传感器实训报告DOC.docx
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传感器实训报告DOC
上海第二工业大学
传感器与测试技术技能实习
专业：
机械电子工程
班级：
10机工A2
姓名：
学号：
指导老师：
杨淑珍
日期：
2013年6月24日~7月7日
项目五：
转子台转速测量及振动监控系统。
（一）内容
设计一个转子台的振动检测系统，能实时测量转子台工作时的振动信号（振幅）并实时显示转速，当振幅超过规定值时，报警。
具体要求：
1.能测量振动信号并显示波形，若振动超过限值，报警（软硬件报警）；
2.能测量并显示转子的转速；
3.限值均由用户可设定（最好以对话框方式设置，软件重新打开后，能记住上次的设置结果）；
4.显示当次产品检测结果（文字显示），显示检验产品的总数，合格数和不合格数；
5.当次结果报告生成（可选）
（二）实训要求：
1.提出设计方案（提出测量原理，选用传感器，构建测试系统）；
2.设计测量电路，硬件连接；
3.测试软件设计
利用Labview或其它开发程序（VB,VC等），设计测量软件进行数据采集和分析。
4.调试；
5.撰写实训报告。
目录
1、综合实验要求————————————————————3
二、设计方案——————————————————————3
三、硬件设备选择————————————————————5
四、电路设计——————————————————————10
五、软件设计流程图———————————————————12
六、程序设计——————————————————————13
七、小结和体会—————————————————————18
转子台转速测量及振动监控系统实习报告
一、综合实验要求
设计一个转子台的振动检测系统，能实时测量转子台工作时的振动信号（振幅）并实时显示转速，当振幅超过规定值时，报警。
具体要求：
1.能测量振动信号并显示波形，若振动超过限值，报警（软硬件报警）；
2.能测量并显示转子的转速；
3.限值均由用户可设定（最好以对话框方式设置，软件重新打开后，能记住上次的设置结果）；
4.显示当次产品检测结果（文字显示），显示检验产品的总数，合格数和不合格数；
5．当次结果报告生成
、设计方案
1.测量原理
（1）光电传感器转子台转速测量：
当被测轴上不能安装发讯盘或遮光盘时，可以直接在被测轴上粘贴反光标签（或在光洁的轴上涂黑），用光电传感器来测量。
测量距离在5～80mm。
反光标签容易污损的环境下，需即时更换。
反射式光电传感器的工作原理见下图，主要由被测旋转部件、反光片（或反光贴纸）、反射式光电传感器组成，在可以进行精确定位的情况下，在被测部件上对称安装多个反光片或反光贴纸会取得较好的测量效果。
在本实验中，由于测试距离近且测试要求不高，仅在被测部件上只安装了一片反光贴纸，因此，当旋转部件上的反光贴纸通过光电传感器前时，光电传感器的输出就会跳变一次。
通过测出这个跳变频率f，就可知道转速n。
n=f
如果在被测部件上对称安装多个反光片或反光贴纸，那么，n=f/N。
N-反光片或反光贴纸的数量。
反射式光电转速传感器的结构图
（2）电涡流传感器振幅测量的原理：
电涡流传感器是基于涡流效应的原理制成的非接触式位移传感器．该传感器由探头、加长电缆、前置器组成一套用来测量旋转机械轴的各种运行状态参数：
如轴的径向振动、轴向位移、转速、偏心、差胀等。
由于振动，使平面线圈与被测体的相对距离发生周期性的变化，引起被测体上的涡流量发生周期性的变化，导致线圈的阻抗发生周期性的变化，经过涡流变换器使之转换成周期性的电压变化。
这个涡流反作用到接近开关，使开关内部电路参数发生变化，由此识别出有无导电物体移近，进而控制开关的通或断。
2.测试系统框图
三、硬件选用
（1）传感器的选择及介绍
传感器：
a.RPR-220型光电传感器
RPR220是一种一体化反射型光电探测器，其发射器是一种砷化镓红外光二极管，而接收器是一个高灵敏度，硅平面光电三极管，RPR220采用DIP4封装，具有如下特点：
1、塑料透镜可以提高灵敏度
2、体积小、结构紧凑
3、当发光二极管发出的光发射回来时，三极管导通输出低电平。
此光电对管调理电路简单，工作性能稳定。
b．SN74HC14N—施密特触发器
施密特触发电路是一种波形整形电路，当任何波形的信号进入电路时,输出在正、负饱和之间跳动，产生方波或脉波输出。
不同于比较器，施密特触发电路有两个临界电压且形成一个滞后区，可以防止在滞后范围内之噪声干扰电路的正常工作。
可以实现波形的转换，如下图：
c.85745-01型电涡流传感器
本系列传感器与美国本特利公司7200系列产品、德国申克公司SD-081.082产品技术性能基本相同，可替换使用。
名称
φ8探头和前置器
型号
85811-01+85745-01
延长电缆（4米）
85811-01+85745-01A
延长电缆（8米）
量程（mm）
1.5/2（可选）
灵敏度（mv/μm）
8
分辨率（μm）
1
工作频率（Hz）
0-4000
线性度（%）
1.5
工作温度（℃）
探头-30～+120
前置器-30～+70
温漂（%℃）
0.1
供电电源
-24VDC；±12DC
（2）采集卡：
研华USB-4704数据采集卡
采集卡主要是捕获外界光电、视频、音频等模拟信号并将其数字化导入计算机进行数字处理的捕获设备，主要用图像采集卡、视频采集卡、音频采集卡（比如声卡）、数据采集卡等。
由于数据采集卡等工业采集卡并不常用，因此，一般采集卡默认为静态图像采集卡、动态视频采集卡。
所以采集卡又称视频捕捉卡，用它可以获取数字化视频信息，并将其存储和播放出来。
很多视频采集卡能在捕捉视频信息的同时获得伴音，使音频部分和视频部分在数字化时同步保存、同步播放。
研华USB-4704是一款48KS/s，14位USB多功能模块。
使用时不用打开机箱老安装板卡，只需要将模块插入计算机的USB口就可以采集数据，非常高效实用。
①主要特点：
·支持USB2.0
·便携
·总线供电
·8路模拟量输入
·12位AI分辨率
·采样率可达100KS/s
·8-chDI/8-chDO,2路AO和1个32位计数器
②规格主要参数
模拟量输入：
通道：
8单端/4差分（软件可编程）
分辨率：
单端13位，差分14位
FIFO大小：
512s采样速率：
48KS/s（最大）
输入范围：
单端±10V,差分±1V,±1.25V,±2V,±2.5V,±4V,±5V,±10V,±20V
输入保护：
30Vp-p输入阻抗：
127kΩ
模拟量输出：
通道：
2输出阻抗：
5Ω
分辨率：
12位输出范围：
0~5V
操作模式：
单一输出
数字量输入：
通道：
8
输入电压：
低电平0.8V（最大）高电平2.0V（最小）
数字量输出：
通道8
输入电压：
低电平0.4V（最大）高电平3.5V（最小）
定时器/计数器：
通道：
1分辨率32位
最大输入频率：
5MHZ
（3）开关电源—CA1713A双路直流稳压电源
四、电路设计
1.测量电路-光电传感器测转速
实物连接图
2.系统总电路的设计
实物连接图
五、软件设计流程图
六、程序设计
1.开发平台
LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发的，类似于C和BASIC开发环境，但是LabVIEW与其他计算机语言的显著区别是：
其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。
LabVIEW的函数库包括数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储，等等。
LabVIEW也有传统的程序调试工具，如设置断点、以动画方式显示数据及其子程序（子VI）的结果、单步执行等等，便于程序的调试。
LabVIEW是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言，提供很多外观与传统仪器（如示波器、万用表）类似的控件，可用来方便地创建用户界面用户界面在LabVIEW中被称为前面板。
使用图标和连线，可以通过编程对前面板上的对象进行控制。
这就是图形化源代码，又称G代码。
LabVIEW的图形化源代码在某种程度上类似于流程图，因此又被称作程序框图代码。
2.软件系统界面
刚进入界面时如下图所示，进行仿真演示的话会出现方波图和振幅图（如图所示）。
测量之前的波形
测量之后的波形
2.主程序
3.子程序：
（1）信号采集：
该部分程序在点击“开始”时执行，利用研华采集卡将光电传感器和电涡流传感器测得的电压值输入到数组中。
（2）转速和振幅测量并显示波形
该部分程序将采集到的转速和振幅的数据进行处理生成振幅和转速的频率波形图。
（3）报警输入：
模拟当有振幅超过限定值时会产生报警信号，同时LED灯会闪烁，此过程软硬件同时报警。
七、小结和体会
本次的实训虽然只有短暂的一周，但我从中获益颇多。
首先，我明白了我们不仅要学好理论知识，更要学会将理论运用于实际中。
本学期的《机械测试技术》这门课让我对于传感器的基本构造和原理等理论知识有了一些了解，光学好理论知识并不行，理论与实践中存在中很大差距，所以要想运用于实际中，要深刻理解书本知识，还要活学活用，懂得联想与创新。
在这次实训中让我对于传感器的应用有了更深的感触，不再是单纯的认识了。
其次，我还懂得了团队合作的重要性，一个人的思维是有限的，只有大家齐心协力，共同创作，互相弥补，才能达到最高的效率。
我们小组的题目是：
转子台转速测量及振动监控系统。
设计一个转子台的振动检测系统，能实时测量转子台工作时的振动信号（振幅）并实时显示转速，当振幅超过规定值时，报警。
想要完成设计这个题目，需要对于光电传感器和电涡流式传感器的工作原理和应用很了解，我们组测量转速就是通过光电传感器的反射式装置来实现的，而在为了测量振动信号选择传感器的时候出现了一点小错误，我们混淆了压电式传感器和电涡流式传感器的应用特点，幸好在老师的帮助下及时改正了过来。
接下来就是设计电路和焊接电路板了，能够画对电路和能够焊接正确电路的确还是有一些区别的，光是接线的时候凌乱的线头就搞得我们头昏脑涨了，好几次都弄错了输出端和接地端的接头，搞得最后调试的时候老是出现错误。
首先我们在调试光电传感器测量转速的时候，在完成反光片的贴片之后，第一次电路接通LED灯就亮了（刚开始应该是灭的，只有在光电反射装置通过反光片的时候灯才会亮），在仔细地检查之后才发现是施密特接触器的触脚接法出现了问题，改正之后电路正常。
然后就是labview的程序设计，我们从中学到了怎么运用labview编程，不懂的地方就去询问老师和同学，结合题目的要求一点一点地编写和修改，组长承担了主要的编写任务，在付出了诸多的努力和汗水之后，最终编写了出了正确的程序。
我们在刚开始编写时漏掉了显示转速的那个模块，仅仅有显示转速的波形，在仔细看了要求之后又加了显示转速的那部分。
最后，通过这次实训，我了解到了光一个人蛮干是没有用的。
老师的适当指导，能给你指点迷津，最快的走向正确的道路。
所以以后有困难应该适当的向老师等请教，这样既可以少走很多弯路，也可以节约大量的时间。
同时也明白了自己的实践能力还十分的不足，缺乏锻炼，在这种情形下无法胜任以后的工作，所以在日后的学习过程中，我应该努力的将理论与实际联合起来，着重锻炼自己的动手能力，使自己面对以后的工作时有一定的底气与信心。
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