傳感器技能實(shí)習(xí)

1、傳感器與測(cè)試技術(shù)技能實(shí)習(xí)學(xué)院： 工學(xué)部 班級(jí)： 姓名： 指導(dǎo)老師： 實(shí)訓(xùn)時(shí)間： 目錄技能實(shí)習(xí)內(nèi)容及要求3測(cè)量原理測(cè)試系統(tǒng)組成.硬件的選用·.硬件電路設(shè)計(jì).軟件設(shè)計(jì) 程序設(shè)計(jì).運(yùn)行界面截圖·.小結(jié) ·一、 技能實(shí)習(xí)內(nèi)容及要求（一）.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：基于環(huán)形輸送帶模塊，設(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)，能對(duì)通過某工位的元件按照材料（金屬或非金屬）進(jìn)行計(jì)數(shù)：并測(cè)量輸送線的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速只能處于一個(gè)速度范圍之內(nèi)，若超出，則報(bào)警，并輸出一個(gè)數(shù)字停止信號(hào)。另外，軟件能對(duì)轉(zhuǎn)速大小進(jìn)行控制。（二）.實(shí)驗(yàn)要求：1.提出設(shè)計(jì)方案（提出測(cè)量原理，選用傳感器，構(gòu)建測(cè)試系統(tǒng)）2.設(shè)計(jì)測(cè)量電路（轉(zhuǎn)速測(cè)量電路及制作）3

2、.測(cè)試軟件設(shè)計(jì)利用Labview或其他開發(fā)程序（VB VC等），設(shè)計(jì)測(cè)量軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析。4.調(diào)試5.撰寫綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告二、 總體方案設(shè)計(jì)環(huán)形輸送帶轉(zhuǎn)速測(cè)量和計(jì)數(shù)系統(tǒng)，基于環(huán)形輸送帶模塊，對(duì)工位元件計(jì)數(shù)，用光電傳感器測(cè)量工位元件的總個(gè)數(shù)，用電渦流傳感器測(cè)試金屬元件個(gè)數(shù)，用霍爾傳感器測(cè)量環(huán)形輸送帶頻率f,通過頻率f得出環(huán)形輸送帶轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)形輸送帶轉(zhuǎn)速測(cè)量和計(jì)數(shù)1測(cè)量原理:1）霍爾傳感器側(cè)轉(zhuǎn)速原理霍爾傳感器是基于霍爾效應(yīng)的一種傳感器。1879年美國(guó)物理學(xué)家霍爾首先在金屬材料中發(fā)現(xiàn)了霍爾效應(yīng)，但由于金屬材料的霍爾效應(yīng)太弱而沒有得到應(yīng)用，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，開始用半導(dǎo)體材料制成霍爾元件，由

3、于他的霍爾效應(yīng)顯著而得到了應(yīng)用和發(fā)展.霍爾傳感器的磁敏元件對(duì)磁場(chǎng)敏感，能將磁學(xué)物理量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)?；魻栃?yīng)的產(chǎn)生是由于運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到洛倫茲力作用的結(jié)果?；魻栐话阌砂雽?dǎo)體材料組成。將霍爾元件 放大器 溫度補(bǔ)償電路及穩(wěn)壓電源集成于一個(gè)芯片上所構(gòu)成的線性霍爾傳感器。霍爾傳感器。霍爾傳感器測(cè)速原理： 電流的測(cè)量采用磁平衡式霍爾電流傳感器 傳感器可測(cè)量從直流到100kHz的交流量在自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)中,常需要測(cè)量和顯示有關(guān)電參量。目前大多數(shù)測(cè)量系統(tǒng)仍采用變壓器式電壓、電流互感器,由于互感器的非理想性,使得變比和相位測(cè)量都存在較大的誤差,常需要采用硬件或軟件的方法補(bǔ)償,從而增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。 采用霍

4、爾檢測(cè)技術(shù),可以克服互感器這些缺點(diǎn),能測(cè)量從直流到上百千赫茲的各種形狀的交流信號(hào),并且達(dá)到原副邊不失真?zhèn)鬟f。 因此霍爾傳感器已廣泛應(yīng)用于微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)及智能儀表中,是替代互感器的新一代產(chǎn)品。在此提出了利用霍爾傳感器對(duì)電參量特別是對(duì)高電壓、大電流的參數(shù)的測(cè)量?；魻杺鞲衅鳒y(cè)速原理： 霍爾器件是由半導(dǎo)體材料制成的一種薄片，器件的長(zhǎng)、寬、高分別為 l、。若在垂直于薄片平面（沿厚度 ）方向施加外磁場(chǎng)，在沿方向的兩個(gè)端面加一外電場(chǎng)，則有一定的電流流過。由于電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，所以將受到一個(gè)洛侖磁力，其大小為：f=qVB 式中：f洛侖磁力， 載流子電荷， 載流子運(yùn)動(dòng)速度， 磁感應(yīng)強(qiáng)度。 這樣使電子的運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生

5、偏移，在霍爾元器件薄片的兩個(gè)側(cè)面分別產(chǎn)生電子積聚或電荷過剩，形成霍爾電場(chǎng)，霍爾元器件兩個(gè)側(cè)面間的電位差HU稱為霍爾電壓。它表示該霍爾元件在單位磁感應(yīng)強(qiáng)度和單位控制電流下輸出霍爾電動(dòng)勢(shì)的大小。應(yīng)注意，當(dāng)電磁感應(yīng)強(qiáng)度反向時(shí)，霍爾電動(dòng)勢(shì)也反向。 若控制電流保持不變，則霍爾感應(yīng)電壓將隨外界磁場(chǎng)強(qiáng)度而變化，根據(jù)這一原理，可以將永久磁鋼固定在環(huán)形輸送帶的轉(zhuǎn)盤的邊沿，轉(zhuǎn)盤隨被測(cè)軸旋轉(zhuǎn)，磁鋼也將跟著同步旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)盤附近安裝一個(gè)霍爾元件，轉(zhuǎn)盤隨軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，霍爾元件受到磁鋼所產(chǎn)生的磁場(chǎng)影響，輸出脈沖信號(hào)。傳感器內(nèi)置電路對(duì)該信號(hào)進(jìn)行放大、整形，輸出良好的矩形脈沖信號(hào)，測(cè)量頻率范圍更寬，輸出信號(hào)更精確穩(wěn)定，由n=60f

6、/z，z為固定在環(huán)形輸送帶的轉(zhuǎn)盤的邊沿永久磁鋼。在此環(huán)形輸送帶上為z=12。測(cè)出脈沖的周期或頻率即可計(jì)算出轉(zhuǎn)速。2）電渦流式傳感器測(cè)金屬元件個(gè)數(shù)電渦流式傳感器是將金屬導(dǎo)體置于變化的磁場(chǎng)中，到體內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流的流線在導(dǎo)體內(nèi)自行閉合，像水中渦流一樣，故稱之為電渦流。電渦流傳感器的變換電路由阻抗分壓式調(diào)頻電路和條幅電路。電渦流式傳感器不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單使用方便 靈敏度高 不受油污介質(zhì)影響而且還用于動(dòng)態(tài)非接觸測(cè)量。一塊金屬放置在一個(gè)扁平線圈附近，相互并不接觸。當(dāng)線圈中通過以高頻正弦交變電流時(shí)，線圈周圍的空間就產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，此交變磁場(chǎng)在鄰近金屬導(dǎo)體中產(chǎn)生電渦流。而此電渦流也產(chǎn)生交變磁場(chǎng)阻礙外磁場(chǎng)

7、的變化。由于磁場(chǎng)的反作用，使線圈中電流和相位都發(fā)生變化。也即引起線圈的等效阻抗發(fā)生變化，線圈的電感量也發(fā)生變化，因此可用線圈阻抗的變化來反映金屬導(dǎo)體的電渦流效應(yīng)。在渦流檢測(cè)中，當(dāng)有交流電通過放置式線圈時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)，線圈接近金屬試塊時(shí)，由于交變磁場(chǎng)的作用會(huì)在金屬試塊上感生出渦流，此渦流也產(chǎn)生一個(gè)與原來磁場(chǎng)相反的交變磁場(chǎng)，兩個(gè)交變磁場(chǎng)相互疊加，便決定了探頭線圈的阻抗。當(dāng)金屬板電導(dǎo)率，形狀，有無缺陷或提離間隙等外界條件發(fā)生變化時(shí)，渦流及渦流產(chǎn)生的反磁場(chǎng)也將發(fā)生變化，從而線圈的阻抗也隨之發(fā)生變化。通過探頭線圈阻抗變化便可分辨金屬元件于非金屬元件。3）光電傳感器測(cè)元件總個(gè)數(shù)光電式傳感器是將光能

8、轉(zhuǎn)換為電能，其物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。光電效應(yīng)通常分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)。光電傳感器是一種小型電子設(shè)備，可以檢測(cè)出其接收到光強(qiáng)的變化。光電傳感器通常由三部分構(gòu)成，它們分別為：發(fā)送器、接收器和檢測(cè)電路。發(fā)射器帶一個(gè)校準(zhǔn)鏡頭，將光聚焦射向接收器，接收器出電纜將這套裝置接到一個(gè)真空管放大器上。在金屬圓筒內(nèi)有一個(gè)小的白熾燈做為光源，這些小而堅(jiān)固的白熾燈傳感器就是如今光電傳感器的雛形。發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管(LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。 接收器有光電二極管、光電三極管及光電池組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡

9、和光圈等。在其后面是檢測(cè)電路，它能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。光敏二極管是現(xiàn)在最常見的傳感器。光電傳感器光敏二極管的外型與一般二極管一樣，只是它的管殼上開有一個(gè)嵌著玻璃的窗口，以便于光線射入，為增加受光面積，PN結(jié)的面積做得較大，光敏二極管工作在反向偏置的工作狀態(tài)下，并與負(fù)載電阻相串聯(lián)，當(dāng)無光照時(shí)，它與普通二極管一樣，反向電流很小稱為光敏二極管的暗電流;當(dāng)有光照時(shí)，載流子被激發(fā)，產(chǎn)生電子-空穴，稱為光電載流子。 在外電場(chǎng)的作用下，光電載流子參于導(dǎo)電，形成比暗電流大得多的反向電流，該反向電流稱為光電流。光電流的大小與光照強(qiáng)度成正比，于是在負(fù)載電阻上就能得到隨光照強(qiáng)度變化而變化的電信號(hào)。光電開關(guān)光敏

10、三極管除了具有光敏二極管能將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的功能外，還有對(duì)電信號(hào)放大的功能。光敏三級(jí)管的外型與一般三極管相差不大，一般光敏三極管只引出兩個(gè)極發(fā)射極和集電極，基極不引出，管殼同樣開窗口，以便光線射入。為增大光照，基區(qū)面積做得很大，發(fā)射區(qū)較小，入射光主要被基區(qū)吸收。工作時(shí)集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。在無光照時(shí)管子流過的電流為暗電流Iceo=(1+)Icbo，比一般三極管的穿透電流還小;當(dāng)有光照時(shí)，激發(fā)大量的電子空穴對(duì)，使得基極產(chǎn)生的電流Ib增大，此刻流過管子的電流稱為光電流，集電極電流Ic=(1+)Ib，可見光電傳感器光電三極管要比光電二極管具有更高的靈敏度。2. 測(cè)試系統(tǒng)組成1）敏感元件霍爾傳感

11、器測(cè)量環(huán)形輸送帶頻率，通過n=60f/z得出轉(zhuǎn)速光電感器測(cè)量環(huán)形輸送帶上總個(gè)數(shù)，利用電渦流傳感器測(cè)量金屬元件的個(gè)數(shù)，2）數(shù)據(jù)采集研華數(shù)據(jù)采集卡USB4704收集AI信號(hào)和DI信號(hào)，3）數(shù)據(jù)處理及顯示利用labview軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析和調(diào)試。三、 硬件的選用1. 元器件選用環(huán)形輸送帶，若干金屬和非金屬元件，研華USB4704數(shù)據(jù)采集卡，霍爾傳感器，光電傳感器。電渦流式傳感器，若干導(dǎo)線，PC電腦環(huán)形輸送帶，是歐鵬有限公司生產(chǎn)用于實(shí)驗(yàn)，環(huán)形輸送帶上共方12個(gè)方形金屬和非金屬元件供測(cè)量使用。研華USB4704數(shù)據(jù)采集卡，USB-4702/4704是低成本的USB數(shù)據(jù)采集模塊。您不再需要打開機(jī)箱安裝

12、DAQ模塊。只要插上模塊，然后得到的數(shù)據(jù)。它的簡(jiǎn)單而有效的。可靠和足夠堅(jiān)固的工業(yè)應(yīng)用，但足夠便宜，家庭項(xiàng)目，USB-4702/4704是最完美的方式添加到任何USB功能的計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制能力。從USB端口獲得所有所需的電力，因此不斷要求沒有外部電源連接。USB-4702/4704的特點(diǎn)，他們是最具成本效益的實(shí)驗(yàn)室或生產(chǎn)線的測(cè)試和測(cè)量工具的有效選擇SB - 4704 - AE 通道 8 SE / 4變化 分辨率 12位 采樣率 48 kS / s的 單極性輸入（V） - 模擬輸出 分辨率 12位 數(shù)字I / O 數(shù)字量輸入通道 8 數(shù)字輸出通道 8 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 分辨率 32位。在本次實(shí)訓(xùn)中測(cè)

13、環(huán)形輸送帶的轉(zhuǎn)速和元件個(gè)數(shù)中用到了AI0，DI2，DI4,接地口。用AI接口進(jìn)行采集霍爾傳感器傳輸?shù)哪M信號(hào)，在經(jīng)過labview處理得到一系列的方波，在經(jīng)過程序處理后輸出環(huán)形輸送帶的轉(zhuǎn)速。DI2，與DI4口分別是采集電渦流傳感器，光電傳感器傳輸數(shù)據(jù)。DI2，DI4口接收的是數(shù)字信號(hào)，由labview處理得到金屬元件和元件總個(gè)數(shù)。2. 硬件電路設(shè)計(jì)（設(shè)計(jì)圖紙，實(shí)物連接圖照片）四、軟件設(shè)計(jì) 1軟件設(shè)計(jì)流程圖這次實(shí)訓(xùn)是利用labview設(shè)計(jì)測(cè)量軟件軟件平臺(tái)是借助虛擬儀器軟件問(LabVIEW)在計(jì)算機(jī)上搭建的虛擬測(cè)試系統(tǒng)。LabVIEW是實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工作平臺(tái)(1aboratory virtual

14、 instrument engineeriNgworkbench)的簡(jiǎn)稱，是美國(guó)國(guó)家儀器公司(National Instruments)推出的一種基于圖形開發(fā)、調(diào)試和運(yùn)行程序的集成化環(huán)境LabVIEW是一種程序開發(fā)環(huán)境，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計(jì)算機(jī)語言的顯著區(qū)別是：其他計(jì)算機(jī)語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。 LabVIEW軟件是NI設(shè)計(jì)平臺(tái)的核心，也是開發(fā)測(cè)量或控制系統(tǒng)的理想選擇。 LabVIEW開發(fā)環(huán)境集成了工程師和科學(xué)家快速構(gòu)建各種應(yīng)用所需的所有工具，旨在幫助工程師和科學(xué)家解決問題

15、、提高生產(chǎn)力和不斷創(chuàng)新。是目前國(guó)際上唯一的編澤型圖形化編程語言。其編寫的程序稱為虛擬儀器程序(簡(jiǎn)稱VI)，主要包括前面板(即人機(jī)界面)和框圖程序兩部分。前面板用于模擬真實(shí)儀器的面板作，可設(shè)置輸入數(shù)值、觀察輸出值及實(shí)現(xiàn)圖表、波形、文本等顯示。框圖程序應(yīng)用圖形編程語言編寫，相當(dāng)于傳統(tǒng)程序的源代碼用于傳送前面板輸入的命令參數(shù)到儀器以執(zhí)行相應(yīng)的操作。LabVIEW采用層次化結(jié)構(gòu)用戶可以把創(chuàng)建的VI程序當(dāng)作子程序調(diào)用。以創(chuàng)建更復(fù)雜的程序。用它編寫方框圖程序時(shí)，只需從對(duì)應(yīng)的模塊中選用相應(yīng)的圖標(biāo)然后再以線條相互連接。即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。該測(cè)試儀就是借助LabVIEW仿照真實(shí)儀器面板設(shè)計(jì)前面板并通過LabVI

16、EW中的DAQ助手及有關(guān)功能模塊，編寫框圖程序。測(cè)試儀主要功能為脈搏信號(hào)的采集及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和對(duì)采集存儲(chǔ)的信號(hào)進(jìn)行回放分析。根據(jù)此要求，在hbVIEW前面板窗口中，選取有關(guān)控件及波形顯示器件并借助LabVIEW的工具模版，設(shè)計(jì)、架構(gòu)測(cè)試儀前面板；在對(duì)應(yīng)的框圖程序窗LI通過DAQ助手進(jìn)行有關(guān)采集參數(shù)的設(shè)置通過Write LabVIEW Measurement模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的保存它將信號(hào)波形以數(shù)據(jù)點(diǎn)的形式存放于文件中文件的擴(kuò)展名為lvm。整個(gè)采集、顯示過程由循環(huán)結(jié)構(gòu)控制選擇Append to file就可以將每個(gè)循環(huán)采集到的數(shù)據(jù)連成為長(zhǎng)達(dá)40 s的完整過程記錄。同放部分是通過Read from sDr

17、eadsheet file模塊讀取文件路徑框中給出的存放數(shù)據(jù)文件來實(shí)現(xiàn)波形的回放以采樣頻率128 Hz、采樣長(zhǎng)度40 s為設(shè)定值。借助有關(guān)運(yùn)算模塊進(jìn)行脈率的測(cè)算。從而在測(cè)試儀前面板上實(shí)現(xiàn)脈搏波形的采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、波形回放、頻譜分析、脈率顯示、異常情況警示等功能。2程序設(shè)計(jì)采集程序，信號(hào)處理?？偝绦蚩驁D，運(yùn)行界面截圖這是實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的數(shù)據(jù)，此時(shí)環(huán)形傳感器轉(zhuǎn)速為7.6r/min，由于此時(shí)傳感器速度大于7r/min，所以這時(shí)報(bào)警燈亮，如果轉(zhuǎn)速小于7r/min，則報(bào)警燈不亮。此時(shí)可以看出元件共有12個(gè)，金屬元件有7個(gè)，在下面是由霍爾傳感器測(cè)得的方波，在這次將采樣頻率調(diào)到4000，采樣點(diǎn)數(shù)調(diào)到4000.五

18、、小結(jié) 本次的實(shí)訓(xùn)雖然只有短暫的一周，但我從中獲益頗多。首先，我明白了我們不僅要學(xué)好理論知識(shí)，更要學(xué)會(huì)將理論運(yùn)用于實(shí)際中。光學(xué)好理論知識(shí)并不行，理論與實(shí)踐中存在中很大差距，所以要想運(yùn)用于實(shí)際中，要深刻理解書本知識(shí)，還要活學(xué)活用，懂得聯(lián)想與創(chuàng)新。在這次實(shí)訓(xùn)中讓我對(duì)于傳感器的應(yīng)用有了更深的感觸。其次，我還懂得了團(tuán)隊(duì)合作的重要性，一個(gè)人的思維是有限的，只有大家齊心協(xié)力，共同創(chuàng)作，互相彌補(bǔ)，才能達(dá)到最高的效率。 我們小組的題目是：環(huán)形傳送帶轉(zhuǎn)速測(cè)量和計(jì)數(shù)系統(tǒng)?；诃h(huán)形輸送帶模塊，設(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)，能對(duì)通過某工位的元件按照材料（金屬或非金屬）進(jìn)行計(jì)數(shù)：并測(cè)量輸送線的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速只能處于一個(gè)速度范圍之內(nèi)，若超出，則報(bào)警，并輸出一個(gè)數(shù)字停止信