压阻型测压系统的集成设计与实现.doc

现代测控技术集成设计实验报告现代测控技术集成设计实验报告压阻型测压系统的集成设计与实现与压阻式压力传感器的配用 姓名：薛兵杰 班级：硕922学号：310907900818压阻型测压系统的集成设计与实现 与压阻式压力传感器配用设计任务书： 1 压力测量系统与JCY120压力传感器配用 2 测压范围不小于00.6MPa，有效分辨力为1KPa 3 具有虚拟面板，其功能如下： 输出显示类控件 输出显示类控件 主显参量：被测压力值，最低有效位数0.1KPa 按钮控件：信号采集与停止 副显参量：压力传感器输出电势 图形显示：被测压力随时间变化曲线YS-6型活塞式压力计的使用实验目的 1.学会使用YS-6型活塞式压力计 2.为JCY-120压阻式压力传感器提供合适的供电回路 实验内容 1.学习使用活塞式压力计 YS-6型活塞式压力计由检测泵和测量系统两部分组成，如下图所示：其中检验泵包括摇手柄(11)、油杯(9)、及两个阀(6)和(7)；测量系统包括直接承受底盘上砝码重量的活塞及油压系统。它的工作液体为变压器油。逆时针打开油杯（9）和（6）、（7）、（8）三个阀，逆时针旋转手轮，使手摇泵的气缸充满油液，此时作用在压力传感器上的压力为0Mpa。 关闭油杯(9)，顺时针旋转手轮，产生压力，使底盘升起，到托盘杆上的刻度线与红漆线相重合为止，根据连通器的原理，此时，各处的压力等于底盘的重量(0.04MPa)。增加砝码的重量，砝码加上底盘的重量产生压力。 注意：增加砝码时，应不断顺时针转动手轮，以免底盘下降； 操作时，必须使底盘及砝码以不小于30转/分的角速度按顺时针方向旋转，借以克服摩擦阻力的影响； 减少砝码前，先逆时针转动手轮，然后卸掉砝码，以免损坏传感器。旋转手轮时，注意不要使底盘上下幅度过大，防止传感器受到猛烈冲击。 测量完毕，逆时针旋转手轮，逐步卸去砝码；最后打开油杯，卸去全部砝码。 2.检验传感器感受到压力后的输出电压YS-6型活塞式压力计与JCY-120压阻式压力传感器已经连接好，设定回路电流为8mA，为压力计加压从00.6Mpa，测量传感器的输出电压范围。设定回路电流为10mA，再测量传感器的输出电压范围。 记录不同电流下传感器输出电压范围 （见表2）调理电路的组建实验目的： 建立压力测量系统的调理电路。 实验内容： 1.采用AD620作为调理电路的放大器。 AD620集成电路 说明： （1） 1和8端接电阻RG，用来确定放大器的放大倍数。 ，推出。（2）-IN和+IN为放大器的输入端； （3）-VS和+VS为放大器的电源接入端； （4）OUTPUT为放大器的输出； （5）REF为参考端，接地。 1 电路板面板器件说明： 面板器件说明： （1） 电源部分：接直流稳压电源的15V、+15V和地。 （2） 输出部分：1：接数采卡模拟输入通道； 2：接数采卡的地端； （3） 输入部分：分别接压力传感器的输出端。虚拟仪器基本技术的训练实验目的： 1.学会使用Lab-PCI-6024E数据采集卡，进行模数转换 2.学会用LabWindows/CVI或者LabVIEW驱动Lab-PCI-6024E数据采集卡 3.掌握非线性校正的2种方法：查表法和曲线拟合法； 4. 设计虚拟数字电压表 实验内容： 1.学会使用PCI6024E数据采集卡 PCI6024E是NI公司E系列多功能数据采集卡之一，是一种性能优良的低价位的适合PC机及其兼容机的采集卡。它能够完成信号采集（A/D）、数字信号的模拟输出（D/A）以及定时/计数等功能。它集12 位A/ D 转换器、12 位D/ A 转换器、16 路单端接地的模拟输入通道、8 位或24 位并行输入输出线(5V/ TTL) 及两路24 位定时器与计数器为一体。支持DMA 方式和双缓冲区模式,保证了实时信号不间断采集与存储。具体功能如下： 模拟信号输入部分 输入通道：16 路单端接地的模拟输入通道； 信号的输入方式：差动方式、单端有参考地、单端无参考地； 增益：设有0.5,1.0 ,10.0 和100.0 四种增益可选； 输入电压范围：50mV、500mV、5V、10V，单、双极性各有四档可选。本实验采用默认的5V A/D转换部分 采样速率：最高采样率为200KHz位数：12位 PCI6024E数据采集卡转接板CB68LP 模拟输入通道号：如下表所示 通道口0123456789101112131415接口号68336530286025573466316361265823模拟地的通道号：32 67 29 64 27 59 24 56 输入模拟信号：选择一个模拟输入通道和一个模拟地通道，分别接模拟信号和地。 2.使用LabWindows/CVI或者LabVIEW驱动Lab-PCI-6024E数据采集卡 3.(1)了解转换原理和拟合原理。 (2)学习刻度转换软件编程按照下表中的数据进行电压与压力的相互转换，使用查表法或者拟合法(教材第9.1.1节)。LabWindows/CVI或者LabVIEW软件平台任选。 压力（Mpa）00.51.01.52.02.5电压（mV）-0.4720.1940.6861.3882.17103.00对上表中的数据进行线性拟合的MATLAB源程序如下：p=0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5;u=-0.47 20.19 40.68 61.38 82.17 103.00;plot(p,u);title(折线图);xlabel(p (Mpa);ylabel(u (mV);text(0,-0.47,(0.-0.47);text(0.5,20.19,(0.5,20.19);text(1.0,40.68,(1.0,40.68);text(1.5,61.38,(1.5,61.38);text(2.0,82.17,(2.0,82.17);text(2.5,103.00,(2.5,103.00);ui=input(ui=);if uiu(2) k=1;elseif uiu(3) k=2;elseif uiu(4) k=3;elseif uiu(5) k=4;elseif uiu(6) k=5;endP=p(k)+(p(k+1)-p(k)/(u(k+1)-u(k)*(ui-u(k);Ppi=input(pi=);if pip(2) k=1;elseif pip(3) k=2;elseif pip(4) k=3;elseif pip(5) k=4;elseif pip(6) k=5;endU=u(k)+(u(k+1)-u(k)/(p(k+1)-p(k)*(pi-p(k);U 运行结果如下：4.设计虚拟数字电压表（用于压力测量系统的静态标定） 面板要求：测量按钮，用来控制电压信号的采集 电压值窗口，显示采得的电压值。由于油压的不稳定，最好多点采集后取平均值！ 电压值曲线窗口，动态显示当前的电压曲线 。实验中设计的数字电压表的面板及流程图分别如下：电压采集记录面板电压采集记录的流程图压力测量系统的静态标定与电压压力转换软件模块设计实验目的： 1.压力测量系统的静态标定；2.设计电压压力转换软件模块 。实验内容与步骤： 1.用于静态标定系统的硬件模块设计 连接各硬件模块: YS-6型活塞式压力计、JCY-120压阻式压力传感器、放大器和数据采集卡，如下图所示。2.压力测量系统的静态标定 测量在CYJ-101压力传感器工作电流为8mA情况下的压力传感器系统的输入输出特性（P-U）。依次对表中所示的各压力值进行测量。点击虚拟电压测量仪的测量，观察电压值曲线，当电压折线较为平稳时记录此时的电压值，作为该压力 下传感器系统的电压输出值。 （1）正行程测量： 在此过程中压力值从小到大依次增加。 注意：当测量0.1Mpa的压力时，由于托盘自重0.04Mpa，所以只需在托盘上放置一个0.05Mpa和一个0.01Mpa的砝码即可。 （2）反行程测量： 在此过程中压力值从大到小依次减少。 （3）重复正、反行程测量5次，即重复操作步骤（1）、（2）五次。完成全部数据标定。将结果填入下表中 3.软件模块的设计 (1)设计虚拟数字电压表 1)面板要求： 输出显示类控件 输出显示类控件 主显参量：压力传感器输出电压值 按钮控件：信号采集与停止 2)数据采集卡的驱动 (2)电压与压力的转换 1)标定数据 PC显示 虚拟电压表 YS-6型 活塞式压力计 CYJ-101 压阻式压力传感器 调理电路Lab-PCI-6024E数据采集卡 按照下表中的压力值测得对应的电压输出值，分别求出正、反行程的平均值，然后求得总的平均值。 P(mP)行程0.00.10.20.30.40.50.61正向（V）-0.2855220.4695511.225461.981882.740193.498534.25414反向（V）-0.2863720.4702361.223361.980462.743033.489132正向（V）-0.2866020.4705911.225311.982012.741543.499394.24269反向（V）-0.2865720.4714061.224261.969882.734883.570983正向（V）-0.2865870.4711331.223961.982852.742353.508424.24914反向（V）-0.2862940.4414601.230071.997822.708163.535014正向（V）-0.2864990.4722661.226801.986182.744943.502154.25746向U(V)-0.2863960.4713231.225641.982122.722093.505485正向（V）-0.2859470.4712701.227601.986752.745163.501864.23858-0.2862840.4708501.226981.985912.730443.50202平均值-0.2863081.470991.225941.983692.735283.500304.24840表2 JCY101型压力传感器静态标定数据2）电压与压力的相互转换 使用查表法或者拟合法(课本9.1.1)，进行电压(即总的平均值)与压力(00.6Mpa)的相互转换。使用LabWindows/CVI或者LabVIEW设计电压与压力的相互转换。 根据上表数据使用拟合法进行电压与压力的相互转换，Labview设计面板及流程图分别如下：电压压力相互转换面板图电压压力相互转换程序流程图系统性能的提高与完善用神经网络法消除供电电流变化对压力传感器输出示值的影响实验目的： 通过神经网络法消除供电电流变化对压力传感器输出的影响。 要求：电流变化范围从4mA10mA；给出采用神经网络法前后电流变化对传感器输出示值影响程度的评价。 实验内容： 1.复习教材第9.3节改善系统稳定性智能化多信息融合技术 2.在电流变化范围从4mA10mA内，做不同工作电流条件下压力传感器的输入输出特性。调节恒流源的输出，使传感器的工作电流分别为：4mA、5mA、6mA、7mA、8mA、9mA、10mA。分别测量、记录压力传感器在每个工作电流下的一个正反行程的输入输出特性，填入下表。jU(v) p (MPa) I(mA) 行程123456700.10.20.30.40.50.64正向-0.09327190.2920850.6800341.066631.455591.833972.20937反向-0.09246250.2947460.6797121.065941.450581.830412.197055正向-0.1322010.3468070.8255661.302321.787892.261122.74708反向-0.1320510.3484080.8264451.307791.778762.251622.660086正向-0.1745850.4001760.9721091.532152.113592.674513.24434反向-0.1725280.4023340.9720801.546662.117432.667293.225117正向-0.2171140.4543991.121251.792612.465053.134583.79905反向-0.2160580.4548631.120851.789912.463853.129133.784698正向-0.2662110.5058591.268272.027582.775623.542414.28188反向-0.2633110.5046331.268052.035112.788843.554214.272299正向-0.3150050.5515671.411842.273653.141734.009644.87118反向-0.3130620.5497791.410422.273963.149153.973134.8555010正向-0.3637110.5960991.550382.501933.427644.398565.33161反向-0.3655300.5859501.544112.495493.446104.391785.33185表3 JCY101型压力传感器二维标定数据3.以压力传感器的输出电压及回路电流值作为神经网络的输入数据，而以压力传感器的标定压力值作为期望输出，进行训练。 4.根据训练的权值和阈值，编程求压力，与标定压力值进行比较。(1).BP网络训练与检验面板 BP网络训练与检验面板(2).数据记录 测试样本均方差值：1.12443E-5 测试样本实际输出值和期望输出值 测试样本实际输出值0.30094-0.00250.496590.399900.10057期望输出值0.300.50.40.1 神经网络权值和阈值 输入层与隐层之间的连接权值=0=1=2=3=0-0.445576-0.355987-0.12309-0.324718=10.758936-0.03996270.489475-0.116286隐层阈值-5.72285-1.857660.370301-2.9398 隐层与输出层之间的连接权值=0=1=2=3=039.53549.05510.701463-140.621输出层阈值-0.1029525.计算融合结果与压力标定值之间的均方差值。给出采用回归法前后电流变化对传感器输出示值影响程度的评价。融合前：温度灵敏系数mA，其中， 回路电流的上下限值， ，压力为06Mpa时，回路电流为，对应压力传感器的输出值。 零位温度系数mA,其中为在回路电流变化范围内，压力传感器零点漂移最大值，为压力传感器满量程输出值。根据训练好的权值和阈值以及神经网络的算法编程如下：x=input（i;u=）; %输入层与隐层之间的连接权值w=-0.445576 0.758936; -0.355987 -0.0399627; -0.12309 0.489475; -0.324718 -0.116286%隐层与输出层之间的连接权值v=39.535 49.0551 0.701463 -140.621%隐层阈值b1=-5.72285;-1.85766;0.370301;-2.9398%输出层阈值b2=-0.102952;I=w*x;I=I+b1;p=0;for k=1:4; sum(k)=1/(1+exp(-I(k); p=p+v(k)*sum(k);endp=p+b2;采用神经网络法求得的压力计算值与其压力标定值如下表：标定压力值 计算值 I(mA) （Mpa）00.10.20.30.40.50.640.0001950.1008870.2014540.3009450.4010010.4993640.59951