厚度测量
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六、心得与体会
通过对钢板的厚度测量系统的设计，对所学的知识有了新的认识，把在课程中有疑惑的地方理解了，是自己的知识得到巩固和提高。在设计的过程中，锻炼了自己的独立思考的，独立查找材料的能力，熟悉各种类型的传感器和数据采集卡的结构，作用和工作原理、适用范围，也了解了各类传感器与数据采集卡的优缺点。
在设计期间，我遇到了一些困难，在老师的指导和同学的帮助下，我克服了困难并解决问题，让自己的能力的到发展与提高。
DI：8路；
DO：8路；
输入输出电平：TTL／CMOS电平兼容；
定时/计数器部分（以下简称T／C）
内部基准时钟：2MHz，占空比50％
定时/计数通道：4个32位定时/计数通道
基准时钟：2MHz，占空比50％
内部门控方式：每个计数通道配有专用32位门控计数器；
内部门控精度：1uS；
外部门控方式：外部输入TTL电平经抗干扰电路滤波后输入；
AD通讯方式：AD转换结束中断、FIFO半满中断、程序查询；
AD转换非线性误差：±1LSB
模出部分（以下简称DA）
DA通道数：4路
DA范围：0～5V；0～10V；-5V～+5V；－10V～＋10V；
DA转换分辨率：12位
DA转换建立时间：≤10μS
4路DA加电输出状态：加电同时自动输出下限电平
数字量输入输出部分（以下简称DI/DO）
地址http://www.ahcgww.com/product/list.asp?product_id=155
LVDT差动变压器式位移传感器
WY型位移传感器是差动变压器式位移传感器，它把直线移动的机械量变换为电量。广泛地用于测量预先被变成位移的各种物理量，如伸长、移动、振动、膨胀、应变、重量等。它的特点是线性好、结构简单、工作可靠、频宽带、灵敏度高、时间常数小。可广泛用于工矿企业、国防工程、科学研究及大专院校、测量位移量的静态和动态特性。
FPCI-6015卡是PCI总线的多功能模入模出接口卡，可方便地应用于装有PCI总线插槽的微机，具有即插即用（PnP）功能。PC操作系统可选用目前流行的Windows系列、Unix等wk.baidu.com种操作系统以及专业数据采集分析软件LabVIEW等环境.
SFPCI-6015多功能模入模出接口卡安装使用方便，程序编制简单。使用时只需将接口卡插入微机任一PCI总线插槽中。其模拟模入信号由卡上的37芯D型插座与外部信号源及设备连接。
2传感器的选择：LVDT差动变压器式位移传感器具有精度高，动态特性好，工作可靠，使用方便等特点。故可广泛应用于航天航空、机械、建筑、纺织、铁路、煤炭、冶金、塑料、化工以及科研院校等国民经济各行各业，用来测量伸长、振动、物体厚度、膨胀等的高技术产品。本系统采用的传感器详细资料如下：
安徽省传感器厂WY—AC/DC位移传感器
●灵敏度漂移：零点0.01%/℃满度0.025%/℃
●工作温度：-10℃- +70℃
3数据采集部分的设计
传感器产生的模拟电信号通过数据采集卡，再由数据采集卡经过放大和转换变为数字信号传入计算机。在当今社会生产中，人们越来越注重工作生产的效率和工作的稳定性，因此数据采集卡也需要具有高效率和稳定的特点。
钢板厚度测量系统设计
一、系统设计说明
钢板的厚度对安装有钢板的设备的安全性有重要作用，因此需要设计一个钢板厚度测量系统测量钢板的厚度是否达到使用要求。
测量系统使用移动式测量，传感器安装在一个可移动的悬臂梁上，通过移动悬臂梁来测量一块钢板的不同部分的厚度。数据采集卡把从传感器上采集的模拟电信号放大和转换后传输到计算机，计算机对数据进行处理，从而得到钢板的实际厚度与钢板的标准厚度之间的偏差，以此来判断出钢板的厚度是否符合使用要求。
温升80K
（技术数据）
型号86BYGH250A—01
参数：步距角1.8度机身长65mm静力矩32KG.cm引线数4相电流6.0A
相电阻0.34Ω相电感1.72mH转动惯量1.2g.cm^2定位力矩1.35g.cm
重量1.7Kg
（二）测量部分的设计
1、测量部分是系统中最重要的部分，它是通过测量钢板的实际厚度与标准厚度的偏差来进行钢板的厚度测量。测量前先用比标准钢板小3mm的标准量块进行调零。具体的方法是：调节探头到量块的距离，使其在传感器的测量范围内，然后通过传感器控制器对传感器进行复位调零，使传感器的模拟输出电压值为零，测量时若钢板实际厚度与钢板标准厚度存在偏差，则传感器一钢板表面之间发生位移变化，传感器会有相应的电压值输出，数据采集卡把采集到的电压值信号转变为数字信号传给计算机，计算机根据电压值与厚度偏差之间的关系推算出钢板的厚度是否达标。
4、测量系统的原理框图：
各组成部分功能：
①移动机构：通过移动悬臂梁测量出悬臂梁上探头相对钢板的位移。
②传感器：把探头的相对位移变化转变成模拟电压信号。
③数据采集卡：采集传感器上的模拟电信号，放大并转变成数字信号并传输到计算机。
④计算机数据处理：根据传入的数字信号与钢板厚度偏差的关系，得出所测钢板的厚度并判断钢板厚度是否符合要求。
目前，随着科技的迅速发展，大规模集成电路工艺的进步，在市场上已经出现各种类型的数据采集卡，本系统选用的是带有放大功能的数据采集卡，详细功能参数如下：
北京科尔特兴业测控技术研究所SFPCI—6015型数据采集卡
地址：http://www.kilterxy.com/prodetail.php?p_id=387
技术参数：
●高分辨率0.1um
●大行程300mm
●线性行程（满量程）1-300mm±0.1-±1500mm
●灵敏度0.5～20mv/mm/vrms
●精度：0.05%
●精度等级0.5% 0.3% 0.2% 0.1% 0.05%
●初级激励电压5V软木塞（3～8V）
●激励电压频率1KHZ(1-5KHZ)
●动态频率0-200HZ（3db）
2、步进电动机的型号与参数：
常州飞龙电机电器厂生产的86BYGH型混合式步进电动机
地址：http://www.czfl.com/information.asp?ID=277
（通用参数）
步距角精度±5%
绝缘电阻500V DC 100MΩMin
环境温度-20℃~+50℃
绝缘强度500V AC 1 minute
技术参数
模入部分（以下简称AD）
AD通道数：单端32路、双端16路；
AD信号范围：-5V～+5V；0V～+10V；－10V～＋10V（定制）；
输入阻抗：≥10MΩ
AD转换分辨率：12位
AD转换速度：1MHZ
AD数据先进先出缓冲存储器（FIFO）存储深度：4K字
AD触发方式：软件触发；定时触发；外部时钟触发；预置电平触发；提前触发；滞后触发；
参考文献：
[1]王建民、曲云霞主编，机电工程测试与信号分析，北京：中国计量出版社，2003.12
[2]何道清主编，传感器与传感器技术，北京：科学技术出版社，2004.
四、系统结构设计
本系统由移动部分、测量部分、数据处理部分组成
（一）移动部分的设计
1、移动机构：
主要由电动机，传动杆，可移动悬臂梁等组成。钢板放置在工作台上，可移动悬臂梁通过电动机的转动，带动悬臂梁从钢板首端按计算机的指令有规律的进行测量，并且在测量完毕后返回首端，故需要使用可正转和反转的步进电动机，同时步进电动机还需要根据电脑的指令在指定位置启动和停止。
模入部分：用户可根据实际需要选择单端或差分输入方式。输入通道切换可设置成任意连续通道间自动切换或由用户程序切换。卡上FPGA芯片集成了PCI-CORE，并集成4K字节的先进先出存储器（以下简称FIFO），便于采集系统在Windows等实时多任务操作系统下工作。本卡的AD触发方式可以选用软件触发、定时器触发、外部触发、预置触发，提前触发和滞后触发等触发方式。系统通过查询板上FIFO存储状态、AD转换完成状态,或响应FIFO中断或AD转换完成中断的方式实现与板卡的通讯和数据交换。
二、系统构成
可移动部分（包括步进电动机，可移动悬臂梁等），传感器，数据采集卡，计算机
三、系统的设计要求
1、测量的板厚范围：标准板厚为3cm，在标准厚度基础上的-3~3mm的厚度偏差。
2、自动连续测量：可以自动在一块钢板上的首端，1/5、2/5、3/5、4/5处和末端连续测量。
3、精度较高的测量：较高的精度可以得到更精确的结果，有利于判断钢板是否达标。
4、厚度数据的处理
计算机接受来自数据采集卡的数字信号，根据钢板的厚度偏差与模拟电信号相对应的数字信号的关系，通过计算机的计算与处理，可得出对应钢板的厚度，以此判断出钢板的厚度是否达标。
五、系统总体评价
本系统操作简单，自动化程度高，易于操作，由于采用了电涡流传感器和带放大功能的数据采集卡，故系统有灵敏度高，测量精度高，稳定性好，结构简洁等特点符合现代化的效率和稳定要求。适合测量质量较大且对钢板厚度要求比较精确的钢板。
定时/计数控制方式：近似8254的方式0、方式2、方式3；
电源功耗：电压+5V电流(A)≤700mA
使用环境要求
工作温度：0℃～70℃
相对湿度：40％～80％
存贮温度：-55℃～+85℃
外型尺寸：(不含档板)
外型尺寸(不含档板)：长×高＝160mm×105mm ( 6.2英寸×4.2英寸)
外接端子板：
模出部分：4路模出有多种输出范围选择，设置为加电自动输出范围下限电平。
数字量输入输出部分：有8路数字量输入和8路数字量输出接口，采用40P扁平带缆与外部设备连接。也可经转换电缆从37芯D型插座输出。其中数字量输出具有锁存功能。8路数字量输出还具有加电自动清零功能。
定时/计数器部分：FPGA集成了四路32位字长的定时/计数通道，以及2MHz的基准时钟。四路定时/计数器通道共有方式0，方式2，方式3三种工作方式，类似于8254的工作方式，用户可根据自己需求，灵活地组合成所需的功能。
通过XS1、XS2外接SF-680端子板可实现信号连接、RC滤波输入、比例衰减输入；
通过XS1外接SF-690端子板可实现模拟输入信号经0-1000倍放大输入；
通过XS2外接SF-650端子板可实现数字输出信号经电磁继电器驱动输出；
通过XS2外接SF-660端子板可实现数字输出信号经固态继电器驱动输出；
通过对钢板的厚度测量系统的设计，对所学的知识有了新的认识，把在课程中有疑惑的地方理解了，是自己的知识得到巩固和提高。在设计的过程中，锻炼了自己的独立思考的，独立查找材料的能力，熟悉各种类型的传感器和数据采集卡的结构，作用和工作原理、适用范围，也了解了各类传感器与数据采集卡的优缺点。
在设计期间，我遇到了一些困难，在老师的指导和同学的帮助下，我克服了困难并解决问题，让自己的能力的到发展与提高。
DI：8路；
DO：8路；
输入输出电平：TTL／CMOS电平兼容；
定时/计数器部分（以下简称T／C）
内部基准时钟：2MHz，占空比50％
定时/计数通道：4个32位定时/计数通道
基准时钟：2MHz，占空比50％
内部门控方式：每个计数通道配有专用32位门控计数器；
内部门控精度：1uS；
外部门控方式：外部输入TTL电平经抗干扰电路滤波后输入；
AD通讯方式：AD转换结束中断、FIFO半满中断、程序查询；
AD转换非线性误差：±1LSB
模出部分（以下简称DA）
DA通道数：4路
DA范围：0～5V；0～10V；-5V～+5V；－10V～＋10V；
DA转换分辨率：12位
DA转换建立时间：≤10μS
4路DA加电输出状态：加电同时自动输出下限电平
数字量输入输出部分（以下简称DI/DO）
地址http://www.ahcgww.com/product/list.asp?product_id=155
LVDT差动变压器式位移传感器
WY型位移传感器是差动变压器式位移传感器，它把直线移动的机械量变换为电量。广泛地用于测量预先被变成位移的各种物理量，如伸长、移动、振动、膨胀、应变、重量等。它的特点是线性好、结构简单、工作可靠、频宽带、灵敏度高、时间常数小。可广泛用于工矿企业、国防工程、科学研究及大专院校、测量位移量的静态和动态特性。
FPCI-6015卡是PCI总线的多功能模入模出接口卡，可方便地应用于装有PCI总线插槽的微机，具有即插即用（PnP）功能。PC操作系统可选用目前流行的Windows系列、Unix等wk.baidu.com种操作系统以及专业数据采集分析软件LabVIEW等环境.
SFPCI-6015多功能模入模出接口卡安装使用方便，程序编制简单。使用时只需将接口卡插入微机任一PCI总线插槽中。其模拟模入信号由卡上的37芯D型插座与外部信号源及设备连接。
2传感器的选择：LVDT差动变压器式位移传感器具有精度高，动态特性好，工作可靠，使用方便等特点。故可广泛应用于航天航空、机械、建筑、纺织、铁路、煤炭、冶金、塑料、化工以及科研院校等国民经济各行各业，用来测量伸长、振动、物体厚度、膨胀等的高技术产品。本系统采用的传感器详细资料如下：
安徽省传感器厂WY—AC/DC位移传感器
●灵敏度漂移：零点0.01%/℃满度0.025%/℃
●工作温度：-10℃- +70℃
3数据采集部分的设计
传感器产生的模拟电信号通过数据采集卡，再由数据采集卡经过放大和转换变为数字信号传入计算机。在当今社会生产中，人们越来越注重工作生产的效率和工作的稳定性，因此数据采集卡也需要具有高效率和稳定的特点。
钢板厚度测量系统设计
一、系统设计说明
钢板的厚度对安装有钢板的设备的安全性有重要作用，因此需要设计一个钢板厚度测量系统测量钢板的厚度是否达到使用要求。
测量系统使用移动式测量，传感器安装在一个可移动的悬臂梁上，通过移动悬臂梁来测量一块钢板的不同部分的厚度。数据采集卡把从传感器上采集的模拟电信号放大和转换后传输到计算机，计算机对数据进行处理，从而得到钢板的实际厚度与钢板的标准厚度之间的偏差，以此来判断出钢板的厚度是否符合使用要求。
温升80K
（技术数据）
型号86BYGH250A—01
参数：步距角1.8度机身长65mm静力矩32KG.cm引线数4相电流6.0A
相电阻0.34Ω相电感1.72mH转动惯量1.2g.cm^2定位力矩1.35g.cm
重量1.7Kg
（二）测量部分的设计
1、测量部分是系统中最重要的部分，它是通过测量钢板的实际厚度与标准厚度的偏差来进行钢板的厚度测量。测量前先用比标准钢板小3mm的标准量块进行调零。具体的方法是：调节探头到量块的距离，使其在传感器的测量范围内，然后通过传感器控制器对传感器进行复位调零，使传感器的模拟输出电压值为零，测量时若钢板实际厚度与钢板标准厚度存在偏差，则传感器一钢板表面之间发生位移变化，传感器会有相应的电压值输出，数据采集卡把采集到的电压值信号转变为数字信号传给计算机，计算机根据电压值与厚度偏差之间的关系推算出钢板的厚度是否达标。
4、测量系统的原理框图：
各组成部分功能：
①移动机构：通过移动悬臂梁测量出悬臂梁上探头相对钢板的位移。
②传感器：把探头的相对位移变化转变成模拟电压信号。
③数据采集卡：采集传感器上的模拟电信号，放大并转变成数字信号并传输到计算机。
④计算机数据处理：根据传入的数字信号与钢板厚度偏差的关系，得出所测钢板的厚度并判断钢板厚度是否符合要求。
目前，随着科技的迅速发展，大规模集成电路工艺的进步，在市场上已经出现各种类型的数据采集卡，本系统选用的是带有放大功能的数据采集卡，详细功能参数如下：
北京科尔特兴业测控技术研究所SFPCI—6015型数据采集卡
地址：http://www.kilterxy.com/prodetail.php?p_id=387
技术参数：
●高分辨率0.1um
●大行程300mm
●线性行程（满量程）1-300mm±0.1-±1500mm
●灵敏度0.5～20mv/mm/vrms
●精度：0.05%
●精度等级0.5% 0.3% 0.2% 0.1% 0.05%
●初级激励电压5V软木塞（3～8V）
●激励电压频率1KHZ(1-5KHZ)
●动态频率0-200HZ（3db）
2、步进电动机的型号与参数：
常州飞龙电机电器厂生产的86BYGH型混合式步进电动机
地址：http://www.czfl.com/information.asp?ID=277
（通用参数）
步距角精度±5%
绝缘电阻500V DC 100MΩMin
环境温度-20℃~+50℃
绝缘强度500V AC 1 minute
技术参数
模入部分（以下简称AD）
AD通道数：单端32路、双端16路；
AD信号范围：-5V～+5V；0V～+10V；－10V～＋10V（定制）；
输入阻抗：≥10MΩ
AD转换分辨率：12位
AD转换速度：1MHZ
AD数据先进先出缓冲存储器（FIFO）存储深度：4K字
AD触发方式：软件触发；定时触发；外部时钟触发；预置电平触发；提前触发；滞后触发；
参考文献：
[1]王建民、曲云霞主编，机电工程测试与信号分析，北京：中国计量出版社，2003.12
[2]何道清主编，传感器与传感器技术，北京：科学技术出版社，2004.
四、系统结构设计
本系统由移动部分、测量部分、数据处理部分组成
（一）移动部分的设计
1、移动机构：
主要由电动机，传动杆，可移动悬臂梁等组成。钢板放置在工作台上，可移动悬臂梁通过电动机的转动，带动悬臂梁从钢板首端按计算机的指令有规律的进行测量，并且在测量完毕后返回首端，故需要使用可正转和反转的步进电动机，同时步进电动机还需要根据电脑的指令在指定位置启动和停止。
模入部分：用户可根据实际需要选择单端或差分输入方式。输入通道切换可设置成任意连续通道间自动切换或由用户程序切换。卡上FPGA芯片集成了PCI-CORE，并集成4K字节的先进先出存储器（以下简称FIFO），便于采集系统在Windows等实时多任务操作系统下工作。本卡的AD触发方式可以选用软件触发、定时器触发、外部触发、预置触发，提前触发和滞后触发等触发方式。系统通过查询板上FIFO存储状态、AD转换完成状态,或响应FIFO中断或AD转换完成中断的方式实现与板卡的通讯和数据交换。
二、系统构成
可移动部分（包括步进电动机，可移动悬臂梁等），传感器，数据采集卡，计算机
三、系统的设计要求
1、测量的板厚范围：标准板厚为3cm，在标准厚度基础上的-3~3mm的厚度偏差。
2、自动连续测量：可以自动在一块钢板上的首端，1/5、2/5、3/5、4/5处和末端连续测量。
3、精度较高的测量：较高的精度可以得到更精确的结果，有利于判断钢板是否达标。
4、厚度数据的处理
计算机接受来自数据采集卡的数字信号，根据钢板的厚度偏差与模拟电信号相对应的数字信号的关系，通过计算机的计算与处理，可得出对应钢板的厚度，以此判断出钢板的厚度是否达标。
五、系统总体评价
本系统操作简单，自动化程度高，易于操作，由于采用了电涡流传感器和带放大功能的数据采集卡，故系统有灵敏度高，测量精度高，稳定性好，结构简洁等特点符合现代化的效率和稳定要求。适合测量质量较大且对钢板厚度要求比较精确的钢板。
定时/计数控制方式：近似8254的方式0、方式2、方式3；
电源功耗：电压+5V电流(A)≤700mA
使用环境要求
工作温度：0℃～70℃
相对湿度：40％～80％
存贮温度：-55℃～+85℃
外型尺寸：(不含档板)
外型尺寸(不含档板)：长×高＝160mm×105mm ( 6.2英寸×4.2英寸)
外接端子板：
模出部分：4路模出有多种输出范围选择，设置为加电自动输出范围下限电平。
数字量输入输出部分：有8路数字量输入和8路数字量输出接口，采用40P扁平带缆与外部设备连接。也可经转换电缆从37芯D型插座输出。其中数字量输出具有锁存功能。8路数字量输出还具有加电自动清零功能。
定时/计数器部分：FPGA集成了四路32位字长的定时/计数通道，以及2MHz的基准时钟。四路定时/计数器通道共有方式0，方式2，方式3三种工作方式，类似于8254的工作方式，用户可根据自己需求，灵活地组合成所需的功能。
通过XS1、XS2外接SF-680端子板可实现信号连接、RC滤波输入、比例衰减输入；
通过XS1外接SF-690端子板可实现模拟输入信号经0-1000倍放大输入；
通过XS2外接SF-650端子板可实现数字输出信号经电磁继电器驱动输出；
通过XS2外接SF-660端子板可实现数字输出信号经固态继电器驱动输出；