基于DRVI虛擬儀器平臺的光電轉速計設計

1、 創(chuàng)新實踐課程設計 課題名稱：基于DRVI虛擬儀器平臺的光電轉速計設計 專業(yè)： 測控技術與儀器 班級： 120815 姓名： 譚元洪 學號： 12081413 指導教師：楊琳瑜目錄前言1一DRVI可重構虛擬儀器實驗平臺簡介2二基本原理31轉速與頻率32傳感器基本原理3三實驗儀器與實驗設計41.實驗設備介紹41.1DRHYF-12-A型光電轉速傳感器41.2快速可重組虛擬儀器平臺 (DRVI) 及多功能轉子實驗臺52.實驗設計63.測試7結束語8南昌航空大學前言 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)律轉換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成。”有時也被稱為換能器，變換

2、器，變送器或探測器。DRVI將傳感器與軟件結合了起來方便了實驗與使用。DRVI 是基于軟件總線和芯片結構的快速可重組虛擬儀器 , 該儀器技術的主體為一個帶軟件控制線和數(shù)據線的軟主板 , 其上可插接軟內存條、 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 , 構成一個能根據應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。該技術使應用程序開發(fā)由“程序=主程序+子程

3、序”演變?yōu)椤俺绦?構件+構件組裝”，程序開發(fā)重心從編寫代碼轉移到組件裝配。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計帶來較大困難。在深入研究的基礎上，我們針對虛擬儀器測量系統(tǒng)特點對組件化開發(fā)技術進行了簡化，提出一種簡明的用測量數(shù)據管線裝配的虛擬儀器模型。DRVI可重構虛擬儀器實驗平臺的軟件就是以這種形式開發(fā)的。一DRVI可重構虛擬儀器實驗平臺簡介1、概述DRVI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機的裝配式生產模式，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，根據測量任務需求，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構圖二基本原理1轉速與頻率本實驗主要是測試主軸的轉速根據所測量到的頻率f 來測定主軸的轉速即n=f x 60 n：轉速f: 頻率單位：轉/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)光電轉換的關鍵元件，它是把光信號（紅外、可見及紫外光輻射）轉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；也可用來檢測能轉換成光量變化的其他非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應變、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、光學通路和光電元件三部分組成。三實驗儀器與實驗設計1.實驗設備介紹1.1DRHYF-12-A型光電轉速傳感器a.原理與外觀DRHYF-12-A型傳感器屬于反射

7、性光電開關類傳感器，在同一殼體內裝有發(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，從而產生感應。它利用光電轉換的原理，將旋轉物體的轉速通過DRHYF-12-A型傳感器轉換成與其相對應的脈沖電信號送給二次儀表，進行頻率或轉速的測量?？梢院臀夜旧a的數(shù)據采集儀以及DRVI軟件配套使用，也可與別的廠家生產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。根據其結構和性能特點，我們主要將它用于轉速測量等場合。c.主要技術性能指標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型光電轉速傳感器的信號輸出端接入配套的藍津數(shù)據采集儀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型光電轉速傳感器固定好。3. 將被測

9、量的轉動體表面貼上反光的與轉動體背景色反差比較大的小標志物。調好傳感器的距離（4060mm）固定住。4. 然后打開數(shù)據采集儀，調節(jié)傳感器的靈敏度范圍，方法是用小號的一字起子調節(jié)傳感器尾部的螺絲（一般在出廠的時候已經調整好，使用時有可能需要微調），同時輕輕撥動轉動體，到其上的紅色發(fā)光管隨著轉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型光電轉速傳感器的接收光電管的輸出經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速測量實驗腳本，即可進行轉速測量工作。1.2快速可重組虛擬儀器平臺

10、 (DRVI) 及多功能轉子實驗臺多功能轉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、 轉速、 噪聲、 位移、 轉矩、 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、 主軸轉速測試。 1.2.1 快速可重組虛擬儀器平臺 (DRVI) 及多功能轉子實驗臺2.實驗設計本測試采用光電傳感器測主軸轉速。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面上 , 通過調節(jié)傳感器與軸的距離和擰傳感器上的調節(jié)扭使傳感器對軸不敏感 , 而對反光紙敏感 , 從而產生脈沖電壓或電流 , 通過計算單位時間內

11、的脈沖個數(shù)來計算主軸轉速。 圖 2.1 計算機界面 數(shù)據采集芯片：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.撥動轉子實驗臺的開關為“開”。2.打開傳感器開關。3.用鼠標點擊電腦軟件開關按鈕為“開”狀態(tài)。得到如下顯示圖3.1 軟件顯示根據圖中的數(shù)據可知：頻率為25.706Hz主軸的轉速為1542.4轉/分。結束語計算機科學和微電子技術的迅速發(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，促使了一個新型的儀器概念-虛擬儀器 (virtual instrument，vi)的出現(xiàn)。虛擬儀器技術的實質是充分利用最新的計算機技術來實現(xiàn)和擴展傳統(tǒng)儀器的功能。虛擬儀器的基本構成包括計算機、虛擬儀器軟件、硬件接口模塊等。