激光三角位移传感器信号采集系统设计

第５期

机械设计与制造

２０１２牟５月

Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ

Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ

文章编号：ｌＯＯｔ一３９９７（２０１２）０５４）２２５—０３

激光三角位移传感器信号采集系统设计

于雷１，２刘薇娜２吴海红３

（１长春工程学院机电工程学院，长春１３００１２）（２长春理工大学机电工程学院，长春１３００２２）

（３中国船舶工业集团公司第六三五四研究所，九江３３２０００）

Ｄｅｓｉｇｎｆｏｒｓｉｇｎａｌａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｏｆｌａｓｅｒａｎｇｕｌａｒｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ

ｓｅｎｓｏｒ

ＹＵＬｅｉｌ，２ＬＩＵＷｅｉ—ｎａ２，ＷＵＨａｉ—ｈｏｎ矿

（１ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ。ＣｈａｎｇｃｈｕｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００１２，Ｃｈｉｎａ）

（２ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｅｈａｔｒｏｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．ＣｈａｎｇｃｈｕｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００２２，Ｃｈｉｎａ）

（３ＣｈｉｎａＳｈｉｐｂａｉｌｄｉｎｇＩｎｄｕｓｔｒｙＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎＳｉｘＴｈｒｅｅＦｒｙｅＦｏｕｒＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｊｉｕｊｉａｎｇ３３２０００，Ｃｈｉｎａ）

【摘要】基于ＬａｂＶＩＥＷ虚拟仪器技术，使用ＬＫ－－Ｇ３１００激光位移传感器和阿尔泰ＰＣＩ２００５数据采集卡硬件，在ＬａｂＶｌＥＷ２００９软件开发平台上设计完成了模拟量信号采集系统。设计的信号采集系统实现了激光位移传感器的模拟量电压信号的采集和处理，将数据采集技术、网络通信和数据库管理技术集成在同一个控制系统之下，并且结构设计简单、通用性强、扩展便捷和数据传输效率高。有助于将本数据采集系统应用于不同测试装置。使得本数据采集系统具有很好的通用性，便于嵌入其他应用测试系统。

关键词：Ｌａｂｖｉｅｗ；虚拟仪器；激光位移传感器；信号采集；系统设计

【Ａｂｓｔｒａｃｔ】毋ｕｓｉｎｇ

ｔｈｅＬａｂＶｌＥＷｖｉｒｔｕａｌｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｄａｔａａｃｑｕｉｓｈｉｏｎ

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ｉｎｄｅｓｉｇｎ，ｓｔｒｏｎｇｃｏｍｍｏｎａｌｉｔｙ，ｃｏｎ—

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ｔｏｆａｃｉｌｉｔａｔｅｔｈｅｓｙｓｔｅｍｔｏｂｅ

ｅｍｂｅｄｄｅｄｉｎｔｏｔｈｅｏｔｈｅｒｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＬａｂＶＩＥＷ；Ｖｉｒｔｕａｌｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ；Ｌａｓｅｒｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓｅｎｓｏｒ；Ｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ；Ｓｙｓｔｅｍ

ｄｅｓｉｇｎ

中图分类号：ＴＨｌ６文献标识码：Ａ

１引言

２．１激光位移传感器

近年来。美国ＮＩ公司推出的ＬａｂＶＩＥＷ虚拟仪器技术，在研采用ＬＫ－Ｇ３１００激光位移传感器．如图２所示。其主要由激光究、检测和开发等众多领域中得到了广泛的应用。从较为简单的数源、聚焦透镜、成像透镜、探测器和信号处理控制器等组成，利用激据采集、仪器控制到检测系统设计和工业、国防的自动化技术，开发光三角法进行测量．具有测量速度快、精度高、抗干扰能力强、测量了许多应用成果和新产品。ＬａｂＶＩＥＷ虚拟仪器技术是以计算机为点小、操作简单、适用范围广等优点。激光位移传感器输出的信号为硬件平台核心，仪器硬件为辅助的测试测量方法。用户可设置定义（一ｌＯ叶ｌＯ）Ｖ的模拟电压信号，在用于测量距离和厚度的时候，模拟

虚拟仪器的功能，由其相关的ＬａｂＶＩＥＷ软件实现该功能，并在计电压值与测量的位移和厚度值是一对应的关系，即就是激光位移

算机Ｅ进行测量数据实时监测、存储和相关数据转换处理。

传感器输出的模拟电压值就是位移和厚度值。

２系统硬件结构

数据采集系统主要针对模拟电压信号的采集．并主要介绍本采集系统在激光位移传感器的输出的电压值的采集过程，采集系统的硬件结构图，如图ｌ所示。

图Ｉ采集系统硬件结构图

图避

２

ＬＫ－Ｇ３１００型激光位移传感器

★来稿日期：２０１ｌ—０７—２６

万方数据

于雷等：激光三角位移传感器信号采集系统设计

２．２数据采集卡

在采集系统中，主要采用了阿尔泰ＰＣＩ８０５３数据采集卡，如图３所示。以其使用便捷、性能稳定、性价比高的优点。ＰＣＩ２００５的Ａ／Ｄ转换精度为１６ｂｉｔ，量程为一ｌＯ－＋ｌＯＶ，采样频率为２５０ＫＨｚ，１６个单端采集通道和１６个Ｉ／Ｏ通道。

第５期

要就是完成好软件和数据采集卡之间的数据通信。ＬａｂＶＩＥＷ２００９软件中，采用ＤＬＬ动态调用库技术，完成对数据采集卡查询和调用。调用动态库函数的方法，如图６所示。

图６动态调用函数路径

在调用动态函数库后，可以实现对数据采集卡的打开、查询、停止和关闭。在对数据采集操作过程中，针对不同的动态函数，设置不同的参数，参数设置，如图７所示。

图３刚尔泰ＰＣＩ２００５数据采集卡

２．３工控机

工控机是一种在结构上加固和硬件上增强型的计算机，并可以作为一个工业控制器，保证测量装置在工业环境中连续不问断的可靠运行。比普通ｔ－ｔ＇算机，工控机的硬件资源充分，抗电磁干扰强、抗冲击及震动能力好的优点。本采集系统使用研华公司生产工控机型号ＩＰＣ．－６１０ＭＢ－Ｌ，如图４所示。在主板底板上共有９个ＩＳＡ总线插槽和４个ＰＣＩ总线插槽，用于各种ＰｃＩ外部设备连接，同时自带２５０瓦电源和前置风扇。

图７调用库函数设置

３＿２信号采集和处理

在信号采集整个过程中，借助动态调用库函数，实现数据采集卡的打开、设置、查询、采集和停止关闭。在ＰＣＩ８０５３中，数据采集有非空采集和半满采集两种查询方式。非空采集是指在ＰＣＩ８０５３卡查询其中只要有数据，就采集并输入到电脑缓存，并可输出作为存储在电脑硬盘中；半满采集是指ＰＣＩ８０５３采集卡在缓存查询中，

图４研华ＩＰＣ－６１０ＭＢ－Ｌ工控机

只有当数据量达到指定缓存的一半的时候．才会输入到电脑缓存．并可存储于电脑硬盘中。基于ＬａｂＶＩＥＷ虚拟仪器技术的信号采集

２．４驱动程序简介

数据采集卡的驱动方式，主要是内置式驱动。在将ＰＣＩ８０５３数据采集卡安装到计算机的ＰＣＩ插槽后，安装ＰＣＩ８０５３的专门驱动程序，为ＰＣＩ８０５３和ＬａｂＶＩＥＷ软件平台连接提供驱动程序函数，并在安装目录下，将所有的驱动接口函数置于ＰＣＩ８０５３．ｖｉ中。方便用户调用和开发。阿尔泰ＰＣＩ８０５３驱动程序安装在计算机上的界面。如图５所示。

程序设计，如图８所示。半满采集力式，如图９Ｊ｜！ｆｉ示。

图８信号采集程序流程图

图５阿尔泰ＰＣＩ８０５３驱动程序安装

３数据采集软件设计

３．１

ＬａｂＶｌＥＷ程序设计

在完成好数据采集卡安装和驱动程序安装后，采集程序主

图９信号半满采集程序图

万方数据

Ｎｏ．５Ｍａｖ．２０１２

机械设计与制造

的误差．同时并将接人的信号进行相关噪声滤波。位移传感器测量的被测物体的循环位移变化，得到的采集到的位移传感器的电压信号值，如图１３所示。并将其电压数据形成Ｅｘｃｅｌ文件输出，Ｅｘｃｅｌ表格，如图１４所示。

Ａ位移传感器电压值

厂、，，

遥馨

ｆ

、、、、ｌｔ／

０

２００

４００

６００

在对采集信号的处理中，主要采用ＬａｂＶＩＥＷ的信号处理模块，其调用方式，如图１０所示。数据信号处理模块中，通常我们会使用其中的滤波器和频谱分析等。在信号处理过程中．其中时域和频域信号转变、滤波，ＦＦｒ变化和相关频谱分析，他们都是信号处理中经常需要用到的．对于他们的处理效果是很好的。

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１６００

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１８００

２０４８

１０∞１２００时问

１４００

图１３采集电压值

图ｌＯ信号处理模块

３．３信号存储和报表

当采集到一组数据时。通常需要将其保存下来，便于数据之间的比对和分析，这就需要一个存储、读写波形的程序。在图１１所示数据存储函数调用中，主要是在ＬａｂＶｌＥＷ中对文件的输出存储和输入读取。可以将采样得到的时域或频域等信号数据，根据需要转换成ＬａｂＶＩＥＷ２００９Ｅｘｐｒｅｓｓ特有的波形文件或Ｅｘｃｅｌ文件等格式，存放在计算机的磁盘中，除此之外，还可以将除了将波形以图形的形式进行读写外，还利用ＬａｂＶＩＥＷ中的写入测量文件函数，将波形数据写入规格配制好的文件中，同时，也可以用ＬａｂＶＩＥＷ或者ｗｏｒｄ电子制表软件。打开这些数据文件。

一一

５结束语

－Ｉ厦嗣ｌ髻ａ

图１４传感器电压值表格

利用虚拟仪器开发系统ＬａｂＶＩＥｗ软件的系统集成技术，可

墨Ｉ；煞～善恩紫一一一

图１１数据存储调用函数路径

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以将数据采集技术、网络通信和数据库管理技术集成在同一个控

固团一盛瓤豳一¨符制系统之下，有助于将本数据采集系统应用于不同测试装置，使得基于ＬａｂＶＩＥＷ的数据采集系统具有很好的通用性，便于嵌入其他应用测试系统。

在ＬａｂＶＩＥＷ软件开发平台中，有很强大的报表生成功能。通过调用ＬａｂＶＩＥＷ中的报表生成函数函数，其函数路径调用。如图１２所示。可以设计好生成报表的子程序，在数据采集实验结束后，可生成并打印出一份完整实用的数据报表。另外ＬａｂＶＩＥＷ软件还提供了功能更加强大的ＲｅｐｏｒｔＧｅｎｅｒａｔｉｏｎＴｏｏｌｋｉｔ报表模块。

参考文献

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ｉｎ

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图１２报表函数调用路径

［７］Ｐｈａｄｋｅ．Ｍ．Ｓ；Ｗｕ．Ｓ．Ｍ．Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｐａｐｅｒｍａｋｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｆｒｏｍｃｌｏｓｅｄ

ｌｏｏｐｄａｔａｂｙｂｉｖａｒｉａｔｅ

ｔｉｍｅ

ｓｅｒｌｅｓ

４实验分析

将数据采集系统应用于位移传感器的信号采集，位移传感器输出的是在（一１０一＋１０）Ｖ的电压值范围，结合阿尔泰ＰＣＩ２００５数据采集卡，并信号连接采用双端接人方式，减少信号噪声带人

ａｎａｌｙｓｉｓ【Ｊ］．ＡｍｅｒｉｃａｎＳｏｃｉｅｔｙｏｆ

ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｓ，１９７６．

［８］Ｃｅｇｌａｒｅｋ．Ｄ；Ｓｈｉ。Ｊ；Ｗｕ．Ｓ．Ｍ．Ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ－ｂａｓｅｄｄｉａｇｎｏｓｔｉｃａｐｐｒｏａｃｈｆｏｒ

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ｐｒｏｅｅｅｓ［Ｊ】Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ

ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

万方数据

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激光三角位移传感器信号采集系统设计

作者：作者单位：

于雷， 刘薇娜， 吴海红， YU Lei， LIU Wei-na， WU Hai-hong

于雷,YU Lei(长春工程学院机电工程学院,长春130012;长春理工大学机电工程学院,长春130022)， 刘薇娜,LIU Wei-na(长春理工大学机电工程学院,长春,130022)， 吴海红,WUHai-hong(中国船舶工业集团公司第六三五四研究所,九江,332000)机械设计与制造

Machinery Design & Manufacture2012(5)2次

刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

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引用本文格式：于雷.刘薇娜.吴海红.YU Lei.LIU Wei-na.WU Hai-hong 激光三角位移传感器信号采集系统设计[期刊论文]-机械设计与制造 2012(5)