AbstractAt present, most of the displacement control system for detecting the use of traditional measuring instruments. Most of its functions are curable by the hardware or software to achieve, but only through the definition of the manufacturers, set up, its functions and specifications are generally fixed, users can not arbitrarily change its structure and function, it can not meet the modern monitoring system requirements. With the control theory and electronics and the rapid development of computer technology, to meet the research and production needs in the field of detection of many new theories, new technologies and new concepts, virtual machines for us.This design uses virtual instruments on the platform of LabVIEW to develop a micro-displacement detection system. System hardware from the eddy current sensor, signal conditioning circuits, PCI-6221 data acquisition card and computer and so on, software developed using LabVIEW. The system can achieve the displacement data acquisition, display, and storage and playback functions.Keywords: Eddy current sensor; displacement detection; LabVIEW; Virtual Instrument目 录摘 要IAbstractII第一章 引 言11.1 研究课题背景及目的11.2 本课题的任务2第二章 微位移检测系统总体方案的确定32.1 位移检测系统开发平台32.1.1 虚拟仪器概念32.1.2 虚拟仪器的组成32.1.3 虚拟仪器与传统仪器42.1.4 虚拟仪器的应用62.1.5 LabVIEW语言简介62.2 微位移检测系统总体方案设计7第三章 微位移检测系统的硬件配置83.1 传感器83.2 信号调理模块103.3 数据采集卡113.3.1 数据采集卡的选用113.3.2 设计所选数据采集卡123.3.3 测试与自动化资源管理器143.3.4 测试信号的连接方式143.3.5 数据采集设备的设置与测试15第四章 微位移检测系统的软件设计194.1 前面板的设计194.2 数据采集系统204.2.1 数据采集模块简介204.2.2 数据采集程序234.3 数据记录与回放254.3.1 数据记录与回放的文件格式254.3.2 LABVIEW中的数据库创建284.3.2.1 Microsoft Access 2003数据库管理系统284.3.2.2 LabVIEW与数据库的接口方法304.3.2.3 LabVIEW与数据库连接334.3.3 数据保存与回放程序35第五章 总结40参考文献41附录A基于电涡流传感器的虚拟式微位移测试仪系统程序43致谢44第一章 引 言1.1 研究课题背景及目的传统的位移测量和信号分析处理大多是利用电子仪器来实现的众所周知,仪器是生产的基础,要保证这些测试系统的质量,就要同时购置多套先进而昂贵的仪器一个传统的实验要使用多种仪器,而且不同测试系统所用的仪器也不尽相同,这么多的仪器不仅价值昂贵体积大占用空间多,而且结构复杂相互连接十分麻烦还缺乏友好的人机界面传统的参数检测系统以硬件为核心,系统体积庞大,功能单一,成本高,调试周期长,运行可靠性受到制约,而且系统的更改升级都涉及硬件电路和系统结构的改动,不符合现代仪器技术的发展方向如何利用先进的计算机技术提高效率则成为该领域迫切需要解决的问题随着电子技术计算机技术的高速发展及其在电子测量技术与仪器领域中的应用,新的测试理论测试方法测试领域以及仪器结构不断出现,电子测量仪器的功能和作用也发生了质的变化,计算机处于核心地位,计算机软件技术和测试系统更紧密地结合成一个有机整体,仪器的结构概念和设计观念等都发生了突破性的变化在上述背景下,出现了全新概念的仪器虚拟仪器彻底打破了传统仪器由厂家定义用户无法改变的模式,使测控仪器发生了巨大变革开发了一种基于虚拟仪器技术的新型参数自动测试系统,主要程序采用了LabVIEW软件开发平台,主要硬件采用美国国家仪器公司的数据采集卡,系统能快速在线方便准确地测试各种参数,做到“软件即仪器”本课题研究目的是将虚拟仪器技术应用到传感器实验台的硬件驱动数据采集结果分析数据显示数据输出等,改变了传统的设计方法,实现了对传感器实验台的基于虚拟仪器思想的程控,对虚拟仪器技术在控制领域的应用提供一个全新的开始并且在通用化的硬件配置下,实验人员利用LABVIEW虚拟仪器开发平台,通过调用控件及相关图标就可以构建高性能的实验仪器,而并不需要使用者具备熟练掌握计算机编程语言和程序设计的知识背景,特别有利于高校实验教师和学生自行设计实现虚拟示波器虚拟信号发生器虚拟频谱仪虚拟积分器和微分器等实验教学用仪器1.2 本课题的任务本设计是基于电涡流传感器的虚拟式微位移测试系统,被检测的参数是几毫米的位移信号,很小的位移信号需要先进的检测设备才能精确地测量因此本系统是利用虚拟仪器技术在LabVIEW的平台上设计的位移自动检测系统本课题的研究内容主要包括以下几个方面: 熟悉位移传感器的种类结构及工作原理,重点掌握电涡流传感器的结构原理和特性设计基于电涡流传感器的虚拟式微位移测试仪的软硬件该系统可实现位移数据采集显示存储及回放等功能第二章 微位移检测系统总体方案的确定本系统主要是利用虚拟仪器设计微位移自动检测系统虚拟仪器技术是20世纪90年代计算机系统和仪器系统技术革命的产物,它在测试测量与控制领域中占有重要地位 ,并正成为当今世界流行的仪器构成方案2.1 位移检测系统开发平台2.1.1 虚拟仪器概念伴随着微电子技术,计算机技术和网络技术的迅速发展及其在电工电子测量技术领域的应用,测量仪器不断进步,依次出现了数字化仪器智能仪器和虚拟仪器,同时也由单台仪器逐渐发展到叠加式仪器系统虚拟仪器系统等1986年美国国家仪器公司首先提出了虚拟仪器的概念所谓虚拟仪器是指通过应用程序将通用计算机与功能化模块结合起来,用户可以利用计算机强大的图形环境和在线帮助功能,建立中英文界面的虚拟仪器软面板,完成对仪器的控制数据分析存储和显示,改变传统仪器的使用方式,提高仪器的功能和使用效率,大幅度降低仪器的价格,且用户可以根据自己的需要定义仪器的功能虚拟仪器技术利用PC机高速数据采集和处理能力,对被测对象进行数据采集分析存储显示等虚拟仪器排除了干扰信号和模拟电路引起的误差,大大提高了测试精度虚拟仪器控制功能强,有自动调零自动调节量程自动转换极性和自动校准等功能虚拟仪器没有常规仪器的控制面板,而是利用计算机强大的图形环境,在计算机屏幕上建立起图形的软面板来代替常规的仪器控制面板用户通过鼠标或键盘操作软面板来进行操作,操作方便,易于掌握 虚拟仪器的基本思想是利用计算机来管理仪器组织仪器系统,进而逐步代替仪器完成某些功能,最终达到取代传统电子仪器的目的虚拟仪器实质上是软硬结合虚实结合的产物,是充分利用最新的计算机技术来实现和扩展传统仪器的功能在虚拟仪器系统中,硬件仅仅是为了解决信号的输入输出,软件才是整个仪器的关键2.1.2 虚拟仪器的组成虚拟仪器包括硬件和软件两个基本要素硬件的主要功能是获取真实世界中的被测信号,可分为两类:一类是满足一般科学研究与工程领域测试任务要求的虚拟仪器最简单的是基于PC总线的插卡式仪器,也包括带GPIB接口和串行接口的仪器;另一类是用于高可靠性的关键任务,如航空航天国防等应用的仪器系统,由计算机统一管理统一操作软件的功能定义了仪器的功能因此,虚拟仪器最重要最核心的技术是虚拟仪器软件开发环境作为面向仪器的软件环境应具备以下特点:一是软件环境是针对测试工程师而非专业程序员,因此,编程必须简单,易于理解和修改;二是具有强大的人机交互界面设计功能,容易实现模拟仪器面板;三是具有强大的数据分析能力和数据可视化分析能力,提供丰富的仪器总线接口硬件驱动程序2.1.3 虚拟仪器与传统仪器虚拟仪器与传统仪器相比,在概念和功能上有重大突破通常,传统仪器在完成某个测试任务时,需要许多仪器,如示波器电压表频率分析仪信号发生器等,对复杂的数字电路系统还需要逻辑分析仪IC测试仪等这么多的仪器不仅价格昂贵体积大占用空间,而且相互连接起来费事而虚拟仪器将计算机资源与仪器硬件DSP技术结合,在系统内共享硬件资源,既有普通仪器的功能,又有一般仪器所没有的特殊功能它把由厂家定义仪器功能的方式转变为由用户自己定义仪器功能,用户可根据测试功能的需要,自己设计所需要的仪器系统,只要将具有一种或多种功能的通用模块相结合,并且调用不同功能的软件模块,就能组成不同的仪器功能将传感器采集的电信号放大和整形后,经A/D变换存入内存,再由计算机软件处理,并显示输出,就可以组成虚拟示波器虚拟计数器频谱分析仪虚拟多用表等利用DSP及相应的算法,将所生成的数据送入D/A转换器,再经信号调理产生所需的信号,又可构成虚拟仪器信号发生器当测试要求改变时,只要增加或更改仪器软硬件模块,就可以构成新的仪器,而不必重新购买整台仪器因此,虚拟仪器充分发挥了计算机的作用,便于与计算机通信相结合来建立计算机网络,组建复杂的测试系统虚拟仪器与传统仪器的比较如表2.1所示表2.1 虚拟仪器与传统仪器传统一起虚拟仪器功能有由仪器厂商定义功能由用户自己定义图形界面小人工读取数据信息量小界面图形化计算机读取数据并分析处理数据无法编辑数据可编辑存储打印硬件是关键部分软件是关键部分价格昂贵价格低廉重用性高系统封闭功能固定可扩展性差扩展性强可构成多种仪器技术更新慢技术更新快开发和维护费用高节省开发费用提供有限的连接性与网络周边连接方便由上表可以看出虚拟仪器相对于传统仪器的优点,在实际检测系统中虚拟仪器也表现了它具有优越性的一面利用传统仪器的位移检测系统原理如图2.2所示图2.2 传统仪器检测原理图利用虚拟仪器思想建立的测试系统