测控技术与仪器专业综合试验参考指导书样本

测控技术与仪器专业综合试验参考指导书实验一 轴心轨迹测量实验一、实验目的通过本实验了解和掌握电涡流传感器测量的原理和方法，利用电涡流传感器的涡流效应，进行轴的振动、位移以及轴心轨迹测量实验。二、实验原理电涡流传感器由平面线圈和金属涡流片组成， 当线圈中通以高频交变电流后，在与其平行的金属片上感应产生电涡流，电涡流的大小影响线圈的阻抗Z，而涡流的大小与金属涡流片的电阻率，导磁率、厚度、温度以及与线圈的距离X有关，当平面线圈、被测体（涡流片）、激励源确定，并保持环境温度不变，阻抗Z只与距离X有关，将阻抗变化转为电压信号 V输出，则输出电压是距离 X的单值函数。构成基本工作系统的部件包括探头、（延伸电缆）、前置器及被测体。前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈，在探头头部的线圈中产生交变的磁场。如果在这一交变磁场的有效范围内没有金属材料靠近，则这一磁场能量会全部损失；当有被测金属体靠近这一磁场，则在此金属表面产生感应电流，称之为电涡流。电涡流传感器是能静态和动态地非接触、高线性度、高分辨力地测量被测金属导体距探头表面的距离。利用电涡流传感器的涡流效应，进行轴的振动、位移以及轴心轨迹测量实验。图1电涡流传感器工作原理图三、实验仪器和设备多功能转子实验台、电涡流传感器、电源、电压表、示波器四、实验步骤和内容1、电涡流传感器的静态标定1）将传感器与前置器连接，再将前置器与能提供24V的电源相连，重要的是输入电压应是-24V。2）将传感器器安装到百分表检定仪上，转动千分尺，每隔一定距离进行一次读数，并做记录。原理如图2所示。图2电涡流传感器原理图，到线性严重变坏为止。根据实验数据，画出V-X曲线，指出大致的线性范围。用误差理论的方法求出线性范围内的线性度、灵敏度。实验前，先将千分尺归零，然后将量块位置移动到与传感器测头足够接近，此刻开始读数。为了保证测量数据的准确，可以对位移上升和位移下降两种情况分别予以测量记录。先对传感器5632进行标定，当百分表量块远离传感器测头时，标定数据记录在表1所示。表1传感器5632位移上升时的数据位移电位移电位移电位移电（m压（m压（m压（m压m）(V)m）(V)m）(V)m）(V)0.00.61.21.80.10.71.31.90.20.81.42.00.30.91.52.20.41.01.62.40.51.11.73.0当百分表量块靠近传感器测头时，标定数据记录在表 2所示。表2传感器位移电位（mm压（） (V）

5632位移下降时的数据移电位 移电位 移电压（mm压（mm压(V） (V） (V))))3.01.71.10.52.41.61.00.42.21.50.90.32.01.40.80.21.9 1.3 0.7 0.11.8 1.2 0.6 0.0观察上述所测得的数据，位移若在某一值以后电压值基本保持恒定，则取线形范围内的数据。2、轴心轨迹测量（1）在多功能转子实验台上安装电涡流传感器探头（X、Y向互成90度），将输出电缆与前置器相连，信号经前置器处理后经过数据采集仪输入计算机或者可以通过示波器观察轴心轨迹曲线变化。（2）调节电机转速，观察随着转速的变化，轴心轨迹曲线的变化情况，分析并记录实验结果。图3转子实验台－电涡流传感器轴心轨迹测量实验五、实验报告1、简述实验目的和原理。2、根据实验步骤要求，整理和分析相应的波形和特性曲线。六、注意事项1、安装电涡流探头时，必须首先把初始间隙调好。2、探头以及延伸电缆和前置器连接时，要注意型号要一致。七、思考题1、电涡流传感器有什么特性？可以用在那些特征量的监测上。实验二 位移测控实验一、实验目的1、了解位移控制系统的工作原理，掌握测控程序的设计与调试；2、提高应用系统的设计和调试能力。3、利用计算机编写程序控制工作台的移动。二、位移测控系统简介本系统主要由PC机、控制卡、电机控制器、电动移动台（机座、步进电机、螺旋传动机构、工作台）、光栅尺等构成。在程序的控制下PC机接受限位开关、光栅尺等反馈信号，向驱动器送出控制信号控制步进电机的转动。丝杠在步进电机的带动下驱动位移工作台移动。 PC机可控制三轴位移。图1所示为控制一轴的系统结构图。位移控制卡如图2所示，该卡可控制三轴的位移，使用时插在PC机的一个标准ISA总线插槽中。卡上有37针的标准接口插座供各轴与控制卡连用。图1系统结构图图2位移控制卡位移控制卡的主要功能是：（1）按软件要求输出方向信号以控制各轴位移方向，输出脉冲信号控制位移速度及位移量。2）采样限位信号以控制位移终点。3）利用光栅信号进行反馈控制。用通用阵列逻辑器件GAL16V8和比较器74LS688来完成译码工作。高6位地址与比较器相连。当A9=1，A8＝1，A7=0，A6=0，A5=0，A4=0时，比较器的输出信号使GAL被选中，根据低4位地址A3-A0的组合，GAL输出相应的片选信号。地址范围为310～-31f。地址分析如下：A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0110001XXXX三、控制卡编程说明：编程时首先向地址312H送控制字0x09,对各I/O口进行初始化。控制第一轴电机所用的8253的计算器的地址为此314H，315H。其中314H用来产生方波，315H用来控制脉冲个数。具体编程时应该参照以下语句：outp(0x317,0x36)/*设定314H的工作方式，317H是控制字寄存器地址，用以设定8253的3个计数器的工作方式*/outp(0x314,整型数%256)/*向314H送控制字的低8位*/outp(0x314,整型数/256)/*向314H送控制字的高8位*/8253的输入时钟是上述语句设定了方波的频率，也就是电机的转动频率．1MHz，因此方波频率=1M/整型数。outp(0x317,0x70)/*设定315H的工作方式*/outp(0x315,整型数%256)/*向315H送控制字的低8位*/outp(0x315，整型数/256)/*向315H送控制字的高8位*/上述语句设定了方波的个数，也就是电机的转动步数。设定完8253的计数器之后，需要向输出口310H送控制字0x40或0x41,其作用是设定电机的转动方向，并使8253计数器开始工作，即令电机开始转动．若需要使电机停止，向310H送控制字0x00即可。也就是说，在设置完电机的转动频率和步数之后，还需要设置电机的转动方向，并将电机转动允许位设置为高电平（即要将地址说明书中的响应轴向的GATE门设置为高电平），电机才能运转。具体编程时由以下语句完成：outp（0x310,0x40）；/*设定电机转动方向，并使电机运转；若使电机反向转动．向310H送040*/outp（0x310,0x00)； /*使电机停止*/第一轴的限位开关状态的采集由输入口310H的第0位和第1位来实现。当限位开关没有被按下时，这两位输入口均为高电平；当限位开关被按下时，相应位变成低电平。具体编程可用如下语句完成：limit=inp（0x310）0x03；/*为事先定义过的变量*/第一轴的光栅尺输入信号计数器地址是319H，这也是8253芯片上的计数器。为使计数器319H能够对光栅尺的输入脉冲进行计数，必须将其工作方式设为方式0。具体语句如下：outp（0x31b,0x70)；/*设定319H工作方式如下*/outp（0x319，整型值%256）；outp（0x319，整型值/256)；/*根据实际距离设定计数值*/outp（0x311，0xff)；/*使319H开始计数*/按上述语句设定后，319H即可接收光栅尺的方波，并进行倒计数，当计数初值减为0，输出高电平至输入口 311H的第2位。所以可以通过查询 311H的相应位来判断移动台是否移动到位。具体语句如下：aa=(0x311)&0x40；/*读取311H的第2位的电平信号，判断光栅尺的输出脉冲是否发送结束

*/计数初值减为

0前

311H相应位为低电平。光栅尺输出方波为

20 /脉冲，I/O板对此信号进行了

2细分，使其成为

10

/方波。根据这个对应关系可算出特定距离对应的光栅尺输出方波数。如果电机运行当中需要查询光栅尺输入信号计数器的计数值，可以通过读取相应的光栅尺输入信号计数器来实现。读取计数器之前应先用锁存命令将计数器的计数值在锁存器中锁存，然后再读，否则将得到一个不确定的数值。锁存计数器不会影响到计数执行部件的正常计数。具体语句如下：outp(0x31b,0x40);/*将计数器319H的锁存器锁存*/ll=inportb(0x319);/*读取计数器319H的低位*/hh=inportb(0x319);/*读取计数器319H的高位*/注意，8253计数器为倒计数，因此要用计数初值减去读出的数值才是输入的光栅尺信号的脉冲数。如果不是闭环控制，可以通过查询310H的第7位来判断电机是否运行完毕。电机运行时为高电平，电机运行完毕为低电平。判断电机是否运行完毕有助于设定查询限位开关的条件，即电机运行完毕之前要一直查询限位开关的状态。四、实验内容1、分析位移测控系统的工作原理（ ISA总线、8253可编程定时器/计数器）。2、编写并调试实验程序，其功能为：（1）用开环控制实现给定的位移；（2）用闭环控制实现给定的位移；（3）测定返回精度。五、实验仪器和设备PC计算机、控制卡、电机控制器、电动位移台、磁性表座、千分表六、实验步骤1、系统连接在PC机断电的情况下，将控制卡插入ISA槽内。用专用的37针插头将电机控制器、光栅尺与控制卡相连。2、按下列要求编写程序：（1）用开环控制实现给定的位移（含限位开关保护） ；（2）用闭环控制实现给定的位移（含限位开关保护） ；（3）工作台从任一位置出发向右或向左移动，遇限位开关后返回原处。3、输入程序、调试。调试程序（3）时，安装上千分表，测定工作台原始位置与返回位置之差。实验三 虚拟仪器程序创建与程序结构设计实验实验3-1 虚拟仪器程序（VI）创建与子VI程序调用一、实验目的熟悉LabVIEW 软件环境、初步掌握虚拟仪器编程语言，创建一个并作为子VI程序进行调用。

VI

程序，二、实验要求创建一个VI程序模拟温度测量。假设传感器输出电压与温度成正比。例如，当温度为70°F时，。本程序也可以用摄氏温度来代替华氏温度显示。本程序用软件代替了DAQ数据采集卡。使用DemoReadVoltage子程序来仿真电压测量，然后把所测得的电压值转换成摄氏或华氏温度读数。三、实验仪器和设备计算机、LabVIEW虚拟仪器软件四、实验步骤及内容1、前面板设计（1）用File菜单的New选项打开一个新的前面板窗口。（2）把温度计指示部件放入前面板窗口。a．在前面板窗口的空白处点击鼠标键， 然后从弹出的Numeric子模板中选择Thermometer。b．在高亮的文本框中输入“温度计” ,再点击鼠标键按钮。（3）。使用标签工具 A，，，再点击鼠标键或者工具栏中的 V按钮。（4）在前面板窗口中放入竖直开关控制。a．在面板窗口的空白处点击鼠标键，然后弹出的Boolean子模板中选择VerticalSwitch,在文本框中输入“温度值单位”,再点击鼠标键或者工具栏中的V按钮。b．使用标签工具A，在开关的“条件真”（true）位置旁边输入自由标签“摄氏”,再在“条件假”（false）位置旁边输入自由标签“华氏”。2、程序框图设计（1）从Windows菜单下选择ShowDiagram功能打开框图程序窗口。（2）点击框图程序窗口的空白处，弹出功能模板，从弹出的菜单中选择所需的对象。本程序用到下面的对象：DemoReadVoltageVI程序（Tutorial子模板）。在本实验中，该程序模拟从DAQ卡的0通道读取电压值。Multiply（乘法）功能（Numeric子模板）。在本实验中，，以获得华氏温度。Subtract（减法）功能（Numeric子模板）。在本实验中，，以转换成摄氏温度。Divide（除法）功能（Numeric子模板）。在本实验中，。Select（选择）功能（Comparison子模板）。取决于温标选择开关的值。该功能输出华氏温度（当选择开关为false）或者摄氏温度（选择开关为True）数值。数值常数。用连线工具，点击希望连接一个数值常数的对象，并选择CreateConstant功能。若要修改常数值，用标签工具双点数值，再写入新的数值。字符串常量。用连线工具，点击希望连接字符串常量的对象，再选择CreateConstant功能。要输入字符串，用标签工具双击字符串，再输入新的字符串。（3）使用移位工具（Positioningtool），把图标移至图示的位置，再用连线工具连接起来。请记住，如果要显示图标接线DemoReadVoltageVI子程序模拟从数据采集卡的0通道读取电压，，或者再把华氏温度转换成摄氏温度。（4）选择前面板窗口，使之变成当前窗口，并运行VI程序。点击连续运行按钮，便程序运行于连续运行模式。（5）再点击连续运行按钮，关闭连续运行模式。（6）创建图标Temp：此图标可以将现程序作为子程序在其他程序中调用。创建方法如下：，从弹出菜单中选择 EditIcon功能。，并按下Delete键，消除缺省的图标图案。。注意，在用鼠标画线时按下 <shift> 键，则可使用文本工具写入文字，双击文本工具把字体换成SmallFont。当图标创建完成后，点击OK以关闭图标编辑。生成的图标在面板窗口的右上角。（7）创建联接器端口：，从弹出菜单中选择ShowConnector功能。LabVIEW将会根据控制和显示的数量选择一种联接器端口模式。在本例中，只有两个端口，一个是竖直开关，另一个是温度指示。。，在左边的联接器端口框内按鼠标键，则端口将会变黑。再点击开关控制件，一个闪烁的虚线框将包围住该开关。，使它变黑。再点击温度指示部件，一个闪烁的虚线框将包围住温度指示部件，这即表示着右边的联接器端口对应温度指示部件的数据输入。，则虚线框将消失，而前面所选择的联接器端口将变暗，表示已经将对象部件定义到各个联接器端口。注意：LabVIEW的惯例是前面板上控制的联接器端口（8），用文件菜单的 SAVE功能保存上述文件，。（9）子VI程序调用：，可以在其他程序中作为子程序来调用，使用功能模板的SelectaVI来完成。（10）关闭该程序五、实验报告要求1、简述实验目的、原理及实验步骤。2、存储设计程序。3、实验结论及体会。实验3-2 基于循环结构的实时数据采集一、实验目的使用一个条件循环结构和一个被测波形图表实时地采集数据。二、实验要求创建一个VI程序，进行温度测量，并把结果在波形图表上显示。该VI程序使用实验3-1创建的温度计程序（ThermometerVI）作为子程序。三、实验仪器和设备计算机、LabVIEW虚拟仪器软件四、实验步骤和内容1、前面板设计（1）打开一个新的前面板窗口，在里面放一个竖直开关（在Boolean逻辑部件子模板），给该开关标注为“Enable”。用该开关来开始/停止数据采集。（2）在前面板内再放置一个趋势图（Graph子模板中的WaveformChart），标注为“温度历史趋势”。该图表将实时地显示温度值。（3）由于趋势图将它的图标注解plot自动地标注为“plot0”，你可以用标注工具将其重新标注为“Temp”。（4）对趋势图的标尺进行重新定标。 将Y轴的“10”改为“90”，将“”改为“20”。2、程序框图设计（1）打开框图程序窗口。（2）从结构（Structures）工具模板选择条件循环结构“WhileLoop”放入框图程序窗口，调整该条件循环框的大小，把先前从前面板创建的两个节点放入循环框内。条件循环结构是一种无限循环（3）放入其它的框结图构程序，对象只。要Thermometer条件满足VI，这它个就VI一程序是你在上个练习中创建的，(从SelectaVI⋯子模板)。（4）按照上图的框图程序连好线。（5）创建模式开关。把连线工具放在ThermometerVI的Mode输入端口上，按鼠标右键并选择CreatControl，这样就可以自动创建模式转换开关，并将它与ThermometerVI子程序相连线，再转换到前面板窗口，将模式转换开关的位置重新调整。（6）在前面板窗口，使用标注工具，双击模式开关的“OFF”标签，并把它转换成“华氏”，再把“ON”标签转换民“摄氏”。要转换开关状态，使用操作工具OperatingTool）。（7）将模式开关设置为 ON状态，运行该VI程序。（8）要停止数据采集，点击 Enable开关，使其状态变为 OFF，循环结束。（9）修改Enable开关缺省设置，使运行 VI程序时不必每次打开该开关。，则关闭程序运行。。，从弹出菜单中选择DataOperations>MakeCurrentValueDefault选项，这将使ON状态变为缺省值。，从弹出菜单中选择 MechanicalAction>LatchWhenPressed选项。（10）运行该程序，把开关点击为 Stop状态以停止数据采集。开关将变为状态，但当条件循环结构再次读取其数值时，它又会变成 ON状态。（11）增加定时器控制，如下图所示，使 VI程序采样间隔为500毫秒。

OFF使用Time&Dialog子模板中的WaitUntilNextmsMultiple功能，再加上时间常数NumericConstant，把它设置为500。（12）运行上述程序，试用不同的时间间隔值。（13）关闭并保存上述程序，文件名为 Temperature。五、实验报告要求1、简述实验目的、原理及实验步骤。2、存储设计程序。3、实验结论及体会。实验3-3以图表方式显示数据并使用分析功能子程序一、实验目的以图表方式显示数据并使用分析功能子程序。二、实验要求利用实验3-2创建的VI程序，在数据采集过程中，实时地显示数据。当采集过程结束后，在图表上画出数据波形，并算出最大值、最小值和平均值。三、实验设备和仪器计算机、LabVIEW虚拟仪器软件四、实验步骤1、前面板设计（1）打开实验3-2创建的Temperature。（2）按照下图修改程序，其中被虚线框住的部分是新增加的。趋势图“温度历史趋势”显示实时采集的数据。采集过程结束后，在TempGraph中画出数据曲线，同时在Mean、Max和Min数字显示栏中显示出温度的平均值、最大值和最小值。2、程序框图设计（1）完成下面的框图程序。被虚线框住的部分表示新增程序。条件循环框边线上的方块叫作通道（tunnel）。在本实中，通道是条件循环的数据通道口。若要建立数据索引，点击通道，并选择EnableIndexing选项，表示当条件循环执行时，把数据顺序放入一个数组中。循环结束后，通道输出该数组。否则，通道仅输出最后一次循环放入的数据值。（2）返回前面板，并运行 VI程序。（3）当允许运行开关（EnableSwitch）设置为OFF后，将显示温度数据曲线。（4）将修改后的程序重命名为Temperature五、实验报告要求1、简述实验目的、原理及实验步骤。2、存储设计程序。3、实验结论及体会。实验3-4 基于Case结构创建VI程序一、实验目的学习使用Case结构二、实验要求修改Temperature，当温度超出上限（HighLimit）时，前面板上的LED将点亮，并且有一个蜂鸣器发声。三、实验仪器和设备计算机、LabVIEW虚拟仪器软件四、实验步骤和内容1、前面板设计（1）打开实验3-3创建的TemperatureAnalysisVI程序。（2）按照下图所示修改前面板。被虚线框住的部分表示增加的部件。HighLimit表示温度上限值。报警指示灯（WARNINGLED）和当前温度状态CurrentTemperatureState）用来表示温度是否超限。点击趋势图，并且选择Show>Legend和Show>DighitalDisplay选项，可以增加图注（Legend）和数字显示。2、程序框图设计（1）按照上图编写框图程序。被虚线框住的部分为新增加的部件。下面的FALSECase与图中的TRUECase同属于一个Case结构。根据其输入端上的数值，来决定执行哪一个Case程序。如果ThermometerVi子程序返回的温度值大于HighLimit数值，将执行TrueCase程序，反之则执行FalseCase程序。（2）返回前面板程序，在HighLimit控制栏中输入86。再运行VI程序。当温度超过86时，LED将点亮，蜂鸣器也会发声。（3）将程序重新命名为 Temperature，并保存起来。五、实验报告要求1、简述实验目的、原理及实验步骤。2、存储设计程序。3、实验结论及体会。实验3-5 基于顺序结构创建 VI程序一、实验目的学习使用顺序(Sequence)结构并且把数据传送到文件二、实验原理修改Temperature，以学习使用顺序结构和包括头文件的数据文件。当程序停止数据采集后，自动产生数据文件的头文件，它包括操作者名字和文件名，然后将采集的数据附在头文件后面。三、实验设备和仪器计算机、LabVIEW虚拟仪器软件四、实验步骤和内容1、前面板设计前面板如下图所示。2、程序框图设计（1）如下图所示，完成框图程序，使用了如下的功能模块：WriteCharacterstoFile模块（在FileI/O子模板）。该功能把一个字符串写入一个新的文件或者附加到一个已存在的文件中。它在写入前打开或者创建一个文件，在完成时关闭该文件。在本实验中，它用来建立头文件格式。WritetoSpreadsheetFile模块（在FileI/O子模块）。该模块把一个二维或者一维单精度数组转换成字符串，并把字符串写入一个新文件或者附回在一个已存在的文件后面。在本实验中，它将由温度采集数据和上限值组成的二维数组附加在一个已创建了头文件的数据文件后面。Transpose2DArray模块（在Array子模板）。在本实验中，它把二维数组转换成以列为分界的二维数组，这样在写入数据文件时它就会以列的形式显示。ConcatenateString模块（在String子模板）。在本实验中，它用于创建头文件字符串。顺序结构程序按指定的顺序执行各个程序步骤。在本实验中，首先创建数据文件的头文件，然后再将数据写入文件中。（2）返回前面板，在 HighLimit控制栏中输入86，在OperatorName控制栏中输入你的名字，再输入数据文件名（例如 ）。运行该程序。当Enable开关设置为OFF状态后，将产生如下的ASCII文件。王思华TEMPLIMIT86.42686.00085.93786.00085.44986.00085.93786.00086.91286.00087.40286.00087.89186.00087.402 86.00086.914 86.00086.914 86.00085.937 86.00085.937 86.000（3）将文件重新命名为 TemperatureControl，并存盘退出（用 SaveAs选项）。五、实验报告要求1、简述实验目的、原理及实验步骤。2、存储设计程序。3、实验结论及体会。实验四 虚拟仪器综合控制实例的软件设计一、实验目的1、学习和掌握LabVIEW软件的基本功能，了解软件各种函数功能的作用， 加强对所学知识的理解和应用；2、培养学生综合应用知识的能力以及创新能力和独立思考能力。二、实验仪器和设备计算机、LabVIEW虚拟仪器软件三、实验要求综合使用虚拟仪器软件的程序设计方法，自行设计一个综合控制实例程序。要求：1、写出详细实验方案和设计流程。2、前面板布置合理，美观大方。3、后面板程序设计正确、简洁4、写出实验步骤。5、完成实验过程，记录实验结果。6、完成实验报告，对实验结果进行分析四、实验报告1、简述实验目的、原理及实验步骤。2、存储设计程序。3、实验结论及体会。实验五 基于LabVIEW软件与DAQ卡的数据采集实例设计一、实验目的熟悉数据采集系统的构成和 DAQ数据采集卡的使用。二、实验要求使用传感器把物理信号转换成电信号，输出一个模拟电压信号，通过信号调理辅助电路，先将信号进行一定的预处理，然后用DAQ数据采集卡完成数据采集、分析及结果输出。三、实验设备和仪器计算机、LabVIEW虚拟仪器软件、DAQ数据采集卡、信号发生器、预处理电路等。四、实验原理数据采集系统的构成如下图所示。在数据采集之前，程序将对采集板卡初始化，板卡上和内存中的Buffer是数据采集存储的中间环节。图1数据采集系统的构成四、实验步骤和内容1、DAQ的安装与配置（1）安装PCI－6024数据采集卡将PCI－6024E数据采集卡插到计算机主板上的一个空闲 PCI插槽中，接好各种附件，包括一条 50芯的数据线和一个转接板。（2）PCI－6024E卡I/O配置安装LabVIEW 和NI－DAQ，在Measurement&AutomationExplorer出现Configuration>Mysystem>DevicesandInterfaces。在设备名PCI-6024E上单击右键，选择 Properties，出现采集卡的配置对话框配置包括System、AI、AO、Accessory、OPC和RemoteAccess五个部分的设置。分别对其进行设置。在完成上述设置后，单击确定，会出现“TestResources”和“TestPanels”按钮。单击“TestResources”出现测试结果对话框。单击“TestPanels”按钮出现测试面板。（3）PCI－6024E卡通道配置在使用DAQ设备的模拟I/O或数字I/O功能时，必须首先配置设备的通道。在Measurement&AutomationExplorer中配置通道步骤如下：①右键单击DataNeighbourhood图标，选择弹出菜单中的Insert，系统会弹出InsertNew对话框。单击Finish。②在弹出的

CreateNewChannel对话框中将通道类型设置为

AnalogInput，单击下一步。③在EnterChannelNameandDescription对话框中，将通道名称设置为ScropA，并甜上适当的通道描述，单击下一步。④在ChannelWizard对话框中，选择传感器或测量信号类型，单击下一步。⑤设置单位为Volts，量程为－5V～5V，单击下一步。⑥设置缩放比例因子为 NoScaling，单击下一步。⑦指定DAQ硬件为Dev1:PCI-6024E，通道编号为0；模拟输入方式为Differential,单击完成。2、数据采集实例程序设计采集一个模拟电压信号（1）信号发生器输出一个正弦电压作为信号源连接到数据采集卡的端。

0通道模入（2）构造前面板和程序框图，要求在虚拟仪器面板上显示正弦波电压波形，并且可以设置scan速率、通道号。（3）运行程序，保存为 AcquireMultiple，观测正弦波电压波形。五、实验报告1、简述实验目的、原理及实验步骤。2、存储设计程序。3、实验结论及体会。六、注意事项如果接到采集卡输入端的电压高于测量范围，应该使用分压电路转换为采集卡要求的电压测量范围，否则会烧坏采集卡。实验六 超声波测距实验一、实验目的运用超声波传感器进行距离测定实验，通过本实验了解和掌握超声波传感器测量的原理和方法。二、实验原理声波是一种能在气体、液体和固体中传播的机械波。根据振动频率的不同，可分为次声波、声波、超声波和微波等。次声波：振动频率低于l6Hz的机械波。声波：振动频率在16—20KHz之间的机械波，在这个频率范围内能为人耳所闻。超声波：高于20KHz的机械波。超声波与一般声波比较，它的振动频率高，而且波长短，因而具有束射特性，方向性强，可以定向传播，其能量远远大于振幅相同的一般声波，并且具有很高的穿透能力。例如，在钢材中甚至可穿透 10米以上。超声波在均匀介质中按直线方向传播，但到达界面或者遇到另一种介质时，也像光波一样产生反射和折射，并且服从几何光学的反射、折射定律。超声波在反射、折射过程中，其能量及波型都将发生变化。超声波在界面上的反射能量与透射能量的变化。取决于两种介质声阻抗特性。和其他声波一样，两介质的声阻抗特性差愈大，则反射波的强度愈大。例如，钢与空气的声阻抗特性相差 10万倍，故超声波几乎不通过空气与钢的介面，全部反射。超声波在介质中传播时，随着传播距离的增加，能量逐渐衰减，能量的衰减决定于波的扩散、散射(或漫射)及吸收。扩散衰减，是超声波随着传播距离的增加，在单位面积内声能的减弱；散射衰减，是由于介质不均匀性产生的能量损失；超声波被介质吸收后，将声能直接转换为热能，这是由于介质的导热性、粘滞性及弹性造成的。超声波传感器的测距原理：超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。设超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离S，即：S=340t/2。需要说明的是，超声波传感器发射的波束比较窄（<10°），反射后仍然很窄，如果被测物体被旋转放置，有可能反射波束会偏离出接收探头的位置，导致探头接收不到反射波信号，测距将失败。图1超声波传感器测量物体距离原理示意图超声波测距传感器包括有发射超声波和接收超声波的两部分装置，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。常用的超声波传感器有两种，即压电式超声波传感器和磁致式超声波传感器。本实验采用的是压电式超声波传感器,主要由超声波发射器(或称发射探头)和超声波接收器(或称接收探头)两部分组成，它们都是利用压电材料(如石英、压电陶瓷等)的压电效应进行工作的。利用逆压电效应将高频电振动转换成高频机械振动，产生超声波，以此作为超声波的发射器。而利用正压电效应将接收的超声振动波转换成电信号，以此作为超声波的接收器。实验所使用的DRUL-12-A型超声波传感器的发射波频率是40KHz，它由单片机控制发射探头发射一组5个超声波脉冲后，输出电平由高电平转为低电平；等到接收探头接收到足够强度的反射超声波信号时，输出信号由低电平转为高电平。所以在实验的过程中，可以观察到随着反射板到探头的距离变化，传感器输出波形的“脉冲”宽度也会对应的发生变化，测试距离越远，脉冲的宽度越宽。因此，计算出脉冲的宽度就可以计算出反射板到探头的距离。发射的两组脉冲间隔的最大时间约为18ms，。所以，该型号的超声波传感器的最远测试距离是3米。为了消除发射电路强电磁脉冲对接收电路的影响，在发射电路发射脉冲后，接收电路需延时大约1ms，才能正常接收信号。，，～。对于DRUL-12-B型超声波传感器，参数稍有改变，～2米。另外，空气中的声音传播速度不是一个固定的值，在不同的温度下这个数据会有一些变化。通常我们说的340m/s是一个近似数据，传播速度的修正公式为 S=×(1＋t/273）^，t为空气温度。作为常温下的测试，可以就认为声速为346m/s（按25℃计算）。三、实验仪器和设备计算机LabVIEW虚拟仪器软件超声波传感器USB数据采集仪四、实验步骤和内容1、关闭DRDAQ-USB型数据采集仪电源，将需使用的传感器连接到采集仪的数据采集通道上。(禁止带电从采集仪上插拔传感器，否则会损坏采集仪和传感器)2、开启DRDAQ-USB型数据采集仪电源。3、用LabVIEW编程语言编写超声波传感器距离测量主程序，要求前面板包括显示超声波输出电压的波形图、超声波返回时间显示模块、占空比、测量距离显示等。4、前面板设计还包括“启/停”按钮控制反射板的运动。要求点击“前进”按钮使反射板向远离传感器运动，点击“后退”按钮使反射板靠近传感器运动。点击“停止”按钮使反射板停止运动。点击“加速”按钮时反射板运动速度加快，点击“减速”按钮时反射板运动速度减慢。5、观察反射板在不同位置时，超声波传感器的输出波形。6、根据超声波传感器超声波声波返回的时间，计算不同位置超声波传感器的测量距离值。移动反射板，取5个点，记录出光栅尺的输出值超声波传感器的输出值并绘制出其输入输出曲线。五、实验报告1、简述实验目的和原理。2、存储设计程序，拷贝实验系统运行界面，插入到Word格式的实验报告中，上交实验报告。3、实验结论及体会。六、注意事项LCSB-5-A型超声波传感器的有效测量距离是30cm~250cm，DRUL-12-B型超声波传感器，参数稍有改变，量程是20cm～200cm。实际距离若过小或过大都可能导致测量误差增大，在测量过程中尽量保持在此距离之内。实验七 红外光电式测距实验一、实验目的运用红外光电式测距传感器进行距离测定实验，通过本实验了解和掌握红外光电式传感器测量的原理和方法。二、实验原理红外光电式测距传感器是一种利用 “三角原理”来进行测量距离的传感器。它的探头由一个红外发光二极管和一个 PSD（PositionSensingDevice）所组成。如下图1所示。图1传感器使用“三角原理”来进行距离的探测。在红外发光二极管旁的PSD实际上是一个线性的CCD阵列，距离红外发光二极管3/4英寸（19mm）。利用CCD阵列接收到障碍物反射回来的红外线光来进行距离的测量。障碍物障碍物PSD LED PSD LED图2如上图2所示，随着障碍物距离的变化，LED发射的红外线光被障碍物反射回到PSD的角度不同，根据PSD传感器探测到的红外线角度，就可以计算出障碍物到距传感器之间的距离。PSD传感器判断入射角是使用CCD阵列来实现的。在PSD中排有一线性CCD阵列，障碍物的距离变化造成PSD传感器入射角度的不同，根据PSD中CCD阵列中接收到红外线光的CCD的位置，就可以计算出入射角。由于受到PSD传感器中CCD大小和LED距PSD之间的距离限制，红外光电传感器的探测距离受到限制，DRMNGD-A传感器的探测距离为10cm—80cm。此传感器输出为一模拟量，传感器输出和距离不是线性关系。三、实验仪器和设备四、实验步骤及内容1、连接距离与位移传感器实验台电源线，传感器和实验模块连线。红外光电距离传感器---模块2通道；步进电机---直线位移控制盒电机1；限位开关1---直线位移控制盒AD1；线位开关2---直线位移控制盒AD2；直线位移控制盒---连接PC机COM1串口，以及交流220V电源；连接光栅尺与数显表---光栅尺的串口输出接数显表背面输入，光栅尺的交流220V电源；打开实验台供电电源开关，电源指示灯亮表示供电正常；打开实验台上直流电源开关，电源指示灯亮表示供电正常；打开实验台上数据采集卡电源按钮（红色）,电源指示灯亮表示供电正常；打开光栅尺数显表开关，数显表上的LED灯亮表示供电正常；打开直线位移控制盒的开关，电源开关和状态指示灯亮表示工作正常；2、编写labview程序用labview编程语言编写红外光电式测距传感器距离测量主程序，要求前面板包括显示红外光电式传感器输出电压的波形图、输出电压均值显示模块、测量距离显示等。3、前面板设计还包括“启 /停”按钮控制反射板的运动。要求点击“前进”按钮使反射板向远离传感器运动，点击“后退”按钮使反射板靠近传感器运动。点击“停止”按钮使反射板停止运动。点击“加速”按钮时反射板运动速度加快，点击“减速”按钮时反射板运动速度减慢。4、观察反射板在不同位置时，红外距离传感器的输出波形。5、移动反射板，取5个点，记录出光栅尺的输出值和红外距离传感器的输出值并绘制出其输入输出曲线 。五、实验报告要求1、简述红外距离传感器的原理。2、存储设计程序，整理实验数据并绘制传感器的输出特性。3、实验结论及体会。实验八 红外传感器物体计数实验一、实验目的运用红外传感器进行传送带上经过某一位置的物体数目的计数，通过本实验了解自动生产线上红外反射式传感器的检测原理和应用方法。二、实验台简介DRCSX-12-B型环形输送线试验台是国内首家推出的小型多用途环形输送线实验台，它可以模拟自动生产线上物料的输送、检测工作。具有体积小、结构合理、功能强、使用方便、开设的实验项目多等特点，图1是该实验台的结构图。图1DRCSX-12-B型实验台由外壳、链板（测试物品的载板）、链条、链轮、直流减速电机、传感器支架、链条张紧装置、传动装置、6个测试样品（金属、塑料各三个，三种颜色）和传感器组成