基于虚拟仪器的微位移测量系统的研制

摘  要

虚拟仪器是二十世纪八十年代中期出现的一种新型的仪器模式。它以计算机硬件为平台，由传感器、模块化硬件接口卡以及测量软件库构成虚实并存的测量系统，是仪器智能化、集成化、远程化以及测控一体化设计的典型范例。目前，用于电量测量的虚拟仪器已极为普遍，然而，用于非电量测量的虚拟仪器相对较少，特别是在几何量测量领域，其虚拟仪器则几乎没有见到。为此，我们对位移量测量仪器的虚拟化进行了研究，并制作了一套虚拟电感测微仪。

本论文首先阐述了课题的目的和意义，分析了国内外对虚拟仪器的研究状况。然后，对差动电感传感器的工作原理做了详细的分析，并在此基础上设计了用于虚拟电感测微仪的信号处理板、A/D卡以及测量软件。

实验结果表明：在200m、150m、100m、50m范围内，仪器的绝对线性度误差分别为0.62m、0.30m、0.28m和0.16m，相对线性度误差分别为1.6‰、0.9‰、1.5‰和1.6‰。仪器的示值分散度为0.16m，标准偏差为0.09m。本仪器已基本达到设计要求，具有较大的测量范围和高分辨率以及很好的精密度，具备实用及推广价值。

关键词：虚拟仪器  位移测量  电感式传感器

目 录

1  绪论 2

1.1研制虚拟仪器的意义 2

1.2虚拟仪器的研究现状 3

1.3课题来源及主要研究工作 3

2  微位移测量系统的电路设计与分析 4

2.1总体方案设计 4

2.1.1设计原理和原理框图 4

2.1.2电感传感器工作原理 5

2.2前置处理电路的设计与分析 6

2.2.1  激励电源的设计与分析 6

2.2.2电阻—电感测量电桥的构成与分析 7

2.2.3震荡器的设计与分析 8

2.2.4相敏检波电路的设计与分析 8

2.2.5带通滤波电路的设计与分析 9

2.3  A/D转换电路的设计与数据采集 11

2.3.1  A/D转换 11

2.3.2 数据的传输与采集 13

2.4减少误差的设计和分析 14

2.4.1系统的抗干扰设计 14

2.4.2.随机误差的消除 15

2.4.3.系统误差的处理 15

2.5元器件选择，电路图 16

2.5.1.元器件的选择 16

2.5.2电路图 16

2.6 虚拟微位移测量系统的软件设计 17

2.7本章小结 18

3  总结 19

致谢 20