范小蘭，趙春鋒

（上海工程技術(shù)大學(xué) 工程實(shí)訓(xùn)中心，上海 201620）

0 引言

位移測量是機(jī)械量測量中最常見的一種。常用的小位移測量方法是由傳感器感受微小位移，經(jīng)過信號調(diào)理電路轉(zhuǎn)換為模擬量并送到數(shù)據(jù)采集卡，由計算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理。也可以由單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行此工作。這兩種方法各有缺點(diǎn)：單片機(jī)數(shù)據(jù)處理功能比較弱，而數(shù)據(jù)采集卡價格貴且需要專業(yè)人員進(jìn)行編程來采集和處理數(shù)據(jù)。應(yīng)用美國國家儀器公司（National Instruments，NI）推出的基于“圖形”方式的集成化程序開發(fā)環(huán)境LabVIEW，與NI公司開發(fā)的數(shù)據(jù)采集裝置相配合可以使位移測量系統(tǒng)更加簡潔、可靠[1,4]。

1 位移測量系統(tǒng)構(gòu)成

位移測量系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示，整個系統(tǒng)由差動式電感傳感器、信號調(diào)理電路AD698、LabVIEW軟件、計算機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡構(gòu)成。差動式電感傳感器感受小位移，信號調(diào)理電路AD698將傳感器的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)采集設(shè)備需要的模擬信號，數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)對被測信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換，利用計算機(jī)中的LabVIEW軟件實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)據(jù)的采集并利用編寫的程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，利用顯示器進(jìn)行波形顯示。

2 位移測量系統(tǒng)設(shè)計

2.1 差動式電感傳感器與由AD698的連接

差動式電感傳感器的輸出信號必須經(jīng)過信號調(diào)理電路才能轉(zhuǎn)換為儀表或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需要的模擬量或數(shù)字量。傳統(tǒng)的方法是采用分立元件構(gòu)成差動整流電路和相敏檢波電路[2]。這種信號調(diào)理電路比較復(fù)雜，不易調(diào)試，因此我們采用了美國Analog Devices公司生產(chǎn)的差動式電感傳感器（LVDT）信號調(diào)理系統(tǒng)AD698。

AD698與LVDT配合，能夠高精確和高再現(xiàn)性地將LVDT的機(jī)械位移轉(zhuǎn)換成單極性或雙極性的直流電壓。只要增加幾個外接元件來確定激磁頻率和增益，AD698就能把LVDT的次級輸出信號按比例地轉(zhuǎn)換成直流信號[3]。因此，由其構(gòu)成信號調(diào)理電路非常簡單，而且性能可靠。差動式電感傳感器與AD698的連接方法如圖2所示。

圖1 位移測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖2 差動式電感傳感器與AD698的連接電路

2.2 LabVIEW與數(shù)據(jù)采集卡的連接

數(shù)據(jù)采集卡的任務(wù)是將測量的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由軟件進(jìn)行控制—獲取數(shù)據(jù)行、分析數(shù)據(jù)并得出結(jié)論。數(shù)據(jù)采集卡采用NI公司的NI USB-6009低價位多功能數(shù)據(jù)采集卡。它用于USB，有8路模擬輸入通道(14位分辨率，48kS/s) ，2路模擬輸出通道(12位分辨率,150 S/s)，12條數(shù)字I/O線，32分辨率計數(shù)器。本測量平臺只利用了其8個模擬通道的其中一個—通道0，即差動式電感傳感器采集的微位移量經(jīng)信號調(diào)理電路AD698成為模擬信號后送入NI USB-6009通道0，由LabVIEW中的DAQ助手實(shí)現(xiàn)對此通道的數(shù)據(jù)采集。

2.3 測量界面編輯

2.3.1 前面板設(shè)計

圖3 用戶界面

前面板就是圖形化用戶界面。該界面可以模擬真實(shí)儀器的前面板，用于設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量。前面板界面如圖3所示。其中各控件作用如下：開關(guān)按鈕用來控制測量的起與停；放置三個數(shù)值輸入控件，分別輸入標(biāo)定值、數(shù)據(jù)采樣率、設(shè)定比較初值；放置一波形圖表，用來顯示被測模擬信號隨時間變化的波形；測量結(jié)果利用數(shù)值顯示控件顯示；文件路徑顯示控件，用來確定被測信號轉(zhuǎn)換為位移量后的存放位置。

2.3.2 程序控制

程序框圖如圖4所示。程序框圖與前面板相對應(yīng)，用圖形化編程語言G語言編寫?？驁D是定義虛擬儀器（Virtual Instrument，簡稱VI）功能的圖形化源代碼。程序框圖由節(jié)點(diǎn)、端口和數(shù)據(jù)連線而成。在圖中對VI編程就是對輸入信息進(jìn)行運(yùn)算和處理，最后在前面板上把結(jié)果反饋給用戶。程序框圖中，放置一公式函數(shù)，實(shí)現(xiàn)被測模擬信號與一常數(shù)（即標(biāo)定值）相乘，得到輸出為位移量，存放到指定文件中。程序框圖中放置一DAQ Assistant（數(shù)據(jù)采集助手），其作用是配置數(shù)據(jù)采集任務(wù)，選擇模擬信號輸入通道、設(shè)定輸入電壓范圍、選擇采集方式等。

圖4 程序框圖

至此，切換到前面板，運(yùn)行程序?？梢钥吹綌?shù)據(jù)被采集回來并在屏幕上顯示。當(dāng)啟動開關(guān)按鈕，開始測量數(shù)據(jù)。測量數(shù)據(jù)經(jīng)過公式處理，由波形圖表顯示測量信號，由數(shù)值顯示控件顯示測量結(jié)果。每隔一定時間將測量數(shù)據(jù)存入指定文件。按動停止按鈕，則測量停止。在此程序框圖中，利用編程函數(shù)中的數(shù)據(jù)比較功能找出測量數(shù)據(jù)的最大值和最小值并求二者的差，測量結(jié)果即為傳感器感受的最大位移量。

3 結(jié)束語

實(shí)踐證明，利用虛擬儀器構(gòu)成的位移測量系統(tǒng)，可以大大減少測量人員的工作量，用很少的硬件就能實(shí)現(xiàn)智能化的位移測量。更重要的是，LabVIEW軟件中配有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，能夠方便測量人員對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理，能實(shí)現(xiàn)單片機(jī)等其他系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)的分析功能。

[1] 孫秋野, 柳昂, 王云爽.LabVIEW 8.5快速入門與提高[M].西安: 西安交通大學(xué)出版社, 2007.

[2] 段中華, 王中訓(xùn), 胡自強(qiáng).AD698在DGC-6PG/A差動電感式傳感器中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù), 2008(4): 162-164.

[3] 王敬亭, 廖力清, 凌玉華.AD698型LVDT信號條例電路的原理與應(yīng)用[J].國外電子元器件.2005(9): 64-71.

[4] 王磊, 陶梅.精通Labview 8.0[M].北京: 電子工業(yè)出版社, 2007.