LabView测试平台下图书馆用含锌金属传感器的设计与应用
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LabView 测试平台下图书馆用含锌金 属传感器的设计与应用
杜芳蓉，法 婷，刘玉花
（甘肃农业大学图书馆， 甘肃 兰州 ７３００７０）
图书馆的智能化监测与控制通过传感器技术参与完成。 本文以图书馆用金属传感器为被控对象， 利用 Ｌａｂｖｉｅｗ 摘 要 ： 虚拟仪器技术分析传感器的静态特性和非线性误差， 设计静态非线性温度补偿。 在 Ｌａｂｖｉｅｗ 环境下开发了用于含锌金属 传感器信号测试的虚拟仪器。 在 Ｌａｂｖｉｅｗ 开发平台上进行实验研究， 结合 ＰＩＤ 算法确保了动态控制的响应速度， 提高了 静态控制品质， 为实际图书馆智能化管理系统的控制效果提供了依据。 Ｌａｂｖｉｅｗ ； 虚拟仪器 ； 金属传感器 ； 算法控制 关键词 ： Ｇ２５０．６ Ａ １００２－５０６５ （２０１６） ２３－０１１３－２ 中图分类号 ： 文献标识码 ： 文章编号 ：
The design and application of the zinc containing metal sensor used in the Library under the LabView test platform
DU Fang-rong,FA Ting,LIU Yu-hua
（Ｇａｎｓｕ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｌｉｂｒａｒｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００７０，Ｃｈｉｎａ）
确定出电势分布函数 V （x,y,z）可 得 带 场 强 分 布 为 E=-grad 利用积分求出 D1 和 D2 的带电量 ：
1.2 PID 控制算法研究 PID 控制器具有结构简单、容易实现、范围广泛、选定 简单、 使用方便的优点。 其控制原理如图 1 所示。
1 金属传感器数学模型的建立
金属传感器按工作原理分分为电磁感应高频振荡型、 磁 力型、电容型。按检测方法分所有金属型、有色金属型、通 用型。其特性是非接触检测、无触点输出、操作寿命长、适 应环境强、 反应速度快、 安装灵活 [2]。 1.1 数学模型建立 被控对象数学模型的建立常用分析法或实验法确定。 本文 通过分析法确定数学模型结构， 再通过模拟实验得出数学模型 中实际参数值。 在分析研究中得到传感器的、工农业、环境监 测、 智能家居等领域都具有很高的使用价值， 给人类生产和 生活中各个领域带来了影响 [1]。 传感器等智能电子信息技术在数字图书馆中的应用是 数字图书馆技术系统的发展与建设趋势。 传感器的设计与应 用将是建设数字化图书馆的重要研究目标。 本文提出了基于 Labview 测试平台下传感器的设计研究，通过对金属传感 器模型的建立， 引出针对传感器特性的控制算法。 再通过动 态控制原理选择控制参数， 叙述了基于 PID 控制算法的仿真 实验和结果分析。 详细分析概述了 Labview 系统编程优势， 证实了控制法的优越性， 为实际应用提供了依据。
Abstract: Ｔｈｅ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｂｒａｒｙ ｉｓ ｃｏｍｐｌｅｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｓｅｎｓｏｒ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ， ｔｈｅ Ｌａｂｖｉｅｗ ｖｉｒｔｕａｌ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｓｔａｔｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ａｎｄ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｅｒｒｏｒ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｎｓｏｒ， ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔａｔｉｃ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ． Ｉｎ ｔｈｅ Ｌａｂｖｉｅｗ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ， ｔｈｅ ｖｉｒｔｕａｌ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｕｓｅｄ ｔｏ ｔｅｓｔ ｔｈｅ ｓｉｇｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ ｚｉｎｃ ｍｅｔａｌ ｓｅｎｓｏｒ ｗａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｌａｂｖｉｅｗ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｌａｔｆｏｒｍ， ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ＰＩＤ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｐｅｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ， ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ ｓｔａｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｑｕａｌｉｔｙ， ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｌｉｂｒａｒｙ． Keywords: Ｌａｂｖｉｅｗ； ｖｉｒｔｕａｌ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ； ｍｅｔａｌ ｓｅｎｓｏｒ； ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｃｏｎｔｒｏｌ
图 1 PID 控制原理图
PID 输入输出信号关系式为 ：
２０１６－１１ 收稿日期 ： 杜芳蓉， 女， 生于 １９８０ 年， 甘肃兰州人， 馆员， 硕士， 研究方向 ： 作者简介 ： 图书馆学。
其传递的函数为 ： G(s)=U(s)/E(s)=Kp+Ki1/S+Kds。 控制器的输出与输入信号成正比， 积分成正比。 控制器 [3] 输入与误差变化率的微分成正比 。 1.3 仿真结果分析 根据给定对象的响应特性来确定 PID 控制器的参数， 获 取步骤为， 在系统单阶跃响应中， 断开反馈连线、 微分器输 出连线、 积分器输出连线， 选定仿真时间进行仿真， 得到系
2016年 12月上 世界有色金属 113
统的阶跃响应曲线、 延迟时间、 放大系数、 时间常数如表 1。
对于单一平面传感器， 设两金属电极板占据区域分别为 D1 和 D2。
−b/2 ≤ x ≤ b/2 b / 2 ≤ x ≤ −b / 2 D1 = ( x, y, z ) − k / 2 ≤ y ≤ −a − k / 2, D 2 = ( x, y, z ) k / 2 ≤ y ≤ k / 2 + a , 0≤ z≤c c ≤ z ≤1
杜芳蓉，法 婷，刘玉花
（甘肃农业大学图书馆， 甘肃 兰州 ７３００７０）
图书馆的智能化监测与控制通过传感器技术参与完成。 本文以图书馆用金属传感器为被控对象， 利用 Ｌａｂｖｉｅｗ 摘 要 ： 虚拟仪器技术分析传感器的静态特性和非线性误差， 设计静态非线性温度补偿。 在 Ｌａｂｖｉｅｗ 环境下开发了用于含锌金属 传感器信号测试的虚拟仪器。 在 Ｌａｂｖｉｅｗ 开发平台上进行实验研究， 结合 ＰＩＤ 算法确保了动态控制的响应速度， 提高了 静态控制品质， 为实际图书馆智能化管理系统的控制效果提供了依据。 Ｌａｂｖｉｅｗ ； 虚拟仪器 ； 金属传感器 ； 算法控制 关键词 ： Ｇ２５０．６ Ａ １００２－５０６５ （２０１６） ２３－０１１３－２ 中图分类号 ： 文献标识码 ： 文章编号 ：
The design and application of the zinc containing metal sensor used in the Library under the LabView test platform
DU Fang-rong,FA Ting,LIU Yu-hua
（Ｇａｎｓｕ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｌｉｂｒａｒｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００７０，Ｃｈｉｎａ）
确定出电势分布函数 V （x,y,z）可 得 带 场 强 分 布 为 E=-grad 利用积分求出 D1 和 D2 的带电量 ：
1.2 PID 控制算法研究 PID 控制器具有结构简单、容易实现、范围广泛、选定 简单、 使用方便的优点。 其控制原理如图 1 所示。
1 金属传感器数学模型的建立
金属传感器按工作原理分分为电磁感应高频振荡型、 磁 力型、电容型。按检测方法分所有金属型、有色金属型、通 用型。其特性是非接触检测、无触点输出、操作寿命长、适 应环境强、 反应速度快、 安装灵活 [2]。 1.1 数学模型建立 被控对象数学模型的建立常用分析法或实验法确定。 本文 通过分析法确定数学模型结构， 再通过模拟实验得出数学模型 中实际参数值。 在分析研究中得到传感器的、工农业、环境监 测、 智能家居等领域都具有很高的使用价值， 给人类生产和 生活中各个领域带来了影响 [1]。 传感器等智能电子信息技术在数字图书馆中的应用是 数字图书馆技术系统的发展与建设趋势。 传感器的设计与应 用将是建设数字化图书馆的重要研究目标。 本文提出了基于 Labview 测试平台下传感器的设计研究，通过对金属传感 器模型的建立， 引出针对传感器特性的控制算法。 再通过动 态控制原理选择控制参数， 叙述了基于 PID 控制算法的仿真 实验和结果分析。 详细分析概述了 Labview 系统编程优势， 证实了控制法的优越性， 为实际应用提供了依据。
Abstract: Ｔｈｅ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｂｒａｒｙ ｉｓ ｃｏｍｐｌｅｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｓｅｎｓｏｒ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ， ｔｈｅ Ｌａｂｖｉｅｗ ｖｉｒｔｕａｌ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｓｔａｔｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ａｎｄ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｅｒｒｏｒ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｎｓｏｒ， ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔａｔｉｃ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ． Ｉｎ ｔｈｅ Ｌａｂｖｉｅｗ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ， ｔｈｅ ｖｉｒｔｕａｌ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｕｓｅｄ ｔｏ ｔｅｓｔ ｔｈｅ ｓｉｇｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ ｚｉｎｃ ｍｅｔａｌ ｓｅｎｓｏｒ ｗａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｌａｂｖｉｅｗ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｌａｔｆｏｒｍ， ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ＰＩＤ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｐｅｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ， ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ ｓｔａｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｑｕａｌｉｔｙ， ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｌｉｂｒａｒｙ． Keywords: Ｌａｂｖｉｅｗ； ｖｉｒｔｕａｌ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ； ｍｅｔａｌ ｓｅｎｓｏｒ； ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｃｏｎｔｒｏｌ
图 1 PID 控制原理图
PID 输入输出信号关系式为 ：
２０１６－１１ 收稿日期 ： 杜芳蓉， 女， 生于 １９８０ 年， 甘肃兰州人， 馆员， 硕士， 研究方向 ： 作者简介 ： 图书馆学。
其传递的函数为 ： G(s)=U(s)/E(s)=Kp+Ki1/S+Kds。 控制器的输出与输入信号成正比， 积分成正比。 控制器 [3] 输入与误差变化率的微分成正比 。 1.3 仿真结果分析 根据给定对象的响应特性来确定 PID 控制器的参数， 获 取步骤为， 在系统单阶跃响应中， 断开反馈连线、 微分器输 出连线、 积分器输出连线， 选定仿真时间进行仿真， 得到系
2016年 12月上 世界有色金属 113
统的阶跃响应曲线、 延迟时间、 放大系数、 时间常数如表 1。
对于单一平面传感器， 设两金属电极板占据区域分别为 D1 和 D2。
−b/2 ≤ x ≤ b/2 b / 2 ≤ x ≤ −b / 2 D1 = ( x, y, z ) − k / 2 ≤ y ≤ −a − k / 2, D 2 = ( x, y, z ) k / 2 ≤ y ≤ k / 2 + a , 0≤ z≤c c ≤ z ≤1