自動檢測系統(tǒng)設(shè)計課件

1、4.1 4.1 自動檢測系統(tǒng)的設(shè)計原則與步驟自動檢測系統(tǒng)的設(shè)計原則與步驟4.1.1 4.1.1 自動檢測系統(tǒng)的設(shè)計原則自動檢測系統(tǒng)的設(shè)計原則*系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應(yīng)規(guī)范化、模塊化；*降低成本，提高系統(tǒng)的性能價格比*首先要能夠?qū)崿F(xiàn)所要求的首先要能夠?qū)崿F(xiàn)所要求的功能和技術(shù)指標功能和技術(shù)指標；*要滿足系統(tǒng)在要滿足系統(tǒng)在可靠性、可維護性可靠性、可維護性方面的要求方面的要求如平均無故障工作時間、故障率、失效率、平均壽命等如平均無故障工作時間、故障率、失效率、平均壽命等*考慮到考慮到用戶操作方便用戶操作方便，提供良好的人機界面，提供良好的人機界面自底向上的設(shè)計方法n為了完成某個檢測任務(wù)，可以利用現(xiàn)有的模塊、儀器，綜合

2、成一個滿足要求的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)雖然未必是最簡單、最優(yōu)化的方案，但只要能完成檢測任務(wù)，仍不失為快速、高效解決問題的方法。自頂向下的設(shè)計方法即從總體到局部、再到細節(jié)。先考慮整體目標，明確任務(wù)，把整體分解為多個子任務(wù)，并充分考慮子任務(wù)之間的聯(lián)系。 “硬件軟化”n為降低硬件成本，將某些硬件功能用軟件實現(xiàn)為降低硬件成本，將某些硬件功能用軟件實現(xiàn)。例如計數(shù)器、運算器等硬件設(shè)備所具有的計數(shù)、例如計數(shù)器、運算器等硬件設(shè)備所具有的計數(shù)、運算功能可用軟件完成，從而節(jié)省了硬件設(shè)備。運算功能可用軟件完成，從而節(jié)省了硬件設(shè)備。但是但是硬件軟化后運行速度比硬件低得多硬件軟化后運行速度比硬件低得多。 “軟件硬化軟件硬化”近

3、年來隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，又出現(xiàn)了近年來隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，又出現(xiàn)了“軟件硬化軟件硬化”的趨勢，即的趨勢，即將軟件實現(xiàn)的功能用硬件實現(xiàn)將軟件實現(xiàn)的功能用硬件實現(xiàn)。其中最典型。其中最典型的是的是數(shù)字信號處理芯片數(shù)字信號處理芯片DSP。過去進行快速傅里葉變換。過去進行快速傅里葉變換都用軟件程序?qū)崿F(xiàn)，現(xiàn)在利用都用軟件程序?qū)崿F(xiàn)，現(xiàn)在利用DSP進行進行FFT運算，可以運算，可以大大大大減輕軟件的工作量，提高信號處理速度減輕軟件的工作量，提高信號處理速度。 軟硬件折衷n智能檢測系統(tǒng)中有些功能必須靠硬件實現(xiàn)，而另外有些功能利用軟件或硬件都可完成。n軟件可完成許多復(fù)雜運算，修改方便，但速度比硬件慢。硬件成本

4、高，組裝起來以后不易改動。n多使用硬件可以提高儀器的工作速度，減輕軟件負擔(dān)，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜；使用軟件代替部分硬件會簡化儀器結(jié)構(gòu)，降低硬件成本，但同時也增加了軟件開發(fā)的成本。n大批量投產(chǎn)時，軟件的易復(fù)制性可以降低成本。n工作速度允許的情況下，應(yīng)該盡量多利用軟件。n必須根據(jù)具體問題，分配軟件和硬件的任務(wù)，決定系統(tǒng)中哪些功能由硬件實現(xiàn)，哪些功能由軟件實現(xiàn)，確定軟件和硬件的關(guān)系。4.1.2 4.1.2 自動檢測系統(tǒng)的設(shè)計步驟自動檢測系統(tǒng)的設(shè)計步驟1 確定任務(wù)、擬定設(shè)計方案確定任務(wù)、擬定設(shè)計方案（1) 根據(jù)要求確定系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)、功能、指標（2) 進行總體設(shè)計2 硬件和軟件的研制硬件和軟件的研制 在開發(fā)過

5、程中，硬件和軟件應(yīng)同時進行。(1) 硬件電路的設(shè)計、功能模板的研制和調(diào)試(2) 軟件框圖的設(shè)計、程序的編制和調(diào)試3 系統(tǒng)總調(diào)、性能測試系統(tǒng)總調(diào)、性能測試4.1.2 4.1.2 自動檢測系統(tǒng)的設(shè)計步驟自動檢測系統(tǒng)的設(shè)計步驟1 1 確定任務(wù)、擬定設(shè)計方案確定任務(wù)、擬定設(shè)計方案（1) 根據(jù)要求確定系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)、功能、指標n明確系統(tǒng)需要完成的測量任務(wù)；n明確被測信號的特點、被測量類型、被測量變化范圍、被測量的數(shù)量、輸入信號的通道數(shù)；n明確測量速度、精度、分辨率；n明確測量結(jié)果的輸出方式、顯示器的類型；n明確輸出接口的設(shè)置。n考慮系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外形尺寸、面板布置、研制成本、可靠性、可維護性及性能價格

6、比等。n綜合考慮上述各項，提出系統(tǒng)設(shè)計的初步方案。n（2) 進行總體設(shè)計n通過調(diào)研對所提出的系統(tǒng)初步設(shè)計方案，進行論證，完成系統(tǒng)總體設(shè)計。n在完成總體設(shè)計之后，便可進行設(shè)計任務(wù)分解，將系統(tǒng)的研制任務(wù)分解成若干子任務(wù)n之后針對子任務(wù)去進行具體的設(shè)計。 2 2 硬件和軟件的研制硬件和軟件的研制 在開發(fā)過程中，硬件和軟件應(yīng)同時進行。(1) 硬件電路的設(shè)計、功能模板的研制和調(diào)試n根據(jù)總體設(shè)計，將整個系統(tǒng)分成若干個功能塊，分別設(shè)計各個電路，如輸入通道、輸出通道、信號調(diào)理電路、接口、單片機及其外圍電路等。n在完成電路設(shè)計之后，即可制作相應(yīng)功能模板。 要保證技術(shù)上可行、邏輯上正確， 注意布局合理、連線方便。

7、 先畫出電路圖， 基于電路圖制成布線圖 基于布線圖加工成印刷電路板 將元器件安裝、焊接在印刷電路板上 仔細校核、調(diào)試。n(2) 軟件框圖的設(shè)計、程序的編制和調(diào)試n將軟件總框圖中的各個功能模塊具體化，逐級畫出詳細的框圖，作為編制程序的依據(jù)。n編寫程序一般用匯編語言建立用戶源程序。n在開發(fā)系統(tǒng)機上，利用匯編軟件對輸入的用戶源程序進行匯編，變?yōu)榭蓤?zhí)行的目標代碼。n在程序設(shè)計中還必須進行優(yōu)化工作，利用各種程序設(shè)計技巧，使編出的程序占用內(nèi)存空間盡量小、執(zhí)行速度盡量快。n3 3 系統(tǒng)總調(diào)、性能測試系統(tǒng)總調(diào)、性能測試n在硬件、軟件分別完成后，即可進行聯(lián)合調(diào)試，即系統(tǒng)總調(diào)，測試系統(tǒng)的性能指標。n若有不滿足要求

8、之處，需要仔細查找原因，進行相應(yīng)的硬、軟件改進，直到滿足要求為止。4.2 4.2 傳感器的合理選用傳感器的合理選用 1、確定傳感器的類型、確定傳感器的類型2、線性范圍和量程、線性范圍和量程3、靈敏度的選擇、靈敏度的選擇4、精度、精度5、頻率響應(yīng)特性、頻率響應(yīng)特性6、穩(wěn)定性、穩(wěn)定性n1 1 確定傳感器的類型確定傳感器的類型 全面考慮被測量的特點和傳感器的使用條件，包括：n量程的大小；n被測空間對傳感器體積的要求；n測量方式為接觸式測量還是非接觸式測量；n信號的傳輸方法，是有線傳感還是無線傳感；n傳感器的來源，是購買商品化的傳感器還是自行研制傳感器，是購買國產(chǎn)傳感器還是購買進口傳感器。 考慮上述問

9、題，確定選用何種類型的傳感器，然后再考慮傳感器的具體性能指標。n2 2 線性范圍和量程線性范圍和量程n當傳感器的種類確定之后，首先要看其量程和線性范圍能否滿足要求。n任何傳感器都不能保證絕對的線性，其線性范圍是相對的。n根據(jù)不同的測量精度要求，可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性傳感器。3 靈敏度的選擇靈敏度的選擇希望傳感器的靈敏度越高越好。但傳感器的靈敏度希望傳感器的靈敏度越高越好。但傳感器的靈敏度高，外界噪聲也容易混入，也會被測量系統(tǒng)的放大高，外界噪聲也容易混入，也會被測量系統(tǒng)的放大器放大，影響測量精度。器放大，影響測量精度。要求傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比。要求傳感器本身應(yīng)具有較高的信

10、噪比。n4 4 精度精度n傳感器的選用原則并非精度越高越好。傳感器的精度越高，其價格越昂貴。n傳感器的精度只要滿足整個測量系統(tǒng)的精度要求就可以，不必選得過高。n在滿足同一測量目的的諸多傳感器中選擇最便宜、最簡單、最可靠的傳感器。5 頻率響應(yīng)特性頻率響應(yīng)特性 必須保證在整個被測量頻率范圍內(nèi)滿足不失真測量條件。n4.2.6 4.2.6 穩(wěn)定性穩(wěn)定性n傳感器使用一段時間后，其性能保持穩(wěn)定的能力稱為穩(wěn)定性。n影響傳感器長期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身結(jié)構(gòu)外，主要是傳感器的使用環(huán)境。要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，傳感器必須要有較強的環(huán)境適應(yīng)能力。n在選擇傳感器之前，應(yīng)對其使用環(huán)境進行調(diào)研，并根據(jù)具體的使用環(huán)境

11、選擇合適的傳感器，或采取適當?shù)拇胧?，減小環(huán)境的影響。4.3 4.3 自動檢測系統(tǒng)的性能估計自動檢測系統(tǒng)的性能估計n將傳感器、調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)集成為一個測量系統(tǒng)的基本原則是使測量系統(tǒng)的基本功能、靜態(tài)性能、動態(tài)性能均達到預(yù)先規(guī)定的要求。n原則是采用預(yù)選的環(huán)節(jié)組成測量系統(tǒng)后，經(jīng)過標定實驗，其性能既要達到規(guī)定的要求，同時又不過分的超過預(yù)先規(guī)定的指標。n預(yù)估過程是一個反復(fù)設(shè)定、權(quán)衡調(diào)整直至最后確定的過程，在誤差理論中屬于誤差分配與合成問題。4.3.1 4.3.1 檢測系統(tǒng)分辨力與量程的預(yù)估檢測系統(tǒng)分辨力與量程的預(yù)估n在設(shè)計過程中，指標分配與合成往往需要反復(fù)進行。n通常按檢測系統(tǒng)分辨力與量程的要求，

12、先初步確定傳感器的靈敏度值S1，然后再進行放大器增益S2與AD轉(zhuǎn)換器分度值S3的權(quán)衡。n在被測量范圍較大的情況下，初定的S2、S3往往不能既滿足分辨力又同時滿足量程兩方面的要求。此時有兩種解決辦法。n辦法之一是設(shè)置多種增益，被測量值較小時用增益大的檔，測量值大時自動切換為增益小的檔；n辦法之二是固定放大器的增益值而選用多位AD轉(zhuǎn)換器，如10位、12位、14位AD轉(zhuǎn)換器等。8.3.2 8.3.2 動態(tài)性能的預(yù)估動態(tài)性能的預(yù)估n1 模擬部分模擬部分NN()()100%()W jWjrWj動態(tài)(幅值)誤差表達式 傳感器與放大器均為一階系統(tǒng) 22121111()1()r22 222001111()1

13、() (2)r傳感器為二階系統(tǒng)，放大器為一階系統(tǒng)n2 數(shù)字部分 n數(shù)字部分與動態(tài)誤差有關(guān)的指標是AD轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時間以及采樣保持器的孔徑時間與孔徑抖動時間。n（1） AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換時間的選取H1C112nfTmHffn（2） 采樣保持器孔徑時間與孔徑抖動時間的選取n如果公式(8-7)的關(guān)系不能滿足，則AD轉(zhuǎn)換器前面必須有采樣保持器，一般說來可以通過軟件提前下達指令的措施消除孔徑時間的延時影響，故被測信號的頻率最大值受限于孔徑抖動時間n總的說來，測量系統(tǒng)動態(tài)性能主要受傳感器的限制。 H1AJ112nfT4.3.3 4.3.3 靜態(tài)性能的預(yù)估靜態(tài)性能的預(yù)估n靜態(tài)性能的預(yù)估就是按總誤差的限定值對組成

14、系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)進行誤差分配的問題。n它包括誤差預(yù)分配、綜合調(diào)整、再分配、再綜合，直至選定環(huán)節(jié)的靜態(tài)性能滿足系統(tǒng)靜態(tài)性能的要求。n以某壓力測量系統(tǒng)為例，要求該系統(tǒng)在(205)環(huán)境溫度內(nèi)引用誤差不大于1.0%，當工作于上限溫度60時溫度附加誤差不大于2.5%，試確定壓阻式壓力傳感器、放大器、數(shù)采系統(tǒng)的靜態(tài)性能。測量系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)框圖123yuvySS S Sxxuv 123yS S S x123lnlnlnlnlnySSSx312123dSdSdSdydxySSSx由于x是被測量，被認為是不變化的，也可認為它的變化是不屬于測量系統(tǒng)本身的，故令dxx=0 123yrrrr333231323222121

15、312111rrrrrrrrrrrr測量系統(tǒng)整機誤差表達式111213212223313233yrrrrrrrrrr恒定系統(tǒng)誤差可以通過標定實驗數(shù)據(jù)得到修正。因此，只存在可變系統(tǒng)誤差與隨機誤差，于是采用方和根法綜合，整機誤差2222222222111213212223313233yrrrrrrrrrr0.33%rcyUuk按照整機性能要求，引用誤差小于1.0%，則整機的擴展不確定度U1.0%。為簡單起見取覆蓋因子為3，則整機標準不確定度式上式的誤差公式用標準不確定來表示 2222222222111213212223313233rcuuuuuuuuuu(1) 有關(guān)傳感器分項標準不確定度的設(shè)定1)

16、 用傳感器的準確度等級指數(shù)進行估算，即令11%3u2) 用傳感器的分項標準不確定度來估算22222111121314uuuuu1113Hu由滯后H引入的不確定度分量； 1213Ru由重復(fù)性R引入的不確定度分量； 1313Eu由電源波動系數(shù)E引入的不確定度分量； 140()/3Sut由環(huán)境溫度變化引入的不確定度分量 n設(shè)傳感器技術(shù)指標為：滯后=0.09；重復(fù)性=0.09；電源波動系數(shù)=0.03；溫度系數(shù) ； n將上述指標數(shù)據(jù)代入u1式中，得404.9 10/ C4S5.1 10/ C5 Ct 10.293%u (2) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)AD轉(zhuǎn)換器標準不確定度的設(shè)定3181110.113%223u1)

17、由分度值進行示值估讀的量化誤差e引入的不確定度服從均勻分布，當選用8位AD時 2) 因顯示結(jié)果要修約至估讀值，故產(chǎn)生的修約誤差為量化誤差的1/2，服從均勻分布 323110.056%2uu222224233132(0.1130.056 ) 10(0.126)uuun(3)放大器標準不確定度的限定n根據(jù)整機標準不確定度的要求和已設(shè)定的傳感器及AD轉(zhuǎn)換器的標準不確定度值，由公式可解得放大器標準不確定度為0.096。達到上述要求對一般放大器而言不是太困難。n放大倍數(shù)的波動通常是環(huán)境溫度變化引起放大器的失調(diào)溫度漂移及反饋電阻阻值比的漂移。n注意，放大倍數(shù)的實際值偏離設(shè)計值引起的系統(tǒng)誤差是可以消除的。在

18、實時自校的測量系統(tǒng)中，放大倍數(shù)是由基準電壓實時標定的。n因此放大器的不確定度則決定于基準電壓源。同樣基準電壓值的波動通常也是受環(huán)境影響，對于2DW232系列穩(wěn)壓二極管制作的基準電壓源，其溫度系數(shù)可以達到(20-5)ppm。4.4 4.4 自動檢測系統(tǒng)設(shè)計舉例自動檢測系統(tǒng)設(shè)計舉例在線微在線微量水分測量系統(tǒng)設(shè)計量水分測量系統(tǒng)設(shè)計1 1 系統(tǒng)總體設(shè)計系統(tǒng)總體設(shè)計n任何自動檢測系統(tǒng)乃至任何工程系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)都源于實際需求。n在高壓電器設(shè)備中，絕緣材料的含水率是影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素之一。必須對其中的絕緣介質(zhì)進行干燥以降低含水量。n為了對其干燥過程進行自動控制，達到既滿足干燥要求又能夠盡量節(jié)能、提高干燥

19、效率的目的，就必須對干燥進程進行定量測量。 圖4-2 微量水分測量系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖2 2 傳感器選用傳感器選用1金電極2感濕膜3AgPd電極圖8-3 感濕芯片外形尺寸圖n氧化鋁濕度傳感器利用氧化鋁對水分強的吸附性制成。工作時被測氣體中的水分子通過金層上的網(wǎng)孔被氧化鋁的細孔壁吸附或釋放，并與周圍的水蒸氣壓迅速達到平衡。n由于水分的介電常數(shù)大，細孔壁吸附水分子后等效電容變大，即電容量隨濕度變化，濕度越大電容量也越大，反之則小。n這種傳感器具有響應(yīng)速度快、抗結(jié)露及抗污染能力強、無需加熱清洗、長期使用性能穩(wěn)定可靠等許多優(yōu)點，測量范圍 ，因此適于超微量水分測量。4(1 1099.9)%RH3 3 信號調(diào)

20、理電路設(shè)計信號調(diào)理電路設(shè)計 圖8-4 差動脈沖調(diào)寬電路原理圖 圖8-5 差動脈沖調(diào)寬電路各點電壓波形圖21211TTTTUUO11111rlnUTRCUU12221rlnUTR CUU12O112CCUUCCn輸出的直流電壓與傳感器電容和固定電容之間的差值成正比。n差動脈沖調(diào)寬電路只采用直流電源，無需振蕩器，也就不存在載波波形純度的要求；輸出信號一般為10kHz1MHz的矩形脈沖，只要配置一個低通濾波器就能得到直流信號；對矩形波的純度要求不高，也不需要相敏檢波器，從而避免了伴隨而來的線性問題。n前置電路的輸出信號經(jīng)二級有源低通濾波器濾波后得到了直流信號。為保證能對信號進行直接模數(shù)轉(zhuǎn)換、提高信號

21、的抗干擾能力及儀器的靈敏度，還必須對信號進行放大處理。 n放大后的直流信號通過AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，再送入8031單片機的CPU中，處理后送顯示或打印。本系統(tǒng)的AD轉(zhuǎn)換器采用12位分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD574A，它能使系統(tǒng)達到較高的測量精度。n數(shù)字系統(tǒng)除了核心單元8031外，還擴展了8KB的程序存儲器EPROM2764和8KB的數(shù)據(jù)存儲器RAM6264，并行接口芯片8255作為單片機與顯示器、鍵盤及打印機的接口，實現(xiàn)參數(shù)的預(yù)置及濕度值的顯示及打印。4 4 微量水分測量系統(tǒng)的軟件設(shè)計微量水分測量系統(tǒng)的軟件設(shè)計n用MCS-51匯編語言編程，經(jīng)調(diào)試通過的程序固化在EPROM之中。n系統(tǒng)啟動后，首先由主程序

22、完成各種初始化工作，包括8031片內(nèi)特殊功能寄存器SFR的初始化，8255等接口的初始化及數(shù)據(jù)緩沖區(qū)初始狀態(tài)的設(shè)定；n然后發(fā)AD啟動脈沖，采樣濕度數(shù)據(jù)，經(jīng)標度變換后送顯示或打印。圖4-6 主程序流程圖4.5 4.5 啤酒瓶殘留清洗液在線檢測系統(tǒng)設(shè)計啤酒瓶殘留清洗液在線檢測系統(tǒng)設(shè)計4.5.1 4.5.1 設(shè)計任務(wù)設(shè)計任務(wù)n需要將含有殘留清洗液的不合格瓶子剔除，確保實際用于灌裝的瓶酒瓶清洗干凈且不含清洗液殘留物。 n人工檢驗耗費工時，工人工作單調(diào)，容易造成視覺疲勞，檢驗的速度和精度都很有限。 n分辨率為1ml堿液或4ml自來水，檢測速度為72000瓶/小時，不合格瓶檢出率為99.99%，合格瓶誤檢

23、出率為1%。 4.5.2 4.5.2 設(shè)計任務(wù)難點分析設(shè)計任務(wù)難點分析n1 1 檢測的高速性檢測的高速性n2 2 檢測的非接觸性檢測的非接觸性n3 3 分辨率要求高且被測物質(zhì)不唯一分辨率要求高且被測物質(zhì)不唯一n4 4 自動剔除自動剔除n5 5 較強的抗干擾能力，穩(wěn)定性、可靠性要求高較強的抗干擾能力，穩(wěn)定性、可靠性要求高4.5.3 4.5.3 檢測原理研究檢測原理研究圖4-7 高頻殘留液檢測裝置示意圖圖4-8 有殘液容器經(jīng)過時兩極間的等效電路有無殘留液的瓶子經(jīng)過時，在接收電極上產(chǎn)生的電流的變化量 32111()IIIUZZZ 21IUZ Z2是激勵頻率、耦合電容、殘留液等效阻抗的函數(shù)，因此流過電

24、極的電流的變化量是激勵電壓、激勵頻率、耦合電容、殘留液等效電阻的函數(shù)。 耦合電容的大小取決于殘留液的體積，殘留液的等效電阻取決于殘留液體積和濃度，等效阻抗是殘留液數(shù)量和濃度的綜合體現(xiàn)。 當激勵電壓和激勵頻率都是一定的時候，電流值只和殘留液的體積和濃度有關(guān)。于是，殘留液的有關(guān)信息被轉(zhuǎn)換為電流的變化量，實現(xiàn)了非電量到電量的轉(zhuǎn)換。 圖4-9 交流頻率為4.5MHz，電壓12V時,有殘留液和無殘留液時的曲線對比 4.5.4 4.5.4 檢測系統(tǒng)設(shè)計檢測系統(tǒng)設(shè)計n1 激勵電壓和頻率的選擇2211sinIUAtZZ 單純從上式看來，激勵電壓越高，耦合電流的變化量就越大，檢測系統(tǒng)的靈敏度也就應(yīng)該越好。但通過

25、實驗發(fā)現(xiàn)，當激勵源電壓增高到一定程度時，再進一步提高該電壓，噪聲影響將明顯增大，信噪比不僅不能提高反而下降。因此存在著激勵電壓的優(yōu)選問題。通過實驗，發(fā)現(xiàn)激勵電壓在12V18V，頻率在6MHz8MHz時效果較好。 2 電極設(shè)計主要是確定電極的形狀、幾何尺寸、電極間距。 n檢測極板的形狀、幾何尺寸設(shè)計原則是能夠最有效的檢測單個被測瓶，并且在輸送帶上與被測瓶相鄰的其他待測瓶或已測瓶不會對正在實施的針對被測瓶的檢測產(chǎn)生干擾。n換言之，應(yīng)該保證檢測電極能夠最有效的檢測處于兩檢測極板之間的被檢測瓶，而不會受到其前面的已經(jīng)檢測過的瓶子和后面的尚未進入檢測區(qū)的瓶子的干擾。唯有如此，才能夠?qū)Ρ粰z測瓶做出準確的判

26、斷。n將檢測電極設(shè)計為長方形，其長度設(shè)計為瓶子的直徑，其高度根據(jù)允許殘留液的上限確定。n至于電極的厚度，則是在保證機械強度的前提下越薄越好。越薄意味著邊緣效應(yīng)的影響越小n檢測電極之間的距離應(yīng)能根據(jù)被檢瓶的直徑進行調(diào)整。合適的電極間距對于提高靈敏度、降低誤檢率等有重要作用。極板間距應(yīng)該考慮多方面的因素，綜合考慮，多次調(diào)試，選擇最優(yōu)的距離。n由于極板電容邊緣效應(yīng)的存在，檢測系統(tǒng)將受到來自檢測極板周圍的不銹鋼傳送帶、支架的影響。這種影響不僅使傳感系統(tǒng)靈敏度降低，而且會加重檢測系統(tǒng)的非線性，因此應(yīng)該盡量消除或減小它。檢測電極無法遠離傳送帶和支架，只能通過盡量減小電極間距、減小電極厚度、可靠接地、有效屏

27、蔽來減小邊緣效應(yīng)的影響。 3 系統(tǒng)總體框圖圖8-10 殘留液檢測系統(tǒng)的整體功能結(jié)構(gòu)框圖 n激勵源利用晶體振蕩電路產(chǎn)生頻率和電壓值都很穩(wěn)定的振蕩信號，再經(jīng)過整形和功率放大電路后變成方波，將這個方波信號作為激勵信號。n從激勵源出來的交流激勵信號施加于電極上，當有殘留液的容器處在兩個電極之間的檢測區(qū)域時，電極和其靠近的殘留液的截面形成兩個耦合電容C1、C2。殘留液相當于一個電阻R，該電阻連接兩個耦合電容。n通過檢測極板之間的等效電導(dǎo)，就能獲取容器內(nèi)殘留液的信息。電容C1和電容C2的電容值的大小反映殘留液的體積大小，電阻R的大小反映殘留液導(dǎo)電能力的大小，電極之間的等效導(dǎo)納是殘留液體積和殘留液導(dǎo)電能力的

28、綜合體現(xiàn)。從電極出來的耦合信號，經(jīng)過濾波、高頻放大電路放大，再經(jīng)過峰值檢波電路檢波，變換成直流電壓信號。直流電壓信號經(jīng)過低頻放大處理，再經(jīng)過運算電路變換就成了單片機能夠直接進行A/D采樣的電壓信號。通過A/D采樣，得到電壓的值和設(shè)定的值進行比較判斷，然后輸出一個信號到剔除器，剔除器將不合格瓶子予以剔除。4 高穩(wěn)定性直流電源設(shè)計圖4-11 以運算放大器為核心的極性變換電路n事實上，由于內(nèi)容參數(shù)的離散性以及自舉電路結(jié)構(gòu)的影響，集成功放輸出端的電壓并不是絕對的VCC/2，從而造成正、負輸出電壓不平衡的現(xiàn)象。為此，將一只10100k的電位器替代原來有等值電阻構(gòu)成的分壓電路就可以克服這種輸出電壓不平衡的

29、現(xiàn)象。n具體電路如圖8-12所示，圖中功放選用的是LM386。通過調(diào)節(jié)功放的直流輸入電平，就可以在芯片的輸出端得到大小非常接近的正負電壓值了。該電路不僅能克服內(nèi)容參數(shù)的離散性以及自舉電路結(jié)構(gòu)的影響，也能同時克服正、負電源的負載不對稱所帶來的影響。圖4-12 改進的以功率運算放大器為核心的極性變換電路5 高頻激勵信號源設(shè)計圖4-15 石英晶體多諧振蕩器電路6 高頻傳感信號放大電路設(shè)計 圖4-16 高頻小信號諧振放大器7 峰值檢波電路設(shè)計 圖4-19 帶運算放大器的峰值檢波器8 低頻放大電路設(shè)計 圖4-20 低頻放大電路 21166fofRSURSRRR4.5.5 4.5.5 數(shù)字處理單元設(shè)計數(shù)字

30、處理單元設(shè)計4.6 4.6 空氣壓縮機的曲軸工作應(yīng)力測試空氣壓縮機的曲軸工作應(yīng)力測試 選用通用測量儀器組成測量系統(tǒng)，其一般步驟如下：n1) 對待測產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和工作情況進行分析，根據(jù)有關(guān)標準和規(guī)范制定測試方案。n2) 確定測試部位，合理布置測量點。n3) 選擇合適的應(yīng)變計、傳感器和測量儀器。n4) 進行測試，包括清理測量點、貼應(yīng)變片、校準儀器、裝接導(dǎo)線、采集測量數(shù)據(jù)并做好記錄等。n5) 做好數(shù)據(jù)處理和結(jié)果分析工作，形成試驗報告，對產(chǎn)品質(zhì)量給出明確評價。 n壓縮機工作時，電機經(jīng)皮帶輪驅(qū)動曲軸，再經(jīng)連桿使活塞往復(fù)運動壓縮氣體。因此曲軸是空氣壓縮機的動力傳動部件，事關(guān)整機運行的可靠性、穩(wěn)定性，在新產(chǎn)品的定型過程中需對其進行應(yīng)力測試。 4.6.1 4.6.1 曲軸材料性能及測點布置曲軸材料性能及測點布置 編號屈服強度（MPa）拉伸強度（MPa） 彈性模量E（MPa）延伸率（%）1521.5587.41704681.42523.3606.01744321.43514.7583.51597750.9平均值519.9598.41675941.23n曲軸旋轉(zhuǎn)時，由連桿產(chǎn)生的推力和皮帶輪產(chǎn)生的扭矩同時作用于曲軸上，靠近輸入端的曲軸頸和軸臂等部位是主要承力部位。n對于旋轉(zhuǎn)部件的動應(yīng)力，可靠的測試方法是采用電阻應(yīng)變計進