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淺談虛擬儀器的力傳感器標定的原理及程序設(shè)計

2017年11月08日 10:15 作者: 用戶評論(0

  力傳感器是的目前廣泛使用的傳感器,在長期使用過程中,由于使用環(huán)境、本身結(jié)構(gòu)的變化,需要對其進行標定,以此保證測量的精度。近年來,隨著虛擬儀器技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展,越來越多的技術(shù)人員開始基于該技術(shù)來開發(fā)自動化測量設(shè)備。博士論文,標定。虛擬儀器是基于計算機的儀器。計算機和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個重要方向[1]。而在眾多的虛擬儀器開發(fā)平臺中,美國國家儀器公司(NI)的LabVIEW應(yīng)用最為廣泛。本文主要介紹了基于LabVIEW的力傳感器標定程序的設(shè)計。

   標定的原理

  所謂標定(或現(xiàn)場校準)[2]就是指用相對標準的量來確定測試系統(tǒng)電輸出量與物理輸入量之間的函數(shù)關(guān)系的過程。標定是測試中極其重要的一環(huán)。標定除了能夠確定輸入量和輸出量之間的函數(shù)關(guān)系之外,還可以最大限度地消除測量系統(tǒng)中的系統(tǒng)誤差。

  傳感器的校準采用靜態(tài)的方法,即在靜態(tài)標準條件下,采用一定標準等級(其精度等級為被較傳感器的3~5倍)的校準設(shè)備,對傳感器重復(fù)(不少于3次)進行全量程逐級加載和卸載測試,獲得各次校準數(shù)據(jù),以確定傳感器的靜態(tài)基本性能指標和精度的過程。為簡化系統(tǒng)的設(shè)計,此處標準量采用砝碼加載的方式獲得。

 ?? 系統(tǒng)組成

  硬件組成

  系統(tǒng)的硬件組成如圖1所示:

  

淺談虛擬儀器的力傳感器標定的原理及程序設(shè)計

  圖1 系統(tǒng)硬件組成

  由圖可以看出,系統(tǒng)主要包括計算機、力傳感器,數(shù)據(jù)采集卡、接線盒等。本系統(tǒng)中,力傳感器采用電阻應(yīng)變式壓力傳感器,四個應(yīng)變片采用全橋的工作方式。數(shù)據(jù)采集卡采用NI公司的PCI-6221,該采集卡的主要參數(shù)如下:它具有16個模擬輸入端口,2個模擬輸出端口,24個數(shù)字輸入輸出端口,采樣速率最高可達到250kS/s。接線盒采用NI公司的SC-2345,此接線盒直接與數(shù)據(jù)采集卡相連,接線盒上有SCC信號調(diào)理模塊插座。SCC模塊是NI公司提供的信號調(diào)理模塊,其上面包含信號調(diào)理電路,可以將傳感器處采集的信號轉(zhuǎn)換成適合數(shù)據(jù)采集卡讀取的信號。本系統(tǒng)所用的SCC模塊為SCC-SG04,此模塊適用于連接采用全橋工作方式的電阻應(yīng)變式壓力傳感器。

   軟件組成

    因為所用的力傳感器屬于應(yīng)變式電阻傳感器,其電阻變化率與應(yīng)變可以保持很好的線性關(guān)系,即輸入與輸出量之間呈線性關(guān)系,所以可以用一條直線對校準數(shù)據(jù)進行擬合。此直線就稱為擬合直線,所求得的方程為擬合方程。圖2所示為傳感器標定程序的采樣頁面。

  此程序采用LabVIEW的事件驅(qū)動編程技術(shù)進行編制的。事件[3]是對活動發(fā)生的異步通知。事件可以來自于用戶界面、外部I/O或程序的其它部分。在LabVIEW中使用用戶界面事件可使前面板用戶操作與程序框圖執(zhí)行保持同步。事件允許用戶每當執(zhí)行某個特定操作時執(zhí)行特定的事件處理分支。

  

淺談虛擬儀器的力傳感器標定的原理及程序設(shè)計

  圖2 標定程序采樣頁面

  

淺談虛擬儀器的力傳感器標定的原理及程序設(shè)計

   采樣程序

  直線擬合的方法[2]有很多種,比如最小二乘法、平均選點法、斷點法等等。其中,最小二乘法精度比較高,此處利用它進行直線擬合。根據(jù)最小二乘法,假定是一組測量值,是相應(yīng)的擬合值,mse為均方差,則擬合目標可以表達為,期望mse最小。

  LabVIEW中的分析軟件庫提供了多種線性和非線性的曲線擬合算法,例如線性擬合、指數(shù)擬合、通用多項式擬合等等。本程序選擇Linear Fit.Vi 來實現(xiàn)最小二乘法線性擬合。

  標定子程序的工作流程如下:用戶先通過多次采樣,獲得各個輸入量對應(yīng)的輸出量,通過While循環(huán)的移位寄存器保存這些值。采樣完成后,把這些值輸入Linear Fit.Vi進行擬合,擬合的曲線在Graph控件中顯示出來,同時該Vi自動求出方程y=ax+b中的斜率a和截距b,這樣,輸入輸出量之間的函數(shù)關(guān)系就可以確定下來了,如圖4所示。

  

淺談虛擬儀器的力傳感器標定的原理及程序設(shè)計

  圖4 標定程序擬合前面板

   小結(jié)

  基于虛擬儀器的力傳感器標定程序能夠方便地對力傳感器進行標定。該系統(tǒng)具有人機界面友好,靈活方便,自動化程度高等特點。

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( 發(fā)表人:黃飛燕 )

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