虚拟仪器的应用

实验报告

实验题目

基于虚拟仪器技术的

涡流传感器位移测量实验

专业测控技术与仪器班级仪112班

学号3110241032

学生王金利

同组人王俊俊，王琦

指导教师晏克俊

2014 年

一、实验内容

本实验是利用所学虚拟仪器编程实现涡流传感器位移特性的测量，涡流传感器的基本工作系统由探头，前置器以及被测体构成，当前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈时由电磁感应定律可知，交变电流会在探头头部的线圈中产生交变磁场。当有被测金属体靠近这一磁场时在金属表面会产生感应电流，由于其呈漩涡状故称之为电涡流。与此同时该电涡流场也会产生一个与头部线圈方向相反的交变磁场与其反作用，以使得头部线圈的高频电流幅度和相位得到改变，这一改变与金属导体的磁导率、电导率、线圈的几何形状、几何尺寸、电流频率以及头部线圈到金属导体表面的距离等参数有关。

当控制金属导体的磁导率、电导率等参数相同时，电涡流的强度大小就只与头部线圈到金属导体表面的距离有关，通过前置器电子线路的处理，即可将头部线圈与金属导体之间距离的变化转换成电压的变化，输出信号的大小岁探头到被测体便面之间的间距而变化，电涡流传感器根据这一原理实现对金属物体位移的测量。

虚拟仪器是在以计算机为核心的硬件平台上配备相应的板卡，由用户设计定义，具有虚拟面板，其测试功能由软件实现的一种计算机仪器系统。本次实验通过对被测的电涡流相应电压强度的变化量信号的采集和分析利用波形图、波形图表和数字表格形象生动的描述出涡流传感器的位移特性。并利用虚拟仪器所编程序完成对电涡流传感器的灵敏度、非线性度、最大偏差、最大位移等参数的测量。

二、实验仪器

1：带虚拟仪器软件的计算机一台；

2：NI6014数据采集卡；

3：数字万用表；

4：涡流传感器实验平台。

三、实验步骤

1：首先进行实验编程，利用LabVIEW软件画图并设置DAQ助手。

2：按照实验原理图进行实验电路的连接，连接数据采集卡。

3：在Measurements&Automation Explorer软件上进行外部设备和端口的设置为实验开始做准备。

4：开启电源，打开程序软件点击run运行程序，每次位移0.5mm 进行一次数据采集记录20点，利用程序进行数据的线性拟合最后用X\Y图画出记录曲线和拟合曲线并计算最大输出、最小值，非线性度、最大偏差、灵敏度等参数。

5：对实验测得的数据结果进行分析验证数据结果的可靠性，加以改进程序使系统更加智能化、人性化并重新调试记录实验数据与之前测得结果进行比对加以分析。

6：待实验完毕后关闭电源并整理实验台。

四、实验硬件介绍

涡流传感器：通过交变电流的线圈产生交变磁场，当金属体处在交变磁场时，根据电磁感应原理，金属体内产生电流，该电流在金属体内自行闭合，并呈旋涡状，故称为涡流。涡流的大小与金属导体的电阻率、导磁率、厚度、线圈激磁电流频率及线圈与金属体表面的距离ｘ等参数有关。电涡流的产生必然要消耗一部分磁场能量，从而改变激磁线圈阻抗，涡流传感器就是基于这种涡流效应制成的。电涡流工作在非接触状态(线圈与金属体表面不接触)，当线圈与金属体表面的距离ｘ以外的所有参数一定时可以进行位移测量。

数据采集板卡：是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采非电量或者电量信号，送到上位机中进行分析，处理。数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。数据采集卡，即实现

数据采集(DAQ)功能的计算机扩展卡，可以通过USB、PXI、PCI、PCI Express、火线(1394)、PCMCIA、ISA、Compact Flash、485、232、以太网、各种无线网络等总线接入个人计算机。

本实验所采用的数据采集板卡数据采集(NI6014)是由研华生产的从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采非电量或者电量信号，送到上位机（PC机，嵌入式控制器等）中进行分析、处理。数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。其为68通道的差分型数据采集板卡。

实验使用的数据采集卡型号为NI 6014，其基本特性如下：

1.200kS/s的采样率、16位精度的16路模拟输入；

2.2路模拟输出、16位精度（只指PCI-6014）；

3.数字触发；

4.4组不同的模拟输入范围；

其引脚图如上图。

五、实验编程前面板：

程序框图：

六、实验数据及处理（数据及曲线）

实验数据：

数据处理：

设拟合直线方程为y=Kx+B

1)最小二乘法拟合直线的原理就是使错误！未找到引用源。为

最小

错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=min

就是使错误！未找到引用源。对K和B一阶偏导数等于零

K=错误！未找到引用源。

B=错误！未找到引用源。

灵敏度=K

相对误差=错误！未找到引用源。

2)若实际校准测试点有n个，则第i个校准数据与拟合直线响

应值之间的残差为:错误！未找到引用源。i=Yi-(KXi+B)

最小二乘法拟合曲线：

七、实验分析

涡流传感器的各参数如下：

1.最大偏差：0.121693V

2.极差（电压）：4.81781V

3.灵敏度：1.09931V/mm

4.非线性度：2.70429%

通过实验数据处理得出以上结果，线性误差比较小，从显示图线上可以看出本次实验数据较为精确，究其原因是操作过程比较规范，认真，对实验及仪器的基本原理较为熟悉和理解。