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虚拟仪器课程设计报告 - 图文

来源:用户分享 时间:2025/6/3 14:24:18 本文由loading 分享 下载这篇文档手机版
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构成。弹性敏感元件在感受被测量时将产生变形,其表面产生应变。而粘贴在弹性敏感元件表面的电阻应变片将随着弹性敏感元件产生应变,因此电阻应变片的电阻值也产生相应的变化。这样,通过测量电阻应变片的电阻值变化,就可以确定被测量的大小了。

电阻应变式传感器是一种利用电阻应变式将应变或应力转换为电阻的传感器,可以用于测量应变、力、压力、位移、加速度、力矩等参数。具有动态响应快、测量精度高、使用简便等优点。

根据敏感元件的材料形状的不同,电阻应变式传感器的应变片可分为金属应变片和半导体应变片两种。金属应变式有金属丝式、金属箔式和金属薄膜式;半导体应变片有扩散型、体型、和薄膜型。

电阻应变式传感器主要由电阻应变片和测量电路两部分组成。

当电阻应变式传感器在外力作用下产生机械形变时,其电阻值也相应发生变化,其电阻变化与应变的关系为 ΔR/R=K0ε, 其中K0为灵敏系数由金属材料决定;ε为应变,当压力F在一定范围内时,ε以一个常数正比于F,应变由物体质量产生的荷重而形成,因此可得: m=ɑ×F+b (a,b为常数)。

3.2.3数据采集卡原理

数据采集模块主要作用是采集电信号,并将其传入计算机中进行处理。在本系统中,采用的是高速USB数据采集卡。数据采集卡中,影响系统的关键技术参数有:分辨率和采样率。

数据采集卡在采集信号的时候,首先将模拟的电信号转化为数字信号。模数转换的位数主要分为8、12、14、16位,它决定了模数转换的量化误差。因此分辨率能影响压力精度。本系统采用的数据采集卡为12位,采集范围为-5~+5V,因此,量化误差约为±2mV。

数据采集系统框图如下图所示:

将得到的电压送到数据采集卡中进行数据采集,再通过USB线将数据送入计算机,由计算机利用软件平台(LabVIEW)进行控制和处理。

数据采集(DAQ)是指从传感器和其他待测设备等模拟或数字北侧单元中自动采集信息的过程。数据采集系统是结合基于计算机的测量软件硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。一个完整的DAQ系统包括传感器或交换器、信号调理设备、数据采集和分析硬件、计算机、驱动程序和应用软件等。当然,很多设备制造商已经把传感器、信号调理甚至DAQ卡即成为标准的设备,这种情况下用户不再需要考虑传感器、信号调理和DAQ卡,而只需要考虑如何与硬件设备通信以及如何开发上层应用程序。 3.2.4信号调理电路原理

由于由传感器得到的信号可能会很微弱,或者含有大量噪声,或者是非线性的,这种信号在进入采集卡之前必须经过信号调理。信号调理的方法主要包括放大、衰减、隔离、多路复用、滤波、激励和数字信号调理等。

(1)放大

放大器提高输入信号电平以更好的匹配ADC的输入范围,从而提高测量精度和灵敏度。此外,使用放置在更近信号源或转换器的外部信号调理装置,可以

通过在信号被噪声影响之前提高信号电平来提高测量的信号——噪声比。

(2) 衰减

衰减即与放大相反的过程。它在电压(即将被数字化的)超过数字化仪输入范围时是十分必要的。这种形式的信号调理降低了输入信号的幅度,从而经调理的信号处于ADC范围内。

(3) 隔离

隔离的信号调理设备通过使用变压器、光或电容性的耦合技术,无须物理连接即可将信号它的源传输至测量设备。除了切断接地回路之外,隔离也阻隔了高电压浪涌以及较高的共模电压,从而即保护了操作人员也保护了昂贵的测量设备。

(4)滤波

滤波器在一定的频率范围内去除不希望的噪声。几乎所有的数据采集应用都会受到一定程度的50Hz或60Hz的噪声(来自于电线或机械设备)。大部分信号调理装置度包括了为最大程度上抑制50Hz或60Hz噪声而专门设计的低通滤波器。

(5)激励

激励对于一些转换器时必需的。例如应变计、电热调节器和RTD需要外部电压或电流激励信号。通常RTD和电热调节器测量都是使用一个电流源来完成的,这个电流源将电阻的变化转换成一个可测量的电压。应变计是一种超低电阻的设备,通常利用一个电压激励来用于惠斯登电桥配置。

(6)线性化

许多传感器感应的电信号和物理量之间并不是呈线性关系,因而需要对其输出信号进行线性化以补偿传感器带来的误差。

(7)数字信号调理

数字信号在某些情况下也必须经过调理才能进入DAQ卡。譬如,不能将工业环境中的数字信号直接接入DAQ卡,接入之前必须经过隔离来防止可能的高压放电或者经过削减来调整电平以适应DAQ卡的输入要求。

3.3虚拟电子秤的软件设计

LabVIEW作为软件处理核心环境,其软件流程图如下:

查看历史记录 开始 标定

打开历史记菜单选择 标定完成 数据采集

N 显示记录 N 输入样本值并将其存入样本数组 Y 数据滤波 弹出 对话框 电压值转为重量值 数据采集 大于设定值? 数据滤波并将平均值存N 是否记录重量 入采样数组 将样本数组和采样数组存入Y 显示 标定数据表格 线性拟合 显示拟合直线的斜率和截距

退出 图3-2 电子秤软件流程图

LabVIEW虚拟仪器前面板布局图如上图所示。当我们编写一个有多个独立的子程序时,为方便管理,希望有一个统一的界面,从这个界面进入到每个分立的子程序中去执行,一般这种情况可以使用事件结构来实现。

利用事件结构可以实现用一个主程序去控制多个子程序。这种方式对编写比较繁琐的应用程序非常有用,它不但可以使界面看上去整洁,而且便于管理和维

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