《傳感器與檢測技術》課程綜合實驗系統(tǒng)設計及實現(xiàn)

1、傳感器與檢測技術課程綜合實驗系統(tǒng)設計及實現(xiàn)工作機理、輸入輸出特性以及應用領域等內容。為了提高學生的基本技能和動手能力，加強學生對書本知識的理解并拓寬獲取知識的遹道，必須重視實驗教學。目前在傳統(tǒng)的傳感器實驗中，通過人工讀取實驗數據值或借助示波器顯示波形來分析實驗結果，各實驗單一、互換性差、具有較大的局限性。例如記錄的實瞼的數目較少、對實瞼只能做簡單的靈敏度和誤差分析、無法發(fā)揮計算機在實驗記錄、存儲和處理中的作用等，針對目前實驗現(xiàn)狀，本文提出建立基于LabVIEW的傳感器與檢測技術類課程綜合實驗系統(tǒng)，旨在實現(xiàn)實驗模塊的集成性、互換性和兼容性。1基于LabVIEW的實驗數據采集及分析系統(tǒng)該文設計的系

2、統(tǒng)基于CSY-3000系列傳感器與檢測技術試驗臺。該實驗臺的主要功能為可以進行電阻式、電感式、電容式、磁敏式、光電式等各種傳感器的性能特性以及測量實驗。實驗過程主要包括靜態(tài)數據測量和動態(tài)數據測量。靜態(tài)測量是指傳感器性能特性實驗中大的圖形化編程平臺1-3建立實驗采集及分析系統(tǒng)，系統(tǒng)的硬件結構及所包含的軟件測量通過改變測量系統(tǒng)傳感器的輸入量獲得對應輸出值來確定傳感器的靜態(tài)特性動態(tài)是指實驗中對傳感器輸入一個動態(tài)信號通過獲取輸出波形判斷傳感器的動態(tài)特性。設計的實采集設備，通過LabVIEW強驗系統(tǒng)實驗采用NIUSB-6229(BNC)數據采集卡作為婁功能如圖1所示。2靜態(tài)測量系統(tǒng)靜態(tài)測量系統(tǒng)以應變片性

3、能實驗為例。應變片性能實驗通過在傳感器托盤中放置祛碼，對托盤下面的懸臂梁施加向下的力，使粘貼在懸臂梁上方和下方的應變片產生應變甩阻值變化,運用電橋測量電路將應變片電阻值的變化轉換為電壓值的變化，記錄每增加一個碳碼（20g）時電壓的輸出值。通過計算輸出曲線的靈敏度和非線性誤差來分析應變片的特性。該靜態(tài)測量系統(tǒng)的前面板設計如圖2所示，對應的程序框圖如圖3所示，主要包括實驗采集和數據處理兩大部分。2.1實驗采集首先，要對數據采集進行參數設置，包括物理通道的選擇，輸入最大值和最小值的設置，以及采集的保存路徑設置，方便之后的無論是該測量系統(tǒng)中數據處理部分，還是使用其他軟件（例如MATLAB等）對采集到的

4、數據進行處理。當在托盤中放置碳碼后,在前面板中輸入所加祛碼質量，此時就可點擊啟動開始測量電壓值，電壓波形圖表實時顯示所測電壓曲線，當曲線基本趨于平穩(wěn)時便可點擊停止并保存;按鈕，將該祛碼質量對應的電壓值保存2.2起來。處理數據處理的主要目的是利用保存得到的數據分析應變片的靜態(tài)特性。選取合適的擬合方法，進行直包括最小二乘擬合法、斷點鏈接擬合法、斷點平移擬合法等，通過對加載的實驗類線擬合，得到應變式傳感器的輸出靈敏度以及非線性誤差。3動態(tài)測量系統(tǒng)動態(tài)測量系統(tǒng)以應變片的振動測量實驗為例進行說明。當粘貼有應變片的振動梁受到一定力的作用而產生振動時，應變片會因而產生與振動相似的阻值相對變化量，之后經過由振

5、蕩器提供電源的電橋電路，該交流電橋相當于一個調制電路，將應變片的相對變化量調制成一個微弱的調幅波。該調幅波后又經過差動放大器放大、相敏檢波電路解調以及低通濾波器濾除高頻的載波成分就可以獲得應變片的阻值相對變化量曲線也就是振動梁的振動位移曲線。該動態(tài)測量實驗的整個過程可以說是對波形的測量，因而，應變式傳感器振動測量實驗測量系統(tǒng)的設計相當于一個虛擬的示波器設計。該動態(tài)測量系統(tǒng)的前面板設計如圖4所示，對應的程序框圖如圖5所示。該動態(tài)測量系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)示波器有很多優(yōu)點。首先，可以通過添加物理通道實現(xiàn)對多路信號的測量，而不僅局限于傳統(tǒng)的雙蹤示波器的雙線測量。傳統(tǒng)示波器的垂直增益調節(jié)是通過調節(jié)垂直通道后級

6、放大器的反饋和直流電平實現(xiàn)的，思寸放大器增益的調節(jié)，而該動態(tài)測量系統(tǒng)中的垂直增益調節(jié)是針對顯示波形的坐標圖縱坐標軸刻度的范圍的調節(jié)水平增益調節(jié)是通過改變數據采集卡每次采樣點數來實現(xiàn)的。該動態(tài)測量系統(tǒng)可以直接顯示出所測量波形的例如周期、頻率、峰峰值等時域信息。4結語針對傳統(tǒng)的傳感器與檢測技術實驗存在的局限性，設計了一種基于LabV正W的傳感器與檢測技術實驗數據采集及分析系統(tǒng)。利用LabVIEW強大的圖形化編程功能，設計了傳感器靜態(tài)測量系統(tǒng)和動態(tài)測量系統(tǒng)，實現(xiàn)了實驗過程中實驗數據的采集、存儲以及實驗數據的處理，發(fā)揮了計算機在傳感器實驗中的巨大作用。參考文獻蔣海燕，宋慶軍，謝統(tǒng)顏.傳感器與檢測技術的網絡實驗室構建幾實驗室研究與探索，2014,33(1):17-19.2徐繼寧，邵雅超.基于虛擬儀器的聲音信號采集分析系統(tǒng)J.測控技術，2014,33(1):12-14.3NationalInstrumentsChina.基于LabView構建遠程實驗室技術指導書EB/OL.N1公司官方網站，2012.采集研究仍,