虛擬儀器的應(yīng)用

1、實(shí)驗(yàn)報告實(shí)驗(yàn)題目基于虛擬儀器技術(shù)的渦流傳感器位移測量實(shí)驗(yàn)專 業(yè)測控技術(shù)與儀器班級儀112班學(xué) 號 3110241032學(xué)生王金利同組人王俊俊，王琦指導(dǎo)教師晏克俊2014 年實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)是利用所學(xué)虛擬儀器編程實(shí)現(xiàn)渦流傳感器位移特性的測量，渦流傳感 器的基本工作系統(tǒng)由探頭，前置器以及被測體構(gòu)成，當(dāng)前置器中高頻振蕩電流通 過延伸電纜流入探頭線圈時由電磁感應(yīng)定律可知，交變電流會在探頭頭部的線圈 中產(chǎn)生交變磁場。當(dāng)有被測金屬體靠近這一磁場時在金屬表面會產(chǎn)生感應(yīng)電流， 由于其呈漩渦狀故稱之為電渦流。與此同時該電渦流場也會產(chǎn)生一個與頭部線圈 方向相反的交變磁場與其反作用，以使得頭部線圈的高頻電流幅度和相位

2、得到改 變，這一改變與金屬導(dǎo)體的磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率、線圈的幾何形狀、幾何尺寸、電流 頻率以及頭部線圈到金屬導(dǎo)體表面的距離等參數(shù)有關(guān)。當(dāng)控制金屬導(dǎo)體的磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率等參數(shù)相同時，電渦流的強(qiáng)度大小就只與 頭部線圈到金屬導(dǎo)體表面的距離有關(guān)，通過前置器電子線路的處理，即可將頭部 線圈與金屬導(dǎo)體之間距離的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化，輸出信號的大小歲探頭到被 測體便面之間的間距而變化，電渦流傳感器根據(jù)這一原理實(shí)現(xiàn)對金屬物體位移的 測量。虛擬儀器是在以計算機(jī)為核心的硬件平臺上配備相應(yīng)的板卡，由用戶設(shè)計 定義，具有虛擬面板，其測試功能由軟件實(shí)現(xiàn)的一種計算機(jī)儀器系統(tǒng)。本次實(shí)驗(yàn) 通過對被測的電渦流相應(yīng)電壓強(qiáng)度的變化量信號的

3、采集和分析利用波形圖、波形 圖表和數(shù)字表格形象生動的描述出渦流傳感器的位移特性。并利用虛擬儀器所編 程序完成對電渦流傳感器的靈敏度、非線性度、最大偏差、最大位移等參數(shù)的測 量。二、實(shí)驗(yàn)儀器1：帶虛擬儀器軟件的計算機(jī)一臺;2： NI6014數(shù)據(jù)采集卡；3：數(shù)字萬用表；4：渦流傳感器實(shí)驗(yàn)平臺。三、實(shí)驗(yàn)步驟1：首先進(jìn)行實(shí)驗(yàn)編程，利用LabVIEW軟件畫圖并設(shè)置DAQ助 手。2：按照實(shí)驗(yàn)原理圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)電路的連接，連接數(shù)據(jù)采集卡。3：在 Measurements&Automation Explorer 軟件上進(jìn)行外部設(shè)備和端口的設(shè)置為實(shí)驗(yàn)開始做準(zhǔn)備。4：開啟電源，打開程序軟件點(diǎn)擊run運(yùn)行程序，每次位移

4、0.5mm 進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集記錄20點(diǎn)，利用程序進(jìn)行數(shù)據(jù)的線性擬合最后用 XY圖畫出記錄曲線和擬合曲線并計算最大輸出、最小值，非線性度、 最大偏差、靈敏度等參數(shù)。5：對實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行分析驗(yàn)證數(shù)據(jù)結(jié)果的可靠性，加 以改進(jìn)程序使系統(tǒng)更加智能化、人性化并重新調(diào)試記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與之 前測得結(jié)果進(jìn)行比對加以分析。6：待實(shí)驗(yàn)完畢后關(guān)閉電源并整理實(shí)驗(yàn)臺。四、實(shí)驗(yàn)硬件介紹渦流傳感器：通過交變電流的線圈產(chǎn)生交變磁場，當(dāng)金屬體處在交變磁場時，根據(jù)電磁 感應(yīng)原理，金屬體內(nèi)產(chǎn)生電流，該電流在金屬體內(nèi)自行閉合，并呈旋渦狀，故稱為渦流。渦 流的大小與金屬導(dǎo)體的電阻率、導(dǎo)磁率、厚度、線圈激磁電流頻率及線圈與金屬體表面

5、的距 離X等參數(shù)有關(guān)。電渦流的產(chǎn)生必然要消耗一部分磁場能量，從而改變激磁線圈阻抗，渦流 傳感器就是基于這種渦流效應(yīng)制成的。電渦流工作在非接觸狀態(tài)（線圈與金屬體表面不接 觸），當(dāng)線圈與金屬體表面的距離X以外的所有參數(shù)一定時可以進(jìn)行位移測量。數(shù)據(jù)采集板卡:是指從傳感器和其它待測設(shè)備等模擬和數(shù)字被測單元中自動采非電量或 者電量信號，送到上位機(jī)中進(jìn)行分析，處理。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是結(jié)合基于計算機(jī)或者其他專用 測試平臺的測量軟硬件產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)靈活的、用戶自定義的測量系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集卡，即實(shí)現(xiàn) 數(shù)據(jù)采集(DAQ)功能的計算機(jī)擴(kuò)展卡，可以通過USB、PXI、PCI、PCI Express、火線(1394)、 PCMC

6、IA、ISA、Compact Flash、485、232、以太網(wǎng)、各種無線網(wǎng)絡(luò)等總線接入個人計算 機(jī)。本實(shí)驗(yàn)所采用的數(shù)據(jù)采集板卡數(shù)據(jù)采集(NI6014)是由研華生產(chǎn)的從傳感器和其它待測 設(shè)備等模擬和數(shù)字被測單元中自動采非電量或者電量信號，送到上位機(jī)(PC機(jī)，嵌入式控 制器等)中進(jìn)行分析、處理。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是結(jié)合基于計算機(jī)或者其他專用測試平臺的測量 軟硬件產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)靈活的、用戶自定義的測量系統(tǒng)。其為68通道的差分型數(shù)據(jù)采集板卡。AISAIQ*11Al OmD械A(chǔ)lff出1口%AI3i30twAIGNDAIGNDAli：l禹14岳62Al SENSEAIUNU2761Al 12閔13:胡CTAl

7、5 ai eDAleE構(gòu)內(nèi)I右Nd之Al 14有116如AITAOOAJGWAO15&AOODNC2054AQCWDP04CGNDD C5ND IB時PO.DPC.Tflro.sP0616沁DGND GND15如RE2*5VI*40PG.713VPtt.3l：-4氣Ai HQIQ dWPFlCrAISTAATTPiGI I邑&EXT STROBEPFI11/AIREF TRIG| toDGNDDGND943FFliWlCONVaK桔V8如牛 虧 nt1 sftCTPfiTRi WEPFIS| CTR 1 OUTPf I 由心 STRT TRIG典DGNDDGNDp3&RFirfAJSAWPCL

8、K代11 9a；th a cwrr337PflBiCTRaSHCgThq 如236ggFREOOUTI35DGWD二實(shí)驗(yàn)使用的數(shù)據(jù)采集卡型號為NI 6014，其基本特性如下:200kS/s的采樣率、16位精度的16路模擬輸入；2路模擬輸出、16位精度(只指PCI-6014)；數(shù)字觸發(fā)；4組不同的模擬輸入范圍；其引腳圖如上圖。五、實(shí)驗(yàn)編程前面板:3110241032時間位移12014/10/30 15:49:440.000-0.00091622014/10/30 15:49:460.5000.39489732014/10/30 15:49:471.0000.92041042014/10/30 1

9、5:49:491.5001.46087652014/10/30 15:49:502.0002.03796462014/10/30 15:49:522.5002.61657712014/10/30 15:49:543.0003.201294S2014/10/30 15:50:253.5003.761597g2014/10/30 15:50:264.0004.298706102014/10/30 15:50:284.5004.816895程序框圖:A卡唾慳旦六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理（數(shù)據(jù)及曲線）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：序號時間位移電壓12014/10/30 15490-0. 00091622014/10/30 154

10、90. 50. 39489732014/10/30 154910. 9204142014/10/30 15491. 51.46087652014/10/30 154922. 03796462014/10/30 15492. 52. 61657772014/10/30 154933. 20129482014/10/30 15503. 53. 76159792014/10/30 155044. 298706102014/10/30 1550:284. 54. 816895數(shù)據(jù)處理：設(shè)擬合直線方程為y=Kx+B1）最小二乘法擬合直線的原理就是使錯誤！未找到引用源。為 最小錯誤！未找到引用源。二錯誤！未找到引用源。 =min就是使錯誤！未找到引用源。對K和B一階偏導(dǎo)數(shù)等于零K二錯誤！未找到引用源。B=錯誤！未找到引用源。靈敏度二K相對誤差二錯誤！未找到引用源。2）若實(shí)際校準(zhǔn)測試點(diǎn)有n個，則第i個校準(zhǔn)數(shù)據(jù)與擬合直線響 應(yīng)值之間的殘差為:錯誤！未找到引用源。i=Yi-（KXi+B）最小二乘法擬合曲線:七、實(shí)驗(yàn)分析渦流傳感器的各參數(shù)如下：最大偏差：0.121693V極差（電壓）：4.81781V靈敏度：1.09931V/mm非線性度：2.70429%通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理得出以上結(jié)果，線性誤差比較小，從顯示圖線上可 以看出本次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較為精確，究其原因是操