基于DRVI虛擬儀器平臺(tái)的光電轉(zhuǎn)速計(jì)設(shè)計(jì)

1、 創(chuàng)新實(shí)踐課程設(shè)計(jì) 課題名稱：基于DRVI虛擬儀器平臺(tái)的光電轉(zhuǎn)速計(jì)設(shè)計(jì) 專業(yè)： 測控技術(shù)與儀器 班級(jí)： 120815 姓名： 譚元洪 學(xué)號(hào)： 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(shí)驗(yàn)平臺(tái)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(shí)驗(yàn)儀器與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)41.實(shí)驗(yàn)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(tái) (DRVI) 及多功能轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)52.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成?！庇袝r(shí)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(shí)驗(yàn)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(gè)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(hào)發(fā)生器、 軟信號(hào)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(hào)采集硬件進(jìn)行組合與連接 , 構(gòu)成一個(gè)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(hù)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(tái)的設(shè)計(jì)帶來較大困難。在深入研究的基礎(chǔ)上，我們針對(duì)虛擬儀器測量系統(tǒng)特點(diǎn)對(duì)組件化開發(fā)技術(shù)進(jìn)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)簡介1、概述DRVI可重構(gòu)虛擬儀器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是華中科技大學(xué)何嶺松教授項(xiàng)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(shí)產(chǎn)權(quán)的新型裝配架構(gòu)的虛擬儀器，其設(shè)計(jì)思想是按照汽車和PC機(jī)的裝配式生產(chǎn)模式，將計(jì)算

4、機(jī)虛擬儀器測試系統(tǒng)分解為一個(gè)軟件裝配底盤和若干實(shí)現(xiàn)獨(dú)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(gè)滿足特定需求的測試系統(tǒng)。當(dāng)測試任務(wù)發(fā)生變化時(shí)，對(duì)軟體底盤上裝配的軟部件模塊進(jìn)行重新組合和裝配就可以快速調(diào)整為另一個(gè)新的測量系統(tǒng)。DRVI的主體為一個(gè)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(hào)發(fā)生器、軟信號(hào)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(hào)采集硬件進(jìn)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(duì)儀器功能的裁減、重組和定制，快速搭建一個(gè)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(shí)驗(yàn)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(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。在機(jī)械工程中對(duì)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(hào)轉(zhuǎn)換 成電信號(hào) , 然后將其輸入的電信號(hào)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(jìn)行 電信號(hào)的調(diào)理、 分析、 記錄或顯示。在整個(gè)環(huán)節(jié)中可以說傳感器是首當(dāng)其中的裝置 。光電傳感器是各種光電檢測系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件，它是把光信號(hào)（紅外、可見及紫外光輻射）轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)的器件。它可用于檢測直接引起光量變化的非電量，如光強(qiáng)、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(dòng)、速度、加速度，以及物體的形狀、工作狀態(tài)的識(shí)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(shí)驗(yàn)儀器與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)1.實(shí)驗(yàn)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(duì)應(yīng)的脈沖電信號(hào)送給二次儀表，進(jìn)行頻率或轉(zhuǎn)速的測量?？梢院臀夜旧a(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(diǎn)，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(diǎn)，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(biāo)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(dòng)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(hào)輸出端接入配套的藍(lán)津數(shù)據(jù)采集儀A/D通道中，傳感器的信號(hào)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(dòng)體表面貼上反光的與轉(zhuǎn)動(dòng)體背景色反差比較大的小標(biāo)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(hào)的一字起子調(diào)節(jié)傳感器尾部的螺絲（一般在出廠的時(shí)候已經(jīng)調(diào)整好，使用時(shí)有可能需要微調(diào)），同時(shí)輕輕撥動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)體，到其上的紅色發(fā)光管隨著轉(zhuǎn)動(dòng)體變化而明顯的熄滅或點(diǎn)亮為止。5. 當(dāng)照在所貼標(biāo)志上的光線發(fā)生變化時(shí)，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(shí)，打開DRVI虛擬儀器平臺(tái)，啟動(dòng)DRVI虛擬儀器平臺(tái)中的轉(zhuǎn)速測量實(shí)驗(yàn)?zāi)_本，即可進(jìn)行轉(zhuǎn)速測量工作。1.2快速可重組虛擬儀器平臺(tái)

10、 (DRVI) 及多功能轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)多功能轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)是一個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)臺(tái)架 , 在這個(gè)臺(tái)架上可以靈活的安裝振動(dòng)、 轉(zhuǎn)速、 噪聲、 位移、 轉(zhuǎn)矩、 扭矩和力等機(jī)械參量測量的傳感器 , 進(jìn)行綜合性的工程測試。 此系統(tǒng)可進(jìn)行底座振動(dòng)測試、 主軸轉(zhuǎn)速測試。 1.2.1 快速可重組虛擬儀器平臺(tái) (DRVI) 及多功能轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)2.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(duì)軸不敏感 , 而對(duì)反光紙敏感 , 從而產(chǎn)生脈沖電壓或電流 , 通過計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)

11、的脈沖個(gè)數(shù)來計(jì)算主軸轉(zhuǎn)速。 圖 2.1 計(jì)算機(jī)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(dòng)轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)的開關(guān)為“開”。2.打開傳感器開關(guān)。3.用鼠標(biāo)點(diǎn)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(jì)算機(jī)科學(xué)和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展和普及，有力地促進(jìn)了多年來發(fā)展相對(duì)緩慢的儀器技術(shù)，促使了一個(gè)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(shí)質(zhì)是充分利用最新的計(jì)算機(jī)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展傳統(tǒng)儀器的功能。虛擬儀器的基本構(gòu)成包括計(jì)算機(jī)、虛擬儀器軟件、硬件接口模塊等。