng)中采用的PCI數(shù)據(jù)采集卡是PCI總線數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品，可以直接插入具備PCI插槽的微型計(jì)算機(jī)，相對(duì)較為方便。4，傳輸部分：由于是遠(yuǎn)程監(jiān)測，有線常常不夠方便，這個(gè)系統(tǒng)中我采用了無線的方式:如圖，數(shù)采卡插在從機(jī)上，從機(jī)接受數(shù)據(jù)后通過無線收發(fā)將數(shù)據(jù)傳送給主機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測，用戶在主計(jì)算機(jī)上獲取信息。5，軟件部分：計(jì)算機(jī)上的軟件部分，要求它能處理獲得的數(shù)字信號(hào)：首先通過對(duì)加速度積分獲得速度，再次積分得到位移，然后實(shí)現(xiàn)振動(dòng)量（位移隨時(shí)間變化曲線）的顯示輸出；然后通過與預(yù)設(shè)參數(shù)對(duì)比，當(dāng)振動(dòng)數(shù)據(jù)超過預(yù)設(shè)參數(shù)時(shí)提供警告；通過一段時(shí)間的連續(xù)監(jiān)測，獲得振動(dòng)變化趨勢分析等功能。以上就是我設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程機(jī)器設(shè)備在線振動(dòng)監(jiān)測的儀器系統(tǒng)，雖然設(shè)計(jì)過程十分艱難，看了很多并不容易理解的論文。但是在這個(gè)過程中我確實(shí)學(xué)到了很多東西，文章寫了很久但是可能還是會(huì)有錯(cuò)誤，希望老師指正。參考文獻(xiàn)：1，機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測虛擬儀器系統(tǒng)的研究陳會(huì)蓮等2，基于虛擬儀