西安交通大學檢測技術技術專題實驗報告

西安交通大學檢測技術基礎專題實驗實驗報告

實驗一

學用DRVI可重構虛擬儀器實驗平臺一、實驗目通過本實驗讓學生了解虛擬儀器的概念和基于組件的裝配式軟件設計方法，掌握用DRVI可重構虛擬儀器平臺進行計算機測試系統(tǒng)設計的方法。二、DRVI可重構擬儀器實驗臺簡介1概D

RVI可重構虛擬儀器實驗平臺是華中科技大學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)權的新型裝配架構的虛擬儀器，其設計思想是按照汽車和PC的裝配式生產(chǎn)模式，將計算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后據(jù)測量任務需求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的面板上通過簡單的可視化/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用需求定制的虛擬儀器測量系統(tǒng)。圖虛擬儀器軟件總線結構圖

2軟安和行從光盤啟動DRVI可重構虛擬儀器實驗平臺安裝程序或從深圳市德普施科技有限公司網(wǎng)站下載該軟)運行該安裝程序后出現(xiàn)如下界面，按提示進行軟件安裝，分別填寫用戶名、單位，并設定軟件工作路徑等參數(shù)，直至出現(xiàn)結束畫面為止。安裝完成后在WINDOWS桌面上出現(xiàn)圖標，在程序組中出現(xiàn)DRVI，雙擊該圖標就可以啟動件。圖2、DRVI軟件安裝界面DRVI啟動后點擊紅色箭頭所示按鈕從采集卡、運動控制卡，或網(wǎng)絡在線進行注冊登記，獲取軟件使用權限，然后就可以使用了。3插軟芯

圖3、DRVI軟件運行界面DRVI通過在前面板上可視化插接虛擬儀器軟件芯片來搭構虛擬儀器或測量實驗插接軟件芯片的過程很簡單從軟件芯片表中點擊需要的軟件芯

片其添加到DRVI前面板上后在新插入的軟件芯片上壓下鼠標不放，將其拖動到合適位置。重復上述步驟，插入其它軟件芯片。插接在DRVI前面板上的虛儀器軟件芯片的屏幕位置是可以移動和調(diào)整工具條中“移動軟然后在待移動的軟件芯片上下鼠標不放，就可以將其拖動到新位置，從而實現(xiàn)屏幕布局的調(diào)整。4軟件總的念軟芯的線為實現(xiàn)虛擬儀器軟件芯片間的數(shù)據(jù)交換DRVI中設置了一組軟件總線，包括型變量數(shù)據(jù)線和32條Double數(shù)組型數(shù)據(jù)線，可傳輸有效值等單變量數(shù)據(jù)，也可傳輸波形、頻譜等數(shù)組數(shù)據(jù)。虛擬儀器軟件芯片可以通過這組透明的數(shù)據(jù)總線進行數(shù)據(jù)傳輸和命令數(shù)據(jù)交換何兩個虛擬儀器軟件芯片只要連接在一條數(shù)據(jù)線上就可以在彼此間交換數(shù)據(jù),象在物理上用通訊線路連接在一起的節(jié)點間可以彼此交換數(shù)據(jù)一樣。連線的方法是在軟件芯片上點擊右鼠標鍵彈出該芯片的屬性表修改其中的連接數(shù)據(jù)線號就可以實現(xiàn)軟件芯片間的連線。

圖虛擬儀器軟件芯片的連線5虛儀設樣：沙圖若將兩路不同相位的同頻正弦波信號分別作為X和Y信號輸入信號示波器，其信號波形是一個橢圓，稱為李沙育圖形。在DRVI中設計李沙育圖形很簡單，用兩片數(shù)字信號發(fā)生器芯片產(chǎn)生同頻

圖李沙育圖形實驗演示系統(tǒng)的正弦波信號然后用一片旋鈕芯片控制其中一個數(shù)字信號發(fā)生器芯片的相位最后用一片X-Y曲線顯示芯片顯示李沙育圖形就可以了轉(zhuǎn)動旋鈕就可以產(chǎn)生出不同相位差的正弦波信號合成的李沙育圖形。三、實驗內(nèi)設計一個李沙育圖形實驗演示系統(tǒng)示兩路正弦波信號在不同相位差下的李沙育圖形。設計一個李沙育圖形實驗演示系統(tǒng)示兩路正弦波信號在不同頻率差下的李沙育圖形。四、實驗儀和設備計算機快速可重組虛擬儀器平臺

1臺1套

打印機五、實驗運界面截圖

1臺

六、思考題1.么虛儀，本特是么虛擬儀器技術就是利用高性能的模塊化硬件合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化的應用。虛擬儀器從本質(zhì)上說是一個集成的軟硬件概念。2.么基組的用件發(fā)和統(tǒng)基編語的用軟開有么別特？基于組件的開發(fā)是一種軟件開發(fā)范型是現(xiàn)今軟件復用理論實用化的研究熱點，在組件對象模型的支持下，通過復用已有的構件，軟件開發(fā)者可以“即插即用”地快速構造應用軟件。特點：這樣不僅可以節(jié)省時間和經(jīng)費，提高工作效率，而且可以產(chǎn)生更加規(guī)范、更加可靠的應用軟件。3.述DRVI可重虛儀平的作理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的面板上通過簡單的可視化/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用需求定制的虛擬儀器測量系統(tǒng)。實驗二用SignalVBScript程語言一、實驗目了解DRVI可重構虛擬儀器平臺提供的嵌入式SignalVBScript語言，掌握用SignalVBScript語言產(chǎn)生測試信號繪制曲線和進行信號分析的方法，掌握根據(jù)所學知識，用SignalVBScript設計自定義軟件模塊的方法。二、SignalVBScript簡1概SignalVBScript是在網(wǎng)頁設計中常用的VBScript編程語言的基礎上針對測試技術課程教學需要而擴展的一個內(nèi)嵌在DRVI重構虛擬儀器平臺中的在線編程語言教師和學生可以像設計網(wǎng)頁中的JavaScript小程序那樣用SignalVBScript計小程序來擴展DRVI功能，同時也可以對所學知識進行檢驗和實踐。如果您已經(jīng)了解VBScript或VisualBasic，會很快熟悉SignalVBScript即使沒有學過這兩種語言也可以通過下面的介紹快速學會簡單的

程序設計。2量數(shù)類與其它編程語言不同，VBScript只有一種數(shù)據(jù)類型，稱為Variant。Variant是一種特殊的數(shù)據(jù)類型根據(jù)使用的方式它可以包含不同類別的信息Variant用于數(shù)字上下文中時作為數(shù)字處理用于字符串上下文中時作為字符串處理。用戶在編程時不需要定義變量類型量類型在第一次對該變量賦值時由初始值確定。例如下面是一段VBScript序代碼：Dima,ba=2.5b="Hi"其中Dim為變量申明語句a初始化為數(shù)字量初始化為字符串。不同類型的變量不能在一起直接運算，可以用CStr數(shù)將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為字符串，或用CDbl函數(shù)將字符串轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。3數(shù)變數(shù)組變量和普通變量是以相同的方式用聲明的唯一的區(qū)別是聲明數(shù)組變量時變量名后面帶有括號()下例聲明了一個包含5個元素的一維數(shù)組：DimA(5)雖然括號中顯示的數(shù)字是5，但由于在VBScript中所有數(shù)組都是基于0的所以這個數(shù)組實際上包含6個元素。數(shù)組中使用索引為數(shù)組的每個元素賦值，如下所示：A(0)=1A(1)=2...A(5)=6與此類似，使用索引可以檢索到所需的數(shù)組元素的數(shù)據(jù)。例如：x=A(3)數(shù)組并不僅限于一維聲明多維數(shù)組時用逗號分隔括號中每個表示數(shù)組大小的數(shù)字。在下例中，Table變量是一個有6行和11列的二維數(shù)組：DimMyTable(5,10)4運符VBScript有一套完整的運算符，包括算術運算符、比較運算符、連接運算符和邏輯運算符，如下表所示。算運符

比運符

邏運符

描

符^-*/Mod

描于等于等于

符=<><><=>=

描非與或異或等價隱含

符NotOrEqvImp串連接

+&

引用比5使條語使用條件語句可以控制程序的流程，可以編寫進行判斷和重復操作的VBScript代碼。在VBScript中可使用以下條件語句：If...Then...Else語句和SelectCase語句使用If...Then...Else進行判斷的例程：Ifb=0Thenc=1Elsec=2EndIf使用SelectCase進行判斷例程：SelectCasevalueCase0value=1Case1value=2CaseElsevalue=4EndSelect6使循語循環(huán)用于重復執(zhí)行一組語句循環(huán)可分為三類一類在條件變?yōu)镕alse之前重復執(zhí)行語句一類在條件變?yōu)門rue之前重復執(zhí)行語句另一類按照指定的次數(shù)重復執(zhí)行語句。在VBScript中可使用下列循環(huán)語句：Do...Loop：當（或直到）條件為True時循環(huán)。For...Next：指定循環(huán)次數(shù)，使用計數(shù)器重復運行語句。使用Do循環(huán)例程：DoWhileNum>10

Num=Num-1…Loop使用For...Next例程：Forj=1To10Step2…Next7使過VBScript中，過程被分為兩類：Sub過程和Function過程。過程是包含在Sub和EndSub語句之間的一組VBScript語句，執(zhí)行操作但不返回值。Sub過程可以使用參數(shù)（由調(diào)用過程傳遞的常數(shù)、變量或表達式如果Sub過程無任何參數(shù)，則Sub語句必須包含空括號()。例如：SubConvertTemp(data)temp=data/128EndSubFunction過程是包含在Function和EndFunction語句之間的一組VBScript語句。過程與Sub過程類似，但是Function過程可以返回值。Function過程通過函數(shù)名返回一個值，這個值是在過程的語句中賦給函數(shù)名的。Function返回值的數(shù)據(jù)類型總是Variant。FunctionCelsius(fDegrees)Celsius=(fDegrees-32)*5/9EndFunction8常用準數(shù)Abs函數(shù)：返回一個數(shù)字的絕對值。調(diào)用方法：a=Abs(-100)Atn函數(shù)：返回一個數(shù)字的弧正切值(arctangent)。調(diào)用方法：a=Atn(1)*180/3.14CDbl函數(shù)：返回已轉(zhuǎn)換成Double型的字符串的值。調(diào)用方法：a=Abs("12.5")Cos函數(shù)：返回一角度(弧度)的余弦值。調(diào)用方法：a=Cos(60*(3.14/180))CStr函數(shù)：返回已轉(zhuǎn)換成字符串的數(shù)字量的值。

調(diào)用方法：a=Cstr(2.56)Exp函數(shù)：返回e(自然對數(shù)的底數(shù))的某次方。調(diào)用方法：a=Exp(1)Int函數(shù)：返回數(shù)字的整數(shù)部分。調(diào)用方法：a=Int(3.25)Log函數(shù)：返回一個數(shù)字的自然對數(shù)。調(diào)用方法：a=Log(12)Rnd函數(shù)：返回一個隨機數(shù)(0到1)。調(diào)用方法：a=Rnd()Round函數(shù)：返回已進位到指定小數(shù)位的數(shù)字。調(diào)用方法：a=Round(2.75678,2)Sgn函數(shù)：返回指出數(shù)字之正負號的整數(shù)。調(diào)用方法：a=Sgn(-11)Sin函數(shù)：返回一個角度(弧度)的正弦值。調(diào)用方法：a=Sin(60*(3.14/180))Sqr函數(shù)：返回一個數(shù)字的平方根。調(diào)用方法：a=Sqr(9)Tan函數(shù)：返回一個角度的正切值。調(diào)用方法：a=Tan(1)9.Signal擴的件線寫數(shù)Document.Getline函數(shù)：讀取單變量型軟件總線數(shù)據(jù)線的值。調(diào)用方法：值=Document.Getline(線號)Document.Setline函數(shù)：設定單變量型軟件總線數(shù)據(jù)線的值。調(diào)用方法：Document.Setline線號,設定值Document.GetArrayInterval數(shù)取數(shù)組型數(shù)據(jù)線的數(shù)據(jù)點間隔值。調(diào)用方法：數(shù)據(jù)點間隔=Document.GetArrayInterval(數(shù)組型數(shù)據(jù)線

號)Document.getArrayStart函數(shù)：讀取數(shù)組型數(shù)據(jù)線的起始點坐標。調(diào)用方法：數(shù)據(jù)點間隔=Document.getArrayStart(組型數(shù)據(jù)線號)Document.getarrayline函數(shù)：讀取數(shù)組型數(shù)據(jù)線上的波形或頻譜數(shù)據(jù)到數(shù)組中。調(diào)用方法Document.getarrayline數(shù)型數(shù)據(jù)線號,讀取點數(shù),數(shù)組名注意對于其變量初始化為不定型該函數(shù)中使用的數(shù)組是Double型使用前先需對其進行賦值強制轉(zhuǎn)換為Double類型，如下所示：Dimdata(2048),data1(2048)ForK=0To2047data(k)=0.00001NextDocument.getarrayline1,2048,dataDocument.SetArrayInterval函數(shù)：設定數(shù)組型數(shù)據(jù)線的數(shù)據(jù)點間隔。調(diào)用方法：Document.SetArrayInterval數(shù)組型數(shù)據(jù)線號,數(shù)據(jù)點間隔Document.setArrayStart函數(shù)：設定數(shù)組型數(shù)據(jù)線的起始點坐標。調(diào)用方法：Document.setArrayStart數(shù)組型數(shù)據(jù)線號,起始點坐標Document.setarrayline函數(shù)：用數(shù)組值設定數(shù)組型數(shù)據(jù)線上的波形或頻譜數(shù)據(jù)。調(diào)用方法Document.setarrayline數(shù)型數(shù)據(jù)線號,讀取點數(shù),數(shù)組名10.SignalVBScript擴展的圖形函數(shù)Document.Write函數(shù)：在(x,y)用色彩寫符Str。色彩用16進制RGB表示，大紅為0xFF0000。調(diào)用方法：Document.Writex,y,c,"Hi..."Document.DrawLine數(shù)x1,y1)到(x2,y2)間用色彩c一條直線。調(diào)用方法：Document.DrawLinex1,y1,x2,y2,cDocument.drawbar數(shù)c填充x,y)到(x+w,y+h)的矩形區(qū)域。調(diào)用方法：Document.drawbarx,y,w,h,c

Document.Fillcircle函數(shù)用色彩c填充(x,y)為圓心r為半徑的圓形區(qū)域。調(diào)用方法：Document.Fillcirclex,y,r,cDocument.Circle函數(shù)：用色彩c以(x,y)為圓心，r為半徑畫圓。調(diào)用方法：Document.Circlex,y,r,cDocument.Rectangle函數(shù)：用色彩以(x,y)和(x+w,y+h)為端點畫矩形。調(diào)用方法：Document.Rectanglex,y,w,h,cDocument.Arc函數(shù)：用色彩c以(x,y)為圓心，為半徑，a1、a2起始角和終止角畫圓弧。調(diào)用方法：Document.Arcx,y,r,a1,a2,c三、實驗內(nèi)用SignalVBScript的數(shù)學函數(shù)產(chǎn)生一個幅值為800，頻率100Hz的正弦波信號。信號采樣頻率取10000Hz，用圖形函數(shù)繪出信號波形，代碼如下?；蛘哂肈RVI中的波形顯示組件顯示信號波形。RemVBSCRIPTDimwave(128)pi=3.141t=2*pi*100*i*dtwave(i)=amp*Sin(t)

Document.DrawLine20,120,400,120,0Document.DrawLine24,20,0,"f=100/1000

Document.DrawLine用DRVI搭建一個簡單的實驗系統(tǒng)，如圖1所示。圖2、用SignalVBScript繪制信號波形用VBScript中的圖函數(shù)繪制一個溫度計或儀表盤虛擬儀器控件，用于顯示單變量測量值。圖3、用SignalVBScript繪制虛擬儀器顯示元素下面是用VBScript編制的一個溫度計繪制程序代碼段，自己用搭建一個簡單的實驗系統(tǒng)。Subtempature(x,y,max,min,v)

Fori=0To10Document.DrawLinex+30,y+i*15,x+35,y+i*15,0NextDocument.Writex,y-5,0,Cstr(max)Document.Writex,y+145,0,Cstr(min)Document.drawbarx+45,y,26,150,1Document.Fillcirclex+45+12,y+150+13,16,12h=v*150/(max-min)Document.drawbarx+45,y+150-h,26,h,12EndSub四、實驗儀和設備1.計機2.DRVI快速可重組虛擬儀器平臺3.打機五、實驗運界面截圖

1臺1套1臺

六、思考題1如用設計自義件以現(xiàn)定運或擴DRVI能通過程序的邏輯實現(xiàn)芯片的功能將多個芯片以需要的方式進行組合，即可實現(xiàn)特定的運算或拓展DRVI功能2用DRVI設一簡電琴，用自定義VBScript件生A、B、O鍵應、....純信。圖用DRVI設計的簡易電子琴

實驗三境監(jiān)測綜合實驗應用實驗一、實驗目通過本實驗讓學生了解環(huán)境監(jiān)測中常用傳感器的種類和用法。二、環(huán)境監(jiān)綜合實驗臺介環(huán)境監(jiān)測實驗模塊由溫度傳感器、濕度傳感器、光傳感器、聲傳感器、二氧化碳傳感器酒精傳感器和K型熱電偶構成可完成實驗室一些基本環(huán)境參量的測量。為便于使用，將這些傳感器安裝在一個綜合實驗模塊上。環(huán)境監(jiān)測實驗模塊配置如下表所示際內(nèi)容以環(huán)境監(jiān)測實驗模塊產(chǎn)品說明書為準。環(huán)境監(jiān)測實驗模塊詳細配置

DRWZ5B型度傳感器DRSD5A型度傳感器DRGS12A型光傳感器DRJJ5A型精傳感器

聲傳感器型氧化碳傳感器K型電偶套件…三、實驗原1熱阻溫理物質(zhì)的電阻率隨溫度變化而變化的物理現(xiàn)象稱為熱電阻效應多數(shù)金屬導體的電阻隨溫度的升高而增加，電阻增加的原因可用其導電機理說明。在金屬中參加導電的為自由電子當溫度升高時雖然自由電子數(shù)目基本不變(當溫度變化范圍不是很大時)是個自由電子的動能將增加此，在一定的電場作用下要使這些雜亂無章的電子作定向運動就會遇到更大的阻力，導致金屬電阻隨溫度的升高而增加，其變化關系可由下式表示：

00RR[1t)]t0式中：Rt、R0別為熱電阻在℃和t0℃時的電阻值為熱電阻的電阻溫度系數(shù)1／℃)。從上式可見，只要α保持不(常數(shù)，則金屬（PT1000電阻Rt將隨溫度線性地增加如圖28.1所示。其靈敏度系數(shù)K為：1dRKtR圖金屬電阻－溫度特性曲線

顯然，α越大，靈敏度K就越大，純金屬的電阻溫度系數(shù)α為0.3％～0.6％／℃。但是，絕大多數(shù)金屬導體，α并不是一個常數(shù)，它也隨著溫度的變化而變化，只能在一定的溫度范圍內(nèi)，把它近似地看作為一個常數(shù)。不同的金屬導體α保持常數(shù)所對應的溫度不相同而且這個范圍均小于該導體能夠工作的溫度范圍。根據(jù)熱電阻效應制成的傳感器叫熱電阻傳感器簡稱熱電阻熱電阻按電阻—溫度特性不同，可分為金屬熱電阻一般稱熱電)半導體熱電阻(一般稱熱敏電阻)兩大類。實驗所用溫度傳感器屬于鉑熱電阻傳感器鉑的物理化學性能非常穩(wěn)定尤其是耐氧化能力很強并且在很寬的溫度范圍內(nèi)1200℃以下)均可保持上述特性。電阻率較高，易于提純，復制性好，易加工，可以制成極細的鉑絲或極薄的鉑箔。其缺點是：電阻溫度系數(shù)較小，在還原性介質(zhì)中工作易變脆格昂貴于鉑有一系列突出優(yōu)點目前制造熱電阻的最好材料。在1968年國際實用溫標(IPTS-68)中規(guī)定在－295.34～630.74℃溫度范圍內(nèi)，以鉑熱電阻作為標準儀器，傳遞從到903.89K溫度范圍內(nèi)國際實用溫標。它的長時間穩(wěn)定的復現(xiàn)性可達10-4K，是目前測溫復現(xiàn)性最好的一種溫度計。鉑熱電阻與溫度之間的關系近似線性關系。在-200℃≤t≤0℃時可用下式：[1Att

(t100)t

]在0℃≤t≤650℃時可用下式：AtBtt

)式中Rt——溫度為t℃時鉑熱電阻的電阻值R0——溫度為t0℃時鉑熱電阻的電阻值；A、C——由實驗確定的常數(shù)，它們的數(shù)值分別為A＝3.96847×10-3℃-1，B=5.847×10-7，C＝4.22×10-12℃-4。在實際工程應用當中可以把鉑熱電阻與溫度之間的關系看成線性關系。在本實驗中所使用的鉑熱電阻0℃時的電阻值是歐姆電路的輸出靈敏度是℃。即鉑電阻的輸入溫度每上升1，電路的輸出就對應增加

vv10mv。測量范圍：0～200℃。2型熱電偶度量驗熱電偶由兩個不同材質(zhì)的金屬材料焊接而成焊接端稱為熱端非焊接端為自由的兩金屬導體稱為冷端。如果將熱端置于與冷端有溫度差的地方，將在冷端兩導體上產(chǎn)生（熱）電勢。電勢的大小取決于冷熱端間的溫度差和所采用的金屬材料這就是熱電偶測溫的基本原理熱電偶和熱電阻是工業(yè)測溫的常用元件相對于熱電阻來說熱電偶的測量溫度范圍較寬～1200℃，結構上也較為堅固。工業(yè)現(xiàn)場中，常用于測量溫度較高的介質(zhì)。需要說明的是熱電勢的數(shù)值通常很小每度只有數(shù)十微伏并且熱電勢在整個測溫的范圍內(nèi)一般是非線性的因此要在測溫電路中進行必要的冷端補償和非線性補償本實驗中所使用的熱電偶材料是鎳鉻—鎳硅熱電偶的分度號是K，一般簡稱K型電偶。常用于測量0～600℃范圍內(nèi)的介質(zhì)。冷端補償所使用的熱電阻是鉑電阻Pt1000電偶在接入電路時要注意極性，在本實驗中所使用的熱電偶上已用紅色塑料套管標示正極。3濕傳器境度量驗濕度通常是指大氣中所含的水蒸氣量濕度有兩種常用的表示方法即絕對濕度和相對濕度。絕對濕度是指一定空間中水蒸氣的絕對含量，可用kg/m3表示。絕對濕度也可稱為水汽濃度或水汽密度。絕對濕度也可用水的蒸氣壓來表示。設空氣的水汽密度為ρv與之相對應的水蒸氣分壓為，則根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程有如下關系：RT式中：M——水汽的摩爾質(zhì)量；R——摩爾氣體常數(shù)；T——絕對溫度。相對濕度為某一被測蒸氣壓與相同溫度下的飽和蒸氣壓的比值的百分數(shù)，常用“％RH”表示。這是一個無量綱的值。絕對濕度給出了水分在空間的具體含量，相對濕度則給出大氣的潮濕程度，故使用更加廣泛。相對濕度)W式中Pv——待測空氣水蒸氣分壓Pw——待測空氣溫度T同溫時水的飽和水汽壓。濕度敏感器件是基于其功能材料能發(fā)生與濕度有關的物理效應或化學反應的基礎上制造的它具有可將濕度物理量轉(zhuǎn)換成電訊號的功能由于敏感器件的不同不同的濕度傳感器具有不同的測量原理下面就介紹本模塊中采用的的燒結型半導體陶瓷濕度敏感器件的工作機理。燒結型濕敏半導體陶瓷材料一般是具有多孔結構的多晶體而且在其生產(chǎn)過程中應有半導體化過程半導體陶瓷大多為金屬氧化物材料其半導體化過程一般是通過調(diào)整配方進行滲雜或者通過控制燒結氣氛造成氧元

vv素的過?；虿蛔愣鴮崿F(xiàn)的導體化的結果是使晶粒中產(chǎn)生大量的載流子——空穴或電子。這樣，一方面使晶粒體內(nèi)的電阻率降低，另一方面又使晶粒之間的界面處形成界面勢壘使界面處的載流子耗盡而出現(xiàn)耗盡層從而晶體界面的電阻率遠大于晶粒體內(nèi)的電阻率而且成為半導體陶瓷材料在通電時的主要電阻當水分子在濕敏半導體材料的表面和晶粒界面吸附時會引起表面和晶粒界面處的電阻率發(fā)生變化顯示出濕敏特性濕敏半導體陶瓷的濕敏特性按其電阻隨所感受的濕度變化而發(fā)生變化的規(guī)律一般可分負濕敏特性和正濕敏特性兩類。目前大多數(shù)濕敏半導體陶瓷都屬于負濕敏特性被測的濕度愈大凝聚的水分子愈多時，電阻值也就下降得愈多。傳感器的輸出特性：Vout=9.23E^(-4)*RH^3-1.57E^(-1)*RH^2+37.9RH+715式中RH為相對濕度。作為一般應用可近似簡化為。傳感器的測量范圍在RH=10～95％。4光感光照測實照度是表示受光面被照明程度的物理量照射到表面一點處的面元上的光通量除以該面元的面積。計量的符號為；單位為勒克斯]，符號為lx，1lx＝1lm／㎡。其數(shù)學表達式為：v式中，dA——接收到dΦv光通量的微面積元。某些半導體元件在光照下若入射光子的能量大于禁帶寬度導體結附近被束縛的價電子吸收光子能量受激發(fā)躍遷至導帶形成自由電子而價帶則相應地形成自由空穴。這些電子一空穴對，在內(nèi)電場的作用下，空穴移向P區(qū)，電子移向N區(qū)，使P區(qū)帶正電，區(qū)帶負電，于是在P區(qū)和N區(qū)之間產(chǎn)生電壓，稱為光生電動勢，這就是光伏特效應。利用光伏特效應制成的敏感元件有光電池、光敏二極管和光敏三極管等。本模塊中利用光敏二極管的光伏特效應制作照度傳感器敏二極管的結構與一般二極管相似，裝在透明玻璃外完中，它的PN結裝在管頂，可直接受到光照射光敏二極管在電路中一般是處于反向工作狀態(tài)光敏二極管在電路處于反向偏置，在沒有光照射，反向電阻很大，反向電流很小，這反向電流稱為暗電流。反向電流小的原因是在PN結中，P型中的電子和N中的空穴(少數(shù)裁流子)很少。當光照射PN結上，光子打PN結附近，使PN結附近產(chǎn)生光生電子和光生空穴對使少數(shù)載流子的濃度大大增加此通過PN結的反向電流也隨著增加。如果入射光照度變化，光生電子—空穴對的濃度也相應變動通過外電路的光電流強度也隨之變動可見光敏二極管能將光信號轉(zhuǎn)換為電信號輸出。實驗用光照傳感器量程0～2000lx，輸出特性線性對應0～2000lx器的綜合靈敏度為Vout=2mv/lx。

5聲感噪測聲音是大氣壓上的壓強波動這個壓強波動的大小簡稱為聲壓以p表示，其單位是Pa（帕剛剛可以聽到的聲音到人們不堪忍受的聲音，聲壓相差數(shù)百萬倍顯然用聲壓表達各種不同大小的聲音實屬不太方便同時考慮了人耳對聲音強弱反應的對數(shù)特性對數(shù)方法將聲壓分為百十個等級，稱為聲壓級。其表達式為：Llog

式中，p到的聲音。

0

是參考聲壓，它是人耳剛剛可以聽聲壓級只反映聲音的強度對人耳的響度感覺的影響不能反映聲音頻率對響度感覺的影響利用具有一個頻率計權網(wǎng)絡的聲學測量儀器對聲音進行聲壓級測量所得到的讀數(shù)稱為計權聲壓級簡稱聲級單位為dB聲學測量儀器中，模擬人耳的響度感覺特性，一般設置A、B和C三種計權網(wǎng)絡聲壓級經(jīng)A計權網(wǎng)絡后就得到A聲級用LA表示其單位作dB(A)。經(jīng)大量實驗證明用A聲級來評價噪聲對語言的干擾對人們的吵鬧程度以及聽力損傷等方面都有很好的相關性。另外，聲級測量簡單、快速，還可以與其它評價方法進行換算所以是使用最廣泛的評價尺度之一如金屬切削機床通用技術條件規(guī)定：高精度機床噪聲容許小于75dB(A)；精密機床和普通機床噪聲容許小于85dB(A)。本模塊中的敏感元件采用駐極體電容傳聲器其工作原理和電容傳聲器相同所不同的是它采用一種聚四氟乙烯材料作為振動膜片由于這種材料經(jīng)特殊電處理后表面被永久地駐有極化電荷從而取代了電容傳聲器的極板，故名為駐極體電容傳聲器。其特點是體積小、性能優(yōu)越、使用方便。實驗用聲傳感器靈敏度0dB=1V/Pa)：50±信噪比：，響應頻率：20～16KHz。6傳感和氣度量在現(xiàn)代社會的生產(chǎn)和生活中會接觸到各種各樣的氣體比如化工生產(chǎn)中氣體成份的檢測與控制，煤礦瓦斯?jié)舛鹊臋z測與報警，空氣質(zhì)量監(jiān)測等。以空氣中二氧化碳監(jiān)測為例空氣中二所化碳的濃度村約為，城市約為。研究證明：當二氧化碳含量達0.07%時，有少數(shù)對氣體敏感的人就感覺有不良氣味和不適感覺達0.1%時氣中氨類化合物明顯增加人們普遍有不適感覺達時肺的呼吸量雖正常但呼吸深度增加；達4%時頭痛耳鳴脈搏滯緩血壓上升達時呼吸明顯困難，意識陷入不清，以致呼吸停止；達30%時，致死。另外，人的呼吸氣體中的CO2濃度變化：吸入0.04％，呼4.1％；氧氣濃度變化：吸20.96％，呼出16.4％。

本模塊中采用的是NAP-21A型CO2半導體氣敏傳感器，它是利用半導體氣敏元件同CO2氣體接觸后造成半導體性質(zhì)的變化來檢測特定氣體的成分或者測量其濃度。NAP-21A型CO2傳感器也是電阻式氣敏傳感器，當它吸收了二氧化碳時，會發(fā)生還原反應，電阻發(fā)生變化。如圖3是NAP-21ACO2傳感器的輸出電壓-濃度對應關系和應用電路。圖3NAP-21A型CO2氣敏器件輸出電壓-濃度對應關系和應用電路7酒傳器精度量驗酒精傳感器采用TGS822半導體元件于n型半導體類氣體傳感器感器敏感部分是二氧化錫半導體微結晶粒子燒結體它的表面吸附有還原性氣如酒精等有機溶劑蒸汽半導體微結晶粒子接觸界面的導電電子比例就會發(fā)生變化而使電阻值隨被測氣體的濃度改變而變化。這種反應是可逆

圖4TGS822感器的特性曲線的因而是可以反復使用的電阻值的變化隨著二氧化錫半導體表面對氣體的吸附和釋放而發(fā)生，為了加速這種反應，通常要用加熱器對傳感器加熱。該傳感器就是將這種電阻值變化以輸出電壓的方式取出從而檢測出氣體中酒精的濃度。四、實驗儀和設備1.

計算機１臺2.DRVI快速可重組虛擬儀器平臺1套3.4.

打印機1臺環(huán)境監(jiān)測實驗模塊1套5.USB數(shù)據(jù)采集儀1臺

五、實驗系運行界面1.K型熱電溫測實

2.濕度傳器境度量驗3.光傳感光照測實

4.聲傳感噪測5.CO2感和氣CO2濃度量

6.酒精傳器精度量驗

六．思考題1.于度量傳器有些類除了熱電偶，還有熱電阻式和熱釋電式。2.樣確扣背噪的響？可以運用噪聲相減來處理。3.電測電中什要用性正路冷補電？在量路省冷補電或端償路作常產(chǎn)什么果熱電偶測溫時要進行冷端溫度補償為熱電偶熱電勢的大小是熱端溫度和冷端的函數(shù)差為保證輸出熱電勢是被測溫度的單值函數(shù)必須使冷端溫度保持恒定；熱電偶分度表給出的熱電勢是以冷端溫度0℃為依據(jù)，否則會產(chǎn)生誤差。4.體感使時何用熱加？為了防止傳感器在低溫潮濕的環(huán)境（水可能會結冰堵塞傳感器的接口）能夠正常、可靠工作.實驗四形輸送線實驗臺合實驗一、實驗目通過本實驗讓學生了解自動生產(chǎn)線上常用傳感器的檢測原理和應用方法。二、實驗臺介DRCSX12B

型環(huán)形輸送線試驗臺是國內(nèi)首家推出的小型多用途環(huán)形輸送線實驗臺，它可以模擬自動生產(chǎn)線上物料的輸送、檢測工作。具有體積小、結構合理、功能強、使用方便、開設的實驗項目多等特點，圖是該實驗臺的結構圖。

圖1DRCSX-12-B型環(huán)形輸送線試驗臺結構圖實驗臺由外殼鏈（測試物品的載板鏈輪直流減速電機、傳感器支架鏈條張緊裝置傳動裝置個測試樣（金屬塑料各三個，三種顏色傳感器組成運行線速度為1.6~2.2cm/s（5V外形尺寸：650×370×110mm；重量：。圖2是實物照片。圖2DRCSX12B型環(huán)形輸送線試驗臺外觀DRCSX12B

型環(huán)形輸送線試驗臺可以開設光電對射傳感器運行速度測量實驗、紅外傳感器物品計數(shù)實驗、電渦流傳感器金屬物體檢測實驗、超聲波傳感器物體距離探測實驗色差傳感器物體表面顏色識別實驗應變力傳感器物體質(zhì)量測量實驗霍爾傳感器工位定位實驗直角坐標機械手物件分撿實驗。三、實驗內(nèi)1物檢本實驗采用紅外反射式傳感器DRHF12A）檢測物體，在進行實驗之前要確認傳感器的反光板已經(jīng)正確安裝，否則，傳感器檢測不到信號。紅外反射式傳感器及反光板的安裝方法是將傳感器固定在支架上整安裝螺釘使傳感器的下邊沿平行于輸送線的頂蓋板光板固定在傳感器發(fā)射面的前面，使反光面中心正對著傳感器。開動環(huán)形輸送線，當測試樣品隨鏈板運動經(jīng)過傳感器時由于物體遮擋了紅外線的反射傳感器會輸出一個跳變的信號。

圖3紅外反射式傳感器物體檢測2金物檢本實驗采用電渦流接近開關進行測量測距離比較短般<20mm。因此，在進行實驗之前，請注意調(diào)節(jié)傳感器探頭與被測物體之間的距離。為了取得良好的實驗效果建議調(diào)整到5～在傳感器調(diào)整好以后開動環(huán)形輸送線。鏈板拖動被測物體經(jīng)過傳感器探頭前面，當金屬材質(zhì)（鋁）的物體經(jīng)過探頭時，傳感器會輸出跳變的信號。需要說明的是，電渦流接近開關在探測不同材質(zhì)不同形狀的金屬物體時其有效探測距離會表現(xiàn)得有一些差異。一般地：鋁材比鐵質(zhì)物體的有效探測距離要小。本公司隨環(huán)形輸送線提供的測試樣品有兩種：一種是塑料材質(zhì)的，另一種是鋁的。圖4電渦流接近開關金屬物體檢測3輸線行度量本實驗使用紅外對射式傳感器測量如圖所示紅外對射式傳感器的發(fā)射和接收窗口被固定在傳動鏈條的兩側鏈條在電動機的拖動下運動時，鏈條的滾子會有規(guī)律的遮擋傳感器發(fā)出的紅外線傳感器的輸出端上就會得到連續(xù)的脈沖。由于鏈條的滾子之間的距離（即節(jié)距）相等，（節(jié)距：d=12.7mm）所以測得傳感器輸出的脈沖頻率F就可以推算出鏈條的運動速度S[S=d*F（mm/s實驗時可通過輸送線的速度開關選擇不同的運行速度，觀察信號波形的變化。圖5紅外對射傳感器運動速度測量原理示意圖

需要說明的是紅外對射式傳感器安裝在環(huán)形輸送線的鏈板的下面在輸送線上部是觀察不到該傳感器的使用時也不需要進行調(diào)整由于鏈條的運行速度比較慢：～50mm/s；對應傳感器測量信號頻率大約是1.26～3.94Hz。因此，采樣頻率參數(shù)不能設置得過高，可根據(jù)采樣長(1024)內(nèi)包含至少2個脈沖周期來確定采樣頻率。4色傳器體面色別驗色差識別傳感器使用的是紅外反射式色差傳感（DRSC-12-A的工作原理是依據(jù)不同顏色的物體表面對紅外線的吸收率和反射率相同的測試距離上，黑色的吸收率最高，白色的吸收率最低。因此，可以根據(jù)物體對紅外線的反射率來判斷物體的表面顏色在標準測試距離上隨環(huán)形輸送線提供的三種測試顏色樣品在DRSC-12-A色差傳感器的測試結果如下表所示。圖物體表面顏色識別原理在實際的檢測中需要注意傳感器與被測物體的距離應在5～8mm之間，物體被測表面應為平面且角度與傳感器的工作平面平行量時由于輸送線的運動，檢測值是一個波動的電壓范圍，而不是精確的某個值。注意在傳感器的使用過程中請注意探頭和被測物體表面的清潔根據(jù)光的吸收與反射定律，如果被測物體表面有污物，會影響光的反射，也就是影響測量精度另外避免光源直射傳感器端面或測試樣品否則也會影響測試結果。5工定在本實驗當中，使用霍爾傳感器DRHG-5-A）進行定位，霍爾傳感器在檢測到磁鋼經(jīng)過傳感器探頭時磁場的變化會使傳感器輸出脈沖信號利用霍爾傳感器的這一特性，我們將磁鋼安裝在某幾個特定的鏈板上，這樣，當這些安裝有磁鋼的鏈板經(jīng)過傳感器探頭時，傳感器就會“認出”這些鏈板。當環(huán)形輸送線上配有直角坐標機械手時爾傳感器的輸出與紅外傳感器等工件檢測傳感器配合可以實現(xiàn)機械手工件抓取位置的控制下圖是霍爾傳感器及磁鋼等的安裝位置示意圖。

圖7霍傳感器定位原理圖注意：由于霍爾傳感器只對單個磁極敏感，因此，在鏈板安裝磁鋼時，請將標記有紅色或黑色的一面朝上頭與磁鋼之間的距離應小于8mm。6直坐機手件撿驗將傳感器檢測結構與機械手控制相結合實現(xiàn)工件的自動分揀直角坐標機械手控制部分參考機械手使用手冊。1)金屬物體分揀實驗：根據(jù)電渦流接近開關DRDG-12-B的輸出結果來判斷所測物體是否為金屬物體。通過對運動控制卡接口芯片的編程，控制直角坐標機械手運動，達到金屬物體分揀目的。2)不同重量物體分揀實驗：與上一個實驗類似，不同的是所使用的傳感器是稱重臺（3)不同色彩物體分揀實驗：本實驗使用紅外反射式色差傳感判斷工件顏色后，通過對運動控制卡接口芯片的編程控制直角坐標機械手運動達到物體分揀目的。圖8環(huán)形輸送線、傳感器、稱重臺、以及直角坐標機械手的相對位置示意圖

四、實驗儀和設備1.計機１臺2.快可重組虛擬儀器平臺3.打機4.環(huán)輸送線試驗臺

1套1臺1個4.直坐標機械手選)1個5.USB數(shù)采集儀五、實驗運界面截圖1物計及屬體數(shù)

1臺2輸線行度量

3應式傳器重驗4噪測

實驗五子實驗臺綜合實一、實驗目通過本實驗讓學生掌握回轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)速、振動、軸心軌跡測量方法，了解回轉(zhuǎn)機械動平衡的概念和原理。二、實驗臺介DRZZS-A型多功能轉(zhuǎn)子試驗臺由底座主軸飛輪流電機、5主軸支座、6含油軸承及油杯、7電機支座、連軸器及護罩、9RS9008渦流傳感器支架、10磁電轉(zhuǎn)速傳感器支架11測速齒輪(15齒)、12保護擋板支架，幾部分組成，如圖1所示。

圖DRZZS-A多功能轉(zhuǎn)子試驗臺傳感器安裝位置示意圖主要技術指標為：可調(diào)轉(zhuǎn)速范圍：0~2500轉(zhuǎn)/分，無級電源：DC12V主軸長度：500mm主軸直徑：12mm外形尺寸：640×140×160mm重量：12.5kg與DRVI軟件平臺結合，可以開設以下實驗：加速度傳感器/速度傳感器振動測量實驗磁電傳感器/光電傳感器轉(zhuǎn)速測量三點加重法轉(zhuǎn)子動平衡實驗轉(zhuǎn)子軸心軌跡測量實驗三、實驗內(nèi)1轉(zhuǎn)實臺座動量驗對于多功能轉(zhuǎn)子實驗臺底座的振動采用加速度傳感器和速度傳感器兩種方式進行測量將帶有磁座的加速度和速度傳感器放置在試驗臺的底座上將傳感器的輸出接到變送器相應的端口再將變送器輸出的信號接到采集儀的相應通道，輸入到計算機中。

啟動轉(zhuǎn)子試驗臺，調(diào)整轉(zhuǎn)速。觀察并記錄得到的振動信號波形和頻譜，圖加速度和速度傳感器振動測量比較加速度傳感器和速度傳感器所測得的振動信號特點察改變轉(zhuǎn)子試驗臺轉(zhuǎn)速后，振動信號、頻譜的變化規(guī)律。2實臺速量對于多功能轉(zhuǎn)子實驗臺轉(zhuǎn)速以分別采用光電轉(zhuǎn)速傳感器和磁電轉(zhuǎn)速傳感器進行測量。1）采用光電傳感器測量：將反光紙貼在圓盤的側面調(diào)整光電傳感器的位置一般推薦把傳感器探頭放置在被測物體前2～3cm使其前面的紅外光源對準反光紙使在反光紙經(jīng)過時傳感器的探測指示燈亮反光紙轉(zhuǎn)過后探測指示燈不（必要時可調(diào)節(jié)傳感器后部的敏感度電位器當旋轉(zhuǎn)部件上的反光貼紙通過光電傳感器前時，光電傳感器的輸出就會跳變一次。通過測出這個跳變頻率f，就可知道轉(zhuǎn)速n。圖反射式光電轉(zhuǎn)速傳感器編寫轉(zhuǎn)速測量腳本將傳感器的信號將通過采集儀輸入到計算機中啟動轉(zhuǎn)子試驗臺，調(diào)節(jié)到一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，點擊實驗平臺面板中的“開始”按鈕進行測量，觀察并記錄得到的波形和轉(zhuǎn)速值，改變電機轉(zhuǎn)速，進行多次測量。2）采用磁電傳感器測量：

將磁電傳感器安裝在轉(zhuǎn)子試驗臺上專用的傳感器架上其探頭對準測速用15齒齒輪的中部調(diào)節(jié)探頭與齒頂?shù)木嚯x使測試距離為在已知發(fā)訊齒輪齒數(shù)的情況下測得的傳感器輸出信號脈沖的頻率就可以計算出測速齒輪的轉(zhuǎn)速設齒輪齒數(shù)為速為n沖頻率為f有n=f/N。通常，轉(zhuǎn)速的單位是轉(zhuǎn)分鐘，所以要在上述公式的得數(shù)再乘以60，才能轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)即在使用60齒的發(fā)訊齒輪時就可以得到一個簡單的轉(zhuǎn)速公式n=f。所以，就可以使用頻率計測量轉(zhuǎn)速。這就是在工業(yè)中轉(zhuǎn)圖磁電轉(zhuǎn)速傳感器的工作方式速測量中發(fā)訊齒輪多為60齒的原因。編寫轉(zhuǎn)速測量腳本將傳感器的信號將通過采集儀輸入到計算機中啟動轉(zhuǎn)子試驗臺，調(diào)節(jié)到一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，點擊實驗平臺面板中的“開始”按鈕進行測量，觀察并記錄得到的波形和轉(zhuǎn)速值，改變電機轉(zhuǎn)速，進行多次測量。3軸軌測軸心軌跡是轉(zhuǎn)子運行時軸心的位置在忽略軸的圓度誤差的情況下可以將兩個電渦流位移傳感器探頭安裝到實驗臺中部的傳感器支架上互成90度，并調(diào)好兩個探頭到主軸的距離（約1.6mm準是使從前置器輸出的信號剛好為（mV時轉(zhuǎn)子實驗臺啟動后兩個傳感器測量的就是它在圖軸心軌跡測量兩個垂直方(X,Y)的瞬時位移，合成為李沙育圖就是轉(zhuǎn)子的軸心運動軌

跡。5剛轉(zhuǎn)動衡在實際工作過程中人們通常用單面加重三元作圖法進行葉輪子等設備的現(xiàn)場動平衡以消除過大的振動超差這一方法的優(yōu)點是設備簡單——只需一塊測振表。但缺點是作圖分析的過程復雜，不易被掌握，而且容易出現(xiàn)錯誤為此我們在這里介紹一種文獻中常見的簡單易行的方法——單面現(xiàn)場動平衡的三點加重法。假設在假設轉(zhuǎn)子上有一不平衡量m所處角度為α用分量mx、my表示不平衡量。mx=mcosαmy=msinα為了確定不平衡量m的大小和位置α啟動轉(zhuǎn)子在工作轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)用測振設備在一固定點測試振動振速，設振速為，則存在下列關系Km

m

式中Ｋ為比例系數(shù)1(M2

32

M

m(mxy

α

x

P1M,M圖6三點加重法示意圖在P1(α=0)點加試重M，啟動轉(zhuǎn)子到工作轉(zhuǎn)速，