基于DRVI虛擬儀器平臺的光電轉(zhuǎn)速計設(shè)計

1、 創(chuàng)新實踐課程設(shè)計 課題名稱：基于DRVI虛擬儀器平臺的光電轉(zhuǎn)速計設(shè)計 專業(yè)： 測控技術(shù)與儀器 班級： 120815 姓名： 譚元洪 學(xué)號： 12081413 指導(dǎo)教師：楊琳瑜目錄前言1一DRVI可重構(gòu)虛擬儀器實驗平臺簡介2二基本原理31轉(zhuǎn)速與頻率32傳感器基本原理3三實驗儀器與實驗設(shè)計41.實驗設(shè)備介紹41.1DRHYF-12-A型光電轉(zhuǎn)速傳感器41.2快速可重組虛擬儀器平臺 (DRVI) 及多功能轉(zhuǎn)子實驗臺52.實驗設(shè)計63.測試7結(jié)束語8南昌航空大學(xué)前言 所謂傳感器是指“能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成?！庇袝r也被稱為換能器，變換

2、器，變送器或探測器。DRVI將傳感器與軟件結(jié)合了起來方便了實驗與使用。DRVI 是基于軟件總線和芯片結(jié)構(gòu)的快速可重組虛擬儀器 , 該儀器技術(shù)的主體為一個帶軟件控制線和數(shù)據(jù)線的軟主板 , 其上可插接軟內(nèi)存條、 軟儀表盤、 軟信號發(fā)生器、 軟信號處理電路、 軟波形顯示芯片等軟件芯片組 , 并能與 A/ D 卡、 I/ O 卡等信號采集硬件進行組合與連接 , 構(gòu)成一個能根據(jù)應(yīng)用需求快速重組的虛擬儀器。為提高軟件開發(fā)效率，許多大型應(yīng)用軟件開發(fā)中采用了基于軟件組件的開發(fā)方式。將組件用作軟件開發(fā)中的積木，以搭積木的方式裝配軟件系統(tǒng)，縮短軟件開發(fā)周期，降低維護成本。該技術(shù)使應(yīng)用程序開發(fā)由“程序=主程序+子程

3、序”演變?yōu)椤俺绦?構(gòu)件+構(gòu)件組裝”，程序開發(fā)重心從編寫代碼轉(zhuǎn)移到組件裝配。虛擬儀器組件的種類很多，組件接口形式隨組件的功能變化很大，給組件裝配接口的描述和裝配平臺的設(shè)計帶來較大困難。在深入研究的基礎(chǔ)上，我們針對虛擬儀器測量系統(tǒng)特點對組件化開發(fā)技術(shù)進行了簡化，提出一種簡明的用測量數(shù)據(jù)管線裝配的虛擬儀器模型。DRVI可重構(gòu)虛擬儀器實驗平臺的軟件就是以這種形式開發(fā)的。一DRVI可重構(gòu)虛擬儀器實驗平臺簡介1、概述DRVI可重構(gòu)虛擬儀器實驗平臺是華中科技大學(xué)何嶺松教授項目組和深圳市德普施科技有限公司聯(lián)合開發(fā)出的一種自主知識產(chǎn)權(quán)的新型裝配架構(gòu)的虛擬儀器，其設(shè)計思想是按照汽車和PC機的裝配式生產(chǎn)模式，將計算

4、機虛擬儀器測試系統(tǒng)分解為一個軟件裝配底盤和若干實現(xiàn)獨立功能的軟部件模塊。然后，根據(jù)測量任務(wù)需求，用軟體底盤把所需的軟部件模塊裝配起來，形成一個滿足特定需求的測試系統(tǒng)。當測試任務(wù)發(fā)生變化時，對軟體底盤上裝配的軟部件模塊進行重新組合和裝配就可以快速調(diào)整為另一個新的測量系統(tǒng)。DRVI的主體為一個帶軟件控制線和數(shù)據(jù)線的軟主板，其上可插接軟儀表盤、軟信號發(fā)生器、軟信號處理電路、軟波形顯示芯片等軟件芯片組，并能與A/D卡、I/O卡等信號采集硬件進行組合與連接。直接在以軟件總線為基礎(chǔ)的面板上通過簡單的可視化插/拔軟件芯片和連線，就可以完成對儀器功能的裁減、重組和定制，快速搭建一個按應(yīng)用需求定制的虛擬儀器測量

5、系統(tǒng)。圖1、虛擬儀器軟件總線結(jié)構(gòu)圖二基本原理1轉(zhuǎn)速與頻率本實驗主要是測試主軸的轉(zhuǎn)速根據(jù)所測量到的頻率f 來測定主軸的轉(zhuǎn)速即n=f x 60 n：轉(zhuǎn)速f: 頻率單位：轉(zhuǎn)/分 2傳感器基本原理傳感器（英文名稱：transducer/sensor）是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。在機械工程中對于非電量的測試 , 都是選用各種傳感器 , 把外界輸入的非電信號轉(zhuǎn)換 成電信號 , 然后將其輸入的電信號繼續(xù)輸送給后續(xù)的配套測量電路及終端裝置

6、, 以便進行 電信號的調(diào)理、 分析、 記錄或顯示。在整個環(huán)節(jié)中可以說傳感器是首當其中的裝置 。光電傳感器是各種光電檢測系統(tǒng)中實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件，它是把光信號（紅外、可見及紫外光輻射）轉(zhuǎn)變成為電信號的器件。它可用于檢測直接引起光量變化的非電量，如光強、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等；也可用來檢測能轉(zhuǎn)換成光量變化的其他非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應(yīng)變、位移、振動、速度、加速度，以及物體的形狀、工作狀態(tài)的識別等。光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成。三實驗儀器與實驗設(shè)計1.實驗設(shè)備介紹1.1DRHYF-12-A型光電轉(zhuǎn)速傳感器a.原理與外觀DRHYF-12-A型傳感器屬于反射

7、性光電開關(guān)類傳感器，在同一殼體內(nèi)裝有發(fā)射器和接受器，光從發(fā)射器中發(fā)射到被測物體的反光紙上，然后再反射回接受器，從而產(chǎn)生感應(yīng)。它利用光電轉(zhuǎn)換的原理，將旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)速通過DRHYF-12-A型傳感器轉(zhuǎn)換成與其相對應(yīng)的脈沖電信號送給二次儀表，進行頻率或轉(zhuǎn)速的測量。可以和我公司生產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集儀以及DRVI軟件配套使用，也可與別的廠家生產(chǎn)的其它類型的儀器配套使用。b.適用范圍和使用場合DRHYF-12-A型傳感器具有傳感器體積小，壽命長，不易損壞的特點，可廣泛用于非金屬及金屬的位置檢測。根據(jù)其結(jié)構(gòu)和性能特點，我們主要將它用于轉(zhuǎn)速測量等場合。c.主要技術(shù)性能指標1.工作電壓：+12V直流電壓 2.輸出脈沖

8、：0+5V 3.輸出阻抗：3004.測量范圍：1Hz1KHz 5.工作距離：100mm 6.動作指示：LED 紅7.出線方式：軸向電纜 8.使用溫度：-1060 9.貯存溫度：-207010.重 量：0.05kg 11.外型尺寸：20×81mme.使用方法12345輸出地+12V1. 將DRHYF-12-A型光電轉(zhuǎn)速傳感器的信號輸出端接入配套的藍津數(shù)據(jù)采集儀A/D通道中，傳感器的信號輸出采用五芯航空插頭，其輸出插頭的定義方式如右圖所示，各引腳定義為：1，輸出；2，地；5，+12V。2. 用所帶的磁力傳感器支架或其它的固定支架，將DRHYF-12-A型光電轉(zhuǎn)速傳感器固定好。3. 將被測

9、量的轉(zhuǎn)動體表面貼上反光的與轉(zhuǎn)動體背景色反差比較大的小標志物。調(diào)好傳感器的距離（4060mm）固定住。4. 然后打開數(shù)據(jù)采集儀，調(diào)節(jié)傳感器的靈敏度范圍，方法是用小號的一字起子調(diào)節(jié)傳感器尾部的螺絲（一般在出廠的時候已經(jīng)調(diào)整好，使用時有可能需要微調(diào)），同時輕輕撥動轉(zhuǎn)動體，到其上的紅色發(fā)光管隨著轉(zhuǎn)動體變化而明顯的熄滅或點亮為止。5. 當照在所貼標志上的光線發(fā)生變化時，DRHYF-12-A型光電轉(zhuǎn)速傳感器的接收光電管的輸出經(jīng)放大送給整形電路及積分電路后輸出，形成脈沖序列。6. 此時，打開DRVI虛擬儀器平臺，啟動DRVI虛擬儀器平臺中的轉(zhuǎn)速測量實驗?zāi)_本，即可進行轉(zhuǎn)速測量工作。1.2快速可重組虛擬儀器平臺

10、 (DRVI) 及多功能轉(zhuǎn)子實驗臺多功能轉(zhuǎn)子實驗臺是一個綜合性實驗臺架 , 在這個臺架上可以靈活的安裝振動、 轉(zhuǎn)速、 噪聲、 位移、 轉(zhuǎn)矩、 扭矩和力等機械參量測量的傳感器 , 進行綜合性的工程測試。 此系統(tǒng)可進行底座振動測試、 主軸轉(zhuǎn)速測試。 1.2.1 快速可重組虛擬儀器平臺 (DRVI) 及多功能轉(zhuǎn)子實驗臺2.實驗設(shè)計本測試采用光電傳感器測主軸轉(zhuǎn)速。測試方法是 : 在圓盤上貼上一小塊 1 平方厘米的反光紙 , 從光電傳感器發(fā)射一束入射光照到圓盤側(cè)面上 , 通過調(diào)節(jié)傳感器與軸的距離和擰傳感器上的調(diào)節(jié)扭使傳感器對軸不敏感 , 而對反光紙敏感 , 從而產(chǎn)生脈沖電壓或電流 , 通過計算單位時間內(nèi)

11、的脈沖個數(shù)來計算主軸轉(zhuǎn)速。 圖 2.1 計算機界面 數(shù)據(jù)采集芯片：Dim data(2030),a(2000) j2=j1GetArray 6000,1024,data Nextgate=150 dt=GetInterval(6000) k=0 If k>2 Thenj1=0 npoint=a(k-1)-a(1)j2=0 If npoint=0 ThenFor i = 0 to 500 npnoint=a(k)-a(1)If data (i)<=gte Then End IfJ1=1 t=dt*npointEnd If interval=t/(k-2)If data(i)>g

12、ata Then fre=1.0/intervalJ1=0 Speed=Fre*60End If Setline 2,freIf j2<j1 Then Setline 3,Speeda(k)=I End Ifk=k+1 If k<3 ThenEnd If Setline 2,0 Setline 3,0 End If3.測試1.撥動轉(zhuǎn)子實驗臺的開關(guān)為“開”。2.打開傳感器開關(guān)。3.用鼠標點擊電腦軟件開關(guān)按鈕為“開”狀態(tài)。得到如下顯示圖3.1 軟件顯示根據(jù)圖中的數(shù)據(jù)可知：頻率為25.706Hz主軸的轉(zhuǎn)速為1542.4轉(zhuǎn)/分。結(jié)束語計算機科學(xué)和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展和普及，有力地促進了多年來發(fā)展相對緩慢的儀器技術(shù)，促使了一個新型的儀器概念-虛擬儀器 (virtual instrument，vi)的出現(xiàn)。虛擬儀器技術(shù)的實質(zhì)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。虛擬儀器的基本構(gòu)成包括計算機、虛擬儀器軟件、硬件接口模塊等。