XX学
课 程 设 计
（文）
基差动变压器虚拟位移计设计
班 级
学 号
学 生 姓 名
指 导 教 师
XX学
课 程 设 计 务 书
课 程 名 称 虚拟仪器课程设计
院（系） 动化学院 专业 测控技术仪器
班级 学号 姓名
课程设计题目 基差动变压器虚拟位移计设计
课程设计时间 2011年 3月 7日 2011 年 3 月 18日
课程设计容求：
1 容
利差动变压器Labview设计虚拟位移计显示位移XX mm范围 2—2mm拟合出位移电压关系曲线设定阈值具超值报警功
2 求
制定设计方案绘制出系统工作框图利CSY系列传感器系统实验仪进行硬件电路设计调试LabVIEW进行软件程序设计调试求虚拟仪器前面板设计美观方操作方便面板设计简洁布线合理功完善
指导教师 年 月 日
负责教师 年 月 日
学生签字 年 月 日
目 录
0 前言 1
1 总体方案设计 1
2 硬件设计 2
21差动变压器电路 2
22 PCINI6024E数采集卡 2
3 软件设计 3
31 数采集部分 4
32 曲线拟合部分 6
33 数处理部分 7
34 阈值较部分 8
4 调试分析 8
5 结进步设想 9
参考文献 9
课设体会 11
附录1 元件清单 12
附录2 软件原理图 13
附录3 硬件原理图 14
基差动变压器虚拟位移计设计
摘：次课设设计基差动变压器虚拟位移计利差动变压器测位移转化成铁芯螺线间面积变化导致电压变化实验数写入曲线拟合程序拟合曲线般方程式ya*x+b系数ab时PCINI6024E数采集卡采集电压数系数ab进行数处理位移值判断否超出预设范围超出报警优点设计原理简单数采集率高测量精确
关键词：差动变压器虚拟位移计LabVIEW
0 前言
虚拟仪器技术利高性模块化硬件结合高效灵活软件完成种测试测量动化应1986年问世世界国工程师科学家已NI LabVIEW图形化开发工具产品设计周期环节改善产品质量缩短产品投放市场时间提高产品开发生产效率集成化虚拟仪器环境现实世界信号相连分析数获取实信息享信息成果助较范围提高生产效率虚拟仪器提供种工具满足项目需次课设利NI LabVIEW设计虚拟位移计程序结合实际计算较准确
1 总体方案设计
虚拟位移计原理框图图1示
差动变压器
数处理
曲线拟合
阈值较
数采集
图1 虚拟位移计原理框图
该程序工作原理利差动变压器测量位移变化位移变化转变电压变化实验数拟合拟合曲线般方程式系数ab时PCINI6024E数采集卡采集电压数系数ab进行数处理位移值判断否超出预设范围超出报警
2 硬件设计
21 差动变压器原理电路
差动变压器种广泛电子技术非电量检测中变压装置测量位移压力震动等非电量参量静态测量动态测量
差动变压器基组成部分包括线框铁心线框设置设置原绕组两称副绕组铁心放线框中央圆柱形孔中
次课设利差动变压器测量位移变化心分布线圈骨架初级线圈二级线圈组成 线圈组件移动杆装磁芯（铁芯）铁芯线圈移动时改变空间磁场分布改变初次级线圈间互感量M初级线圈供定频率交变电压时次级线圈产生感应电动势 着铁芯位置 次级产生感应电动势 样 铁芯位移量变成电压信号输出
图2 差动变压器工作原理图
22 PCINI6024E数采集卡
PCINI6024E块应普通计算机插式PCI插槽数采集卡根Cable连接CB68LP块具68接线柱接线板达数采集卡输入输出CB－68LP应68接线柱中常：68(AI 0+)67(AI 0 GND)34(AI 0)模拟输入通道22(AO 0)55(AO GND)模拟输出通道52(D IO 0)44(D GND)数字输入输出口第位5662没定义
PCINI6024E关技术资料：
总线：PCI总线
模拟输入：16单端输入通道8差分输入通道
输入位数：12位
输入采样率：200kSs
输入电压范围：±005±10V
模拟输出：2通道
输出位数：12位
输出采样率：10kSs
输出电压范围：±10V
数字输入输出：8
定时器计数器：2 24位
触发方式：数字触发
3 软件设计
软件设计包括数采集曲线拟合数处理阈值较四部分
软件设计总体流程图图3示
设置参数
数采集
曲线拟合
数处理
开始
结束
图3 总体流程图
31 数采集部分
数采集流程图图4示
出错
缓存中提取数
扫描存入缓存
开始
停止采集释放缓存
图4 数采集流程图
图5While循环
图5 While循环
While循环结构组成说明图5示图5中右角条件端子次循环结束判断循环否继续执行具体循环继续条件两种：Stop if TureContinue if Ture具体采种方式条件端子弹出快捷菜单里指定操作工具端子点击鼠标切换两种条件条件端子图标默认条件Stop if Ture左角标字母i矩形框重复端子次循环中提供前循环次数计数值i初始值0两端子外空白区域放置程序代码
假设模拟信号x(t)隔Δt时间采样次时间间隔Δt称采样间隔者采样周期倒数1Δt称采样频率单位采样数秒t0Δt2Δt3Δt……等等x(t)数值称采样值x(0)xΔt)x(2Δt)采样值根采样定理低采样频率必须信号频率两倍反说果定采样频率够正确显示信号发生畸变频率做恩奎斯特频 率采样频率半果信号中包含频率高奈奎斯特频率成分信号直流恩奎斯特频率间畸变 采样率低结果原信号频率原始信号种信号畸变做混叠(alias)出现混频偏差(aliasfrequency)输入信号频率采样率整数倍差绝值
图6 分采样率时信号
图7 低采样率采样结果
参数设置：
device：设备号NI采集设置工具中设定该参数告诉户什卡采集VI身独立卡类型课设选NI6024E数采集卡设定1
Channels（通道）：指定数样信号源选7号通道设定0
Scan rate：指通道扫描速率采样频率采样频率设置默认值1000Hz
Number of scans to read：通道读取点数课设默认值11表示点
数采集程序框图图8示
图8 数采集程序框图
32 曲线拟合部分
写入实验数
类型变换
维数变换
送入General Polynomial Fitvi拟合
开始
显示结果
曲线拟合流程图图9示
图9 曲线拟合流程图
实际工作中变量间未必线性关系服药血药浓度时间关系疾病疗效疗程长短关系毒物剂量致死率关系等常呈曲线关系曲线拟合（curve fitting）指选择适曲线类型拟合观测数拟合曲线方程分析两变量间关系General Polynomial Fitvi接受数组形式输入时求提供数组Y应X数组观察实验数次线性写入表格FractExp String To Number字符串变成浮点型二维数组Index Array两维数组分应接入General Polynomial FitviXY端子拟合曲线曲线般式
ya*x+b （1）
系数ab
外分拟合前拟合两二维数组Bundle包成簇然样簇作元素建立数组数组元素应条曲线然接入示波器时显示两条曲线
曲线拟合程序框图图10示
图10 曲线拟合框图
33 数处理部分
图11数处理流程图
代入公式进行计算
滤波
求均值
显示结果
数采集
开始
图11 数处理流程图
测量中位移变化量转变电压量变化量程中电压时组稳定数值需通滤波电路采集稳定电压值进行滤波掉必电压分量通Meanvi求均值减电压稳定性
根公式进行计算位移值
数处理框图图12示
图12 数处理框图
34 阈值较部分
阈值较流程图图13示
报警
<2
>2
运算结果
开始
图13 阈值较流程图
图14Case结构
图14 Case结构
Case结构含两者更子程序（Case）分支结构放置框图方法循环结构相
位移值写入阈值较程序22报警LED发光否报警
图15阈值较程序框图
图15 阈值较程序框图
4 调试分析
根课设求进行实物连接调试程：
（1）图2连接线路
（2）数采集卡插差动变压器相连采集数输入计算机
（3）开编LabVIEW程序设置基参数采样频率f1000Hz采样点数N1采样通道第0通道
（4）运行程序通图16通LabVIEW程序控制处理采集信号拟合曲线报警位移值窗口中直观反映出
图16 程序前面板
5 结进步设想
根实验结果进行分析次课程设计完成定求差动变压器输出电压稳定采集数稳定考虑通滤波电路数达稳定
参考文献
[1] 侯国屏 王坤 叶齐鑫 LabVIEW71编程虚拟仪器设计 电子工业出版社2003年
[2] 程学庆房晓溪韩薪莘张健编著 蒲云郝文化审校 LabVIEW图形化编程实例应 中国铁道出版社2005年
[3] 石博强赵德永李畅编著 LabVIEW61编程技术实教程 中国铁道出版社2002年
[4] 汪敏生等译 LabVIEW基础教程 电子工业出版社2002年
[5] 郭会军赵阳贾惠芹编著 基LABVIEW虚拟仪器设计 电子工业出版社2003年
[6] （美）Gary W Johnson Richard Jennings编著 LABVIEW图形编程 北京学出版社2002年
[7] 禹延光 激光混合干涉理位移测量方法研究 哈尔滨工业学
[8] 陈敏汤晓安 虚拟仪器开发环境LabVIEW数采集 计算机工程设计第22卷第5期2001年10月
课设体会
通次课程设计解虚拟仪器常采总线仪器模块构建计算机方便直接通总线控制仪器模块实现动测试提供方便虚拟仪器系统动测试系统测试工作计算机控制动完成样提高测试工作效率
编程应中计算机软件认识充分遇问题基础知识掌握充分前学课生硬知识等结合实际时候难免会出现样者样问题LabvIEW软件编程功相强前学浅显表面知识课设程中需动手查阅种资料学老师帮助解决遇难题增强动手动脑联系实际力仅仅局限书面更广阔知识海洋
文工作XX老师悉心指导完成文理解整体布局渗透着老师心血老师帮助快完成次课设感谢课程设计期间予关心指导老师位学遇困难时私帮助教会遇困难时候样面样解决
谢谢老师学帮助
附录1 元件清单
元件名称
型号
数量
传感器实验仪
CSY—998
1台
导线
——
干
数采集卡
NI6024E
1
电脑
——
1台
附录2 软件原理图
附录3 硬件原理图
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XX学
课 程 设 计
（文）
基差动变压器虚拟位移计设计
班 级
学 号
学 生 姓 名
指 导 教 师
XX学
课 程 设 计 务 书
课 程 名 称 虚拟仪器课程设计
院（系） 动化学院 专业 测控技术仪器
班级 学号 姓名
课程设计题目 基差动变压器虚拟位移计设计
课程设计时间 2011年 3月 7日 2011 年 3 月 18日
课程设计容求：
1 容
利差动变压器Labview设计虚拟位移计显示位移XX mm范围 2—2mm拟合出位移电压关系曲线设定阈值具超值报警功
2 求
制定设计方案绘制出系统工作框图利CSY系列传感器系统实验仪进行硬件电路设计调试LabVIEW进行软件程序设计调试求虚拟仪器前面板设计美观方操作方便面板设计简洁布线合理功完善
指导教师 年 月 日
负责教师 年 月 日
学生签字 年 月 日
目 录
0 前言 1
1 总体方案设计 1
2 硬件设计 2
21差动变压器电路 2
22 PCINI6024E数采集卡 2
3 软件设计 3
31 数采集部分 4
32 曲线拟合部分 6
33 数处理部分 7
34 阈值较部分 8
4 调试分析 8
5 结进步设想 9
参考文献 9
课设体会 11
附录1 元件清单 12
附录2 软件原理图 13
附录3 硬件原理图 14
基差动变压器虚拟位移计设计
摘：次课设设计基差动变压器虚拟位移计利差动变压器测位移转化成铁芯螺线间面积变化导致电压变化实验数写入曲线拟合程序拟合曲线般方程式ya*x+b系数ab时PCINI6024E数采集卡采集电压数系数ab进行数处理位移值判断否超出预设范围超出报警优点设计原理简单数采集率高测量精确
关键词：差动变压器虚拟位移计LabVIEW
0 前言
虚拟仪器技术利高性模块化硬件结合高效灵活软件完成种测试测量动化应1986年问世世界国工程师科学家已NI LabVIEW图形化开发工具产品设计周期环节改善产品质量缩短产品投放市场时间提高产品开发生产效率集成化虚拟仪器环境现实世界信号相连分析数获取实信息享信息成果助较范围提高生产效率虚拟仪器提供种工具满足项目需次课设利NI LabVIEW设计虚拟位移计程序结合实际计算较准确
1 总体方案设计
虚拟位移计原理框图图1示
差动变压器
数处理
曲线拟合
阈值较
数采集
图1 虚拟位移计原理框图
该程序工作原理利差动变压器测量位移变化位移变化转变电压变化实验数拟合拟合曲线般方程式系数ab时PCINI6024E数采集卡采集电压数系数ab进行数处理位移值判断否超出预设范围超出报警
2 硬件设计
21 差动变压器原理电路
差动变压器种广泛电子技术非电量检测中变压装置测量位移压力震动等非电量参量静态测量动态测量
差动变压器基组成部分包括线框铁心线框设置设置原绕组两称副绕组铁心放线框中央圆柱形孔中
次课设利差动变压器测量位移变化心分布线圈骨架初级线圈二级线圈组成 线圈组件移动杆装磁芯（铁芯）铁芯线圈移动时改变空间磁场分布改变初次级线圈间互感量M初级线圈供定频率交变电压时次级线圈产生感应电动势 着铁芯位置 次级产生感应电动势 样 铁芯位移量变成电压信号输出
图2 差动变压器工作原理图
22 PCINI6024E数采集卡
PCINI6024E块应普通计算机插式PCI插槽数采集卡根Cable连接CB68LP块具68接线柱接线板达数采集卡输入输出CB－68LP应68接线柱中常：68(AI 0+)67(AI 0 GND)34(AI 0)模拟输入通道22(AO 0)55(AO GND)模拟输出通道52(D IO 0)44(D GND)数字输入输出口第位5662没定义
PCINI6024E关技术资料：
总线：PCI总线
模拟输入：16单端输入通道8差分输入通道
输入位数：12位
输入采样率：200kSs
输入电压范围：±005±10V
模拟输出：2通道
输出位数：12位
输出采样率：10kSs
输出电压范围：±10V
数字输入输出：8
定时器计数器：2 24位
触发方式：数字触发
3 软件设计
软件设计包括数采集曲线拟合数处理阈值较四部分
软件设计总体流程图图3示
设置参数
数采集
曲线拟合
数处理
开始
结束
图3 总体流程图
31 数采集部分
数采集流程图图4示
出错
缓存中提取数
扫描存入缓存
开始
停止采集释放缓存
图4 数采集流程图
图5While循环
图5 While循环
While循环结构组成说明图5示图5中右角条件端子次循环结束判断循环否继续执行具体循环继续条件两种：Stop if TureContinue if Ture具体采种方式条件端子弹出快捷菜单里指定操作工具端子点击鼠标切换两种条件条件端子图标默认条件Stop if Ture左角标字母i矩形框重复端子次循环中提供前循环次数计数值i初始值0两端子外空白区域放置程序代码
假设模拟信号x(t)隔Δt时间采样次时间间隔Δt称采样间隔者采样周期倒数1Δt称采样频率单位采样数秒t0Δt2Δt3Δt……等等x(t)数值称采样值x(0)xΔt)x(2Δt)采样值根采样定理低采样频率必须信号频率两倍反说果定采样频率够正确显示信号发生畸变频率做恩奎斯特频 率采样频率半果信号中包含频率高奈奎斯特频率成分信号直流恩奎斯特频率间畸变 采样率低结果原信号频率原始信号种信号畸变做混叠(alias)出现混频偏差(aliasfrequency)输入信号频率采样率整数倍差绝值
图6 分采样率时信号
图7 低采样率采样结果
参数设置：
device：设备号NI采集设置工具中设定该参数告诉户什卡采集VI身独立卡类型课设选NI6024E数采集卡设定1
Channels（通道）：指定数样信号源选7号通道设定0
Scan rate：指通道扫描速率采样频率采样频率设置默认值1000Hz
Number of scans to read：通道读取点数课设默认值11表示点
数采集程序框图图8示
图8 数采集程序框图
32 曲线拟合部分
写入实验数
类型变换
维数变换
送入General Polynomial Fitvi拟合
开始
显示结果
曲线拟合流程图图9示
图9 曲线拟合流程图
实际工作中变量间未必线性关系服药血药浓度时间关系疾病疗效疗程长短关系毒物剂量致死率关系等常呈曲线关系曲线拟合（curve fitting）指选择适曲线类型拟合观测数拟合曲线方程分析两变量间关系General Polynomial Fitvi接受数组形式输入时求提供数组Y应X数组观察实验数次线性写入表格FractExp String To Number字符串变成浮点型二维数组Index Array两维数组分应接入General Polynomial FitviXY端子拟合曲线曲线般式
ya*x+b （1）
系数ab
外分拟合前拟合两二维数组Bundle包成簇然样簇作元素建立数组数组元素应条曲线然接入示波器时显示两条曲线
曲线拟合程序框图图10示
图10 曲线拟合框图
33 数处理部分
图11数处理流程图
代入公式进行计算
滤波
求均值
显示结果
数采集
开始
图11 数处理流程图
测量中位移变化量转变电压量变化量程中电压时组稳定数值需通滤波电路采集稳定电压值进行滤波掉必电压分量通Meanvi求均值减电压稳定性
根公式进行计算位移值
数处理框图图12示
图12 数处理框图
34 阈值较部分
阈值较流程图图13示
报警
<2
>2
运算结果
开始
图13 阈值较流程图
图14Case结构
图14 Case结构
Case结构含两者更子程序（Case）分支结构放置框图方法循环结构相
位移值写入阈值较程序22报警LED发光否报警
图15阈值较程序框图
图15 阈值较程序框图
4 调试分析
根课设求进行实物连接调试程：
（1）图2连接线路
（2）数采集卡插差动变压器相连采集数输入计算机
（3）开编LabVIEW程序设置基参数采样频率f1000Hz采样点数N1采样通道第0通道
（4）运行程序通图16通LabVIEW程序控制处理采集信号拟合曲线报警位移值窗口中直观反映出
图16 程序前面板
5 结进步设想
根实验结果进行分析次课程设计完成定求差动变压器输出电压稳定采集数稳定考虑通滤波电路数达稳定
参考文献
[1] 侯国屏 王坤 叶齐鑫 LabVIEW71编程虚拟仪器设计 电子工业出版社2003年
[2] 程学庆房晓溪韩薪莘张健编著 蒲云郝文化审校 LabVIEW图形化编程实例应 中国铁道出版社2005年
[3] 石博强赵德永李畅编著 LabVIEW61编程技术实教程 中国铁道出版社2002年
[4] 汪敏生等译 LabVIEW基础教程 电子工业出版社2002年
[5] 郭会军赵阳贾惠芹编著 基LABVIEW虚拟仪器设计 电子工业出版社2003年
[6] （美）Gary W Johnson Richard Jennings编著 LABVIEW图形编程 北京学出版社2002年
[7] 禹延光 激光混合干涉理位移测量方法研究 哈尔滨工业学
[8] 陈敏汤晓安 虚拟仪器开发环境LabVIEW数采集 计算机工程设计第22卷第5期2001年10月
课设体会
通次课程设计解虚拟仪器常采总线仪器模块构建计算机方便直接通总线控制仪器模块实现动测试提供方便虚拟仪器系统动测试系统测试工作计算机控制动完成样提高测试工作效率
编程应中计算机软件认识充分遇问题基础知识掌握充分前学课生硬知识等结合实际时候难免会出现样者样问题LabvIEW软件编程功相强前学浅显表面知识课设程中需动手查阅种资料学老师帮助解决遇难题增强动手动脑联系实际力仅仅局限书面更广阔知识海洋
文工作XX老师悉心指导完成文理解整体布局渗透着老师心血老师帮助快完成次课设感谢课程设计期间予关心指导老师位学遇困难时私帮助教会遇困难时候样面样解决
谢谢老师学帮助
附录1 元件清单
元件名称
型号
数量
传感器实验仪
CSY—998
1台
导线
——
干
数采集卡
NI6024E
1
电脑
——
1台
附录2 软件原理图
附录3 硬件原理图
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