時(shí)間：2023-05-31 09:32:56
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇電容測(cè)量?jī)x，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
【關(guān)鍵詞】正交采樣；智能識(shí)別；在線測(cè)量；量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換
1.引言
在對(duì)電子元器件使用時(shí)，必須首先了解它的參數(shù)，電阻有阻值、電容有容值。這就要求能夠?qū)υ骷膮?shù)進(jìn)行精確的測(cè)量。電阻的阻值相對(duì)比較容易測(cè)量，用伏―安法就可以精確的測(cè)量出來。但是對(duì)電容的測(cè)量就比較麻煩了，最初人們還是通過萬用表來對(duì)電容值進(jìn)行估算，這種方法不但麻煩而且測(cè)量精度也比較低。隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件技術(shù)的快速發(fā)展及其在電子測(cè)量技術(shù)與儀器上的應(yīng)用，新的測(cè)試?yán)碚摗⑿碌臏y(cè)試方法、新的測(cè)試領(lǐng)域以及新的儀器結(jié)構(gòu)不斷涌現(xiàn)。人們對(duì)儀器的要求也在逐漸提高，本文設(shè)計(jì)了一款更智能化、體積更小、功能強(qiáng)大的便攜式RC測(cè)量?jī)x。
2.硬件電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
總體硬件電路主要包括四部分：正弦信號(hào)電路、前端控制電路、單片機(jī)控制電路、LCD顯示電路。
2.1 主控芯片
本系統(tǒng)采用PIC16F877單片機(jī)作為控制核心，PIC16F877單片機(jī)是PIC系列單片機(jī)的中級(jí)產(chǎn)品，采用RISC指令系統(tǒng)，一共只有35條單字指令，簡(jiǎn)單易用；工作速度快，可接收DC-20MHz時(shí)鐘輸入，指令周期可達(dá)到200ns；存貯空間大，具有高達(dá)8K字的FLASH程序存儲(chǔ)器和368字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。除此之外，它具有14個(gè)內(nèi)部/外部中斷源和8級(jí)硬件堆棧，便于編程；帶有片內(nèi)RC振蕩器的監(jiān)視定時(shí)器，保證其可靠工作；可根據(jù)不同需要選擇不同的振蕩器工作方式以減小功耗，同時(shí)在保持低價(jià)的前提下增加了A/D、內(nèi)部EEPROM存儲(chǔ)器、比較輸出、捕捉輸入、PWM輸出、SP1接口、異步串行通信（USART）接口、模擬電壓比較器、LCD驅(qū)動(dòng)等許多功能。
2.2 正弦信號(hào)電路設(shè)計(jì)
測(cè)量?jī)x是以正弦波做為測(cè)量信號(hào)供單片機(jī)進(jìn)行正交采樣，正弦波的頻率直接影響到測(cè)量的精度，要求正弦波頻率精度高，并且頻譜純度和穩(wěn)定度也要高。因此本系統(tǒng)采用DDS合成芯片AD9850來產(chǎn)生正弦波。AD9850是美國AD公司生產(chǎn)的高集成度的DDS合成芯片。它采用32位相位累加器，截?cái)喑?4位，輸入正弦查詢表，查詢表輸出截?cái)喑?0位，輸入到DAC。DAC輸出兩個(gè)互補(bǔ)的模擬電流，接到濾波器上。但是AD9850直接產(chǎn)生的信號(hào)幅度只有2V左右，而且是單極性的。而測(cè)試的時(shí)候需要的是雙極性的正弦信號(hào)，因此DDS輸出的信號(hào)還要經(jīng)過隔直和放大。AD9850輸出的信號(hào)經(jīng)過RC高通濾波器，將直流分量濾除，輸出交流信號(hào)，再經(jīng)放大器放大，電壓跟隨，輸出幅度適當(dāng)、帶載能力較強(qiáng)的信號(hào)源。電路如圖1所示。
2.3 前端電路模塊
前端電路主要是實(shí)現(xiàn)量程電阻的切換，增益控制。本方案采用電阻分壓法，量程電阻與待測(cè)元件進(jìn)行分壓，再由單片機(jī)控制模擬開關(guān)分別選通量程電阻和待測(cè)元件的信號(hào)通道，將它們分壓所得到的信號(hào)分別送入差分式放大電路。將由差分式放大電路出來的正弦波經(jīng)過電位提升電路后，再由單片機(jī)采集，在此過程中，量程電阻的自動(dòng)切換，以及減小模擬開關(guān)對(duì)測(cè)試過程帶來的誤差是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。前端電路是影響系統(tǒng)測(cè)量范圍和測(cè)量精度的關(guān)鍵。
圖3 軟件流程圖
2.3.1 量程電阻選擇方案設(shè)計(jì)
量程電阻R的切換是通過單片機(jī)控制模擬開關(guān)CD4052來實(shí)現(xiàn)。模擬開關(guān)存在導(dǎo)通電阻和漏電流，如果太大會(huì)對(duì)測(cè)試精度產(chǎn)生很大影響。當(dāng)RS+Zx較小時(shí)，模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻就不可忽略。因此消除導(dǎo)通電阻對(duì)電路的影響十分重要。通過實(shí)驗(yàn)，采用如圖2所示的原理電路。圖2中選用4X2的模擬開關(guān)，Ron（1，2，3，4）、Ron（1，2，3，4）是模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻；Rs（1，2，3，4）為標(biāo)準(zhǔn)電阻；Z為被測(cè)元件。采用該電路減小了導(dǎo)通電阻對(duì)測(cè)試精度的影響。
2.3.2 增益控制
在測(cè)量時(shí)，如果由于某種原因使得正弦信號(hào)幅度變小，那么在分壓的時(shí)候就有可能出現(xiàn)某個(gè)元件分壓得到的信號(hào)非常微小的情況。由于單片機(jī)可以對(duì)0―5V的模擬信號(hào)進(jìn)行8位的A/D轉(zhuǎn)換，所以A/D轉(zhuǎn)換的精度可以算得為5/256=0.02V，也就是說如果信號(hào)過于微小而低于0.02V時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換就會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)換誤差，所以我們需要對(duì)增益進(jìn)行控制，以使測(cè)量?jī)x在正弦信號(hào)的幅度變化時(shí)依然能正常工作。
增益控制電路如圖2所示，經(jīng)過分壓后的信號(hào)都會(huì)送入一個(gè)由集成運(yùn)放所構(gòu)成的差分式放大電路。因?yàn)椴罘质椒糯箅娐肥菍?duì)兩個(gè)輸入端之間的差值進(jìn)行放大，而且對(duì)干擾信號(hào)輸入的共模信號(hào)有很強(qiáng)的抑制作用，所以使用其做為放大電路可以有效的提高測(cè)量精度和測(cè)量?jī)x的抗干擾性。
2.4 電位提升電路
本次設(shè)計(jì)采用的是PIC的ADC模塊實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的數(shù)據(jù)采集，并選擇了電源電壓（5V）作為參考基準(zhǔn)電壓，所以單片機(jī)只能夠正確采集0到5伏之間的電壓，而正弦波輸入的是一個(gè)交流信號(hào)，在負(fù)半周期是負(fù)電位，使得單片機(jī)不能正確的采樣，所以在將信號(hào)送入單片機(jī)以前需要對(duì)交流信號(hào)進(jìn)行電位提升，使整個(gè)正弦信號(hào)任意時(shí)刻的電位都大于或等于0，電位提升電路。
將輸入信號(hào)通過一個(gè)放大倍數(shù)為1的集成運(yùn)放，在運(yùn)放的信號(hào)輸入腳3上由R1和R3提供一個(gè)直流電位，通過改變R1的阻值將直流電位調(diào)節(jié)到的2.5V，這樣正弦信號(hào)就可以調(diào)節(jié)到如圖2所示的形狀，再供給單片機(jī)采樣。
單片機(jī)采樣經(jīng)過電位提升以后的信號(hào)所得到的值并不能直接進(jìn)行計(jì)算，而還需要將這些值減掉2.5V的直流電位才可以計(jì)算。
2.5 LCD顯示電路
顯示電路選用的是LCD模塊RC1602，液晶顯示模塊主要由點(diǎn)陣式液晶顯示屏（LCD）、微控制器、驅(qū)動(dòng)電路三部分組成。電路如圖1所示。
3.軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
根據(jù)各部分功能要求，整個(gè)系統(tǒng)的軟件程序由初始化程序，量程電阻選擇程序，AD轉(zhuǎn)換程序，增益控制程序，數(shù)據(jù)處理程序，ASII碼轉(zhuǎn)換程序以及顯示程序等子程序組成。最后調(diào)用各模塊，將它們聯(lián)系起來，形成一個(gè)有機(jī)的整體，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的全部管理功能。以上面所述的思路為基礎(chǔ)，通過研究最后得到整個(gè)軟件程序設(shè)計(jì)的流程圖，如圖3所示。
4.結(jié)語
本測(cè)量?jī)x能自動(dòng)的識(shí)別出待測(cè)元件是電阻還是電容。由單片機(jī)控制根據(jù)待測(cè)元件電抗值的大小自動(dòng)轉(zhuǎn)換到合適的基準(zhǔn)電阻檔位，以實(shí)現(xiàn)量程的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。解決了舊的測(cè)量?jī)x器在測(cè)量前需要人工判斷待測(cè)元件參數(shù)范圍，然后再手動(dòng)的選擇合適量程檔位的弊端。
參考文獻(xiàn)
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作者簡(jiǎn)介：
1 萬用表改裝
1.1 簡(jiǎn)介
萬用表又叫多用表、三用表、復(fù)用表，分為指針式萬用表和數(shù)字萬用表。萬用表是一種多功能、多量程的測(cè)量?jī)x表，一般萬用表除了可測(cè)量直流電流、直流電壓、交流電壓、電阻和音頻電平等，有的還可以測(cè)交流電流、電容量、電感量及半導(dǎo)體的一些參數(shù)，甚至用來檢測(cè)元器件的好壞、電路的通斷等問題。萬用表具有用途廣泛、操作簡(jiǎn)便、便于攜帶、價(jià)格優(yōu)廉等優(yōu)點(diǎn)。萬用表由表頭、測(cè)量電路及轉(zhuǎn)換開關(guān)等3個(gè)主要部分組成。
1.2 使用中存在的問題
大家都知道萬用表的表筆是針式筆頭，測(cè)量時(shí)需要用手握住，實(shí)驗(yàn)時(shí)既要觀察數(shù)據(jù)，又要操作其他儀器設(shè)備，有時(shí)真希望能有“第三只手”來應(yīng)急。兩只表筆對(duì)于初學(xué)者要熟練使用是不可能的。實(shí)訓(xùn)中由于表筆針頭的不適用，給學(xué)生操作帶來很大不便，所以在實(shí)訓(xùn)中經(jīng)常會(huì)聽到萬用表的蜂鳴端響起，甚至測(cè)量過程中會(huì)看見火花出現(xiàn)。還有萬用表的表筆引線容易損壞，在實(shí)訓(xùn)室會(huì)經(jīng)常見到萬用表的筆頭掉落。尤其是寒冷的季節(jié)，表棒引線橡膠僵硬，手感差，引線更容易松動(dòng)、斷裂、脫落。所以，可以從表筆引線長(zhǎng)短，表筆筆頭的長(zhǎng)短、粗細(xì)、形狀進(jìn)行改裝。如此既可以方便學(xué)生操作，又可以節(jié)約成本。
1.3 具體改裝過程
1）表筆引線的改裝。防引線折斷、斷裂的改裝：在萬用表的表筆筆線套上塑料管；也可以將整個(gè)表筆引線用線芯是多股銅絲的連線替換，銅絲不易折斷，柔韌性極好，只需將其分別與表棒和插頭部分焊接在一起，改裝即可完成使用。
2）表筆筆頭改裝。
①改裝成鱷魚夾式。將紅、黑表筆原有針式取下，換成鱷魚夾，用焊錫焊接牢固。這樣既方便又牢固地夾持在被測(cè)點(diǎn)上，操作人員可以騰出手來調(diào)試、觀察其他儀器儀表、記錄數(shù)據(jù)等。
②筆頭加長(zhǎng)改裝。萬用表筆頭都較短，測(cè)量時(shí)兩筆頭容易碰觸在一起，很不安全。可以把萬用表的筆頭用銼刀將一側(cè)面挫平，取一根縫衣機(jī)針或注射器針頭（有一面是平面），把兩平面對(duì)齊用細(xì)銅絲一圈一圈地纏繞，然后再用焊錫進(jìn)行焊接。焊接要牢固可靠，銅絲不可太粗，避免測(cè)量誤差增加。改裝時(shí)，針的長(zhǎng)短可以根據(jù)測(cè)量需要任意截取。如此改裝后，可以給某些測(cè)量帶來很大便利，比如測(cè)三極管的管型、管腳就不會(huì)出現(xiàn)不小心兩表筆短接的現(xiàn)象。
③巧改數(shù)字萬用表電容插座。數(shù)字萬用表能測(cè)量1 pF～20 μF電容器，但因各種電容器的引腳大小不一，形狀不同，無法正常測(cè)量。可以對(duì)其引腳進(jìn)行改裝：取一塊厚約1毫米左右的鍍銅板，裁成一個(gè)和電容測(cè)量孔形狀相反的圖形，再焊上鱷魚夾的短引線。使用時(shí)，將其插入電容測(cè)量孔中，再用鱷魚夾夾住待測(cè)電容器的引腳即可進(jìn)行測(cè)量。這樣，不論什么形狀、不論引腳粗細(xì)的電容器，就都可以測(cè)量了。
2 電表的改裝
2.1 使用中存在問題
在中職學(xué)校的電子技術(shù)應(yīng)用、制冷、電工等類專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，電流表和電壓表作為一個(gè)電學(xué)教學(xué)中的基本測(cè)量?jī)x表經(jīng)常被用到，由于電流表的量程一般是很小的，大約是幾十微安到幾毫安，不能測(cè)量較大的電流，因此有必要將它改裝成大量程的電流表。電流表還可以用來測(cè)量電壓，但是由于電流表的內(nèi)阻較小（約為幾百歐姆到幾千歐姆），所能測(cè)量的電壓不高，多數(shù)中職學(xué)校常見的只有3 V和6 V的電壓表，0.3 A和0.6 A的電流表。實(shí)訓(xùn)室里的電壓表、電流表數(shù)量有限，而且對(duì)于有些實(shí)驗(yàn)是不能使用的，所以必須對(duì)測(cè)量?jī)x表進(jìn)行改裝，并教會(huì)學(xué)生對(duì)電表進(jìn)行改裝。
2.2 具體改裝過程
1）電壓表的改裝。電壓表的改裝原理：要將滿偏電流為Ig、內(nèi)阻為Rg的電流表改裝成量程為U的電壓表，由于串聯(lián)電路具有分壓作用，只需將分壓電阻R和表頭串聯(lián)即可，通常R會(huì)很大，電路如圖1所示。
2）電流表改裝。電流表的改裝原理：要將滿偏電流為Ig、內(nèi)阻為Rg的電流表改裝成量程為I的電流表，由于并聯(lián)電路具有分流作用，只需將分流電阻和表頭并聯(lián)即可，通常R會(huì)比較小，電路如圖2所示。
通過以上這些小小的改裝，不僅可以提高教師的動(dòng)手實(shí)踐能力、分析和解決問題的能力，還可以方便實(shí)驗(yàn)操作和節(jié)約實(shí)訓(xùn)成本。同時(shí)也給學(xué)生樹立榜樣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，作為中職學(xué)校的教師，應(yīng)該注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、動(dòng)手實(shí)踐能力，提高學(xué)生的素質(zhì)。
參考文獻(xiàn)
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出入共地型全截止網(wǎng)絡(luò)(申請(qǐng)?zhí)?00510098366 8)發(fā)明專利是一種特定的電路，屬四端網(wǎng)絡(luò)(如圖所示)，圖中ZO是一個(gè)可以任意給定的阻抗，稱為“被測(cè)阻抗”，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部包含有一個(gè)可調(diào)元件。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)具有下述的特性它不論作正向或反向傳輸，其輸出電壓在任何頻率，任何負(fù)載下恒等于零，即圖中之u2(ω，Z)；0。在實(shí)用中，考慮到網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部分布參數(shù)的影響，只需在很寬的波段內(nèi)，輸出電壓接近于零(等于最小值)，即認(rèn)為符合要求。
這一特性乃是無線電電子學(xué)界夢(mèng)寐以求而又無法解決的世界性技術(shù)難題，今天卻在本發(fā)明中奇跡般實(shí)現(xiàn)了。在現(xiàn)有技術(shù)中，除交流電橋外，并無其他類似的東西可以與本發(fā)明相對(duì)比，交流電橋是屬于“平衡型全截止網(wǎng)絡(luò)”
(注意兩者的名稱只差一個(gè)“不”字)，它的致命弱點(diǎn)是輸入與輸出無公共端，在測(cè)量過程中，雜散電容、人體感應(yīng)電場(chǎng)以及其他各種外界因素及其微小變化，都會(huì)影響測(cè)量結(jié)果，所以，使用極不方便，而且準(zhǔn)確度和可靠性都很差，這就注定了它在高頻領(lǐng)域中無法使用。本發(fā)明主要是為消除這一弊病而設(shè)，能把任何外界因素的影響完全排斥在“被測(cè)參數(shù)”這個(gè)范疇之外，確保測(cè)量結(jié)果的絕對(duì)真實(shí)性，是真正理想的“調(diào)零式測(cè)量網(wǎng)絡(luò)”，另外，假如用復(fù)雜的邏輯電路獲得與本發(fā)明相同之功能，則其傳遞訊號(hào)之延時(shí)值必然比本發(fā)明大許多倍而為不可取，這一點(diǎn)，在自動(dòng)控制技術(shù)、遙測(cè)遙控技術(shù)中是極其可貴的。
產(chǎn)品用途及其先進(jìn)性
本發(fā)明在實(shí)際技術(shù)中之應(yīng)用，可分三大類說明如下
(1)用于長(zhǎng)、中波強(qiáng)力發(fā)射臺(tái)的輸出級(jí)，作為“消反饋網(wǎng)絡(luò)”使用，藉以取代其原有的“中和電路”，從而在很寬的波段內(nèi)保障放大器的工作穩(wěn)定性，并革除了現(xiàn)有的單端放大中和電路不能在很寬的波段內(nèi)獲得最高槽路效率的缺陷。射頻單端功率放大器如不與本網(wǎng)絡(luò)相配合，就不是完善的放大器。
(2)用以取代現(xiàn)有的交流電橋和Q表(包括現(xiàn)今流行的“數(shù)字式電橋R、L、C測(cè)量?jī)x”)，制成不受雜散電容、人體感應(yīng)電場(chǎng)以及其他外界因素之影響的、真正理想的“多功能、元件參數(shù)測(cè)量?jī)x”，能準(zhǔn)確地測(cè)出阻、感、容原件的R、L、c、Q、tgδ。這種儀器最好是配合智能電路，制成數(shù)字式儀表。
(3)與傳感器件相配合，制成各種不同用途的特種參數(shù)測(cè)量?jī)x，進(jìn)行各種物理量、化學(xué)量、生物量之精確測(cè)量或快速檢測(cè)，或者制成各種類型的自動(dòng)控制裝置。在這個(gè)項(xiàng)目下，應(yīng)用范圍非常廣泛，它能闖入性質(zhì)截然不同的許多技術(shù)領(lǐng)域，制造出許多不同類型的新產(chǎn)品。
產(chǎn)品試制階段所需之技術(shù)及基本設(shè)備
本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，在試制階段中所需之技術(shù)，都是現(xiàn)有的成熟技術(shù)，用到的設(shè)備都是常用的機(jī)械設(shè)備、電子儀器和簡(jiǎn)單的工，夾具。對(duì)于實(shí)施本專利的企業(yè)或廠家來說，只需向外廠訂貨或協(xié)作加工即可，實(shí)施本專利是十分容易的，成本又低。本專利品的制造屬于小耗材、小能耗產(chǎn)業(yè)，而且整個(gè)生產(chǎn)過程都對(duì)環(huán)境無污染。
產(chǎn)品銷售對(duì)象
1 消反饋網(wǎng)絡(luò) 這類產(chǎn)品的銷售對(duì)象有無線電發(fā)訊臺(tái)、廣播電臺(tái)、通訊器材設(shè)備廠、廣播器材設(shè)備廠等。由于這類產(chǎn)品銷路較為狹窄，所以，在開發(fā)前期可以暫不考慮。
2 元件參數(shù)測(cè)量?jī)x 科研機(jī)構(gòu)、高等學(xué)校和中等專業(yè)學(xué)校的無線電、電子類實(shí)驗(yàn)室，以及電子儀器廠、無線電元件廠等，都必須經(jīng)常使用這類產(chǎn)品。
3 非電參數(shù)測(cè)量?jī)x及自動(dòng)控制系統(tǒng)這類產(chǎn)品的銷售對(duì)象極為廣泛，需視測(cè)量對(duì)象及產(chǎn)品類型而定，海關(guān)、碼頭、火車站，飛機(jī)場(chǎng)、工廠、礦山、水電站，氣象站、地震預(yù)報(bào)站、農(nóng)場(chǎng)、糧倉、種子庫，探礦部門、環(huán)保機(jī)構(gòu)，醫(yī)療機(jī)構(gòu)，科研機(jī)構(gòu)等等，都有可能是本專利品的銷售對(duì)象。
綜上所述，可見本發(fā)明能在測(cè)量技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域中引發(fā)一場(chǎng)促使產(chǎn)品更新?lián)Q代的變革，開發(fā)者如能抓緊時(shí)機(jī)，以最快速度實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，則其市場(chǎng)前景將是不可限量的、十分誘人的。
產(chǎn)品成本與經(jīng)濟(jì)效益
一件“出入共地型全截止網(wǎng)絡(luò)”的材料費(fèi)不超過100元。開發(fā)本市場(chǎng)所需之投資額約為500萬-800萬元。
聯(lián)系人：余本立
關(guān)鍵詞:AT89S52;A/D采樣;TLC2543;EEPROM數(shù)據(jù)保存;RS485;通訊輸出
中圖分類號(hào):TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1009-3044(2009)15-4072-03
AT89S52 Measuring Instruments in the Multi-application
JING Yao-feng, JIA You-qun
(Suzhou Industrial Park Kejia Automation Co.,Ltd.,Suzhou 215001,China)
Abstract: AT89S52 introduced in the multi-purpose measuring instruments in use,but also introduced the AT89S52 and A/D sampling chip TLC2543,and EEPROM chip,and RS485 communication between the MAX487 chip applications.
Key words: AT89S52;A/Dsampling;TLC2543;EEPROM;data retention;RS485;communication output
1 引言
隨著電子技術(shù)、通訊技術(shù)的更深一步發(fā)展,就出現(xiàn)了近兩年市面上被大家廣泛推廣的多功能測(cè)量?jī)x表。多功能測(cè)量?jī)x表在硬件平臺(tái)上采用了DSP或者單片機(jī)的處理單元,實(shí)現(xiàn)了單個(gè)表計(jì)測(cè)量全電量電參數(shù)。如一臺(tái)全電量的智能配電儀表可以測(cè)量: 單相和三相電流、電壓、有功功率、無功功率、頻率、功率因數(shù)、有功電度、無功電度等。同時(shí)在測(cè)量功能增大的情況下,融入了通訊功能,通過通訊方式可以將測(cè)量的電氣參數(shù)傳送給監(jiān)控中心,以便構(gòu)成配電自動(dòng)化監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)或者完成抄表系統(tǒng)。常見的通訊方式有RS485、Profibus等。本設(shè)計(jì)就是采用89S52單片機(jī)設(shè)計(jì)的多功能測(cè)量?jī)x表,其中儀表功能方面有,A/D數(shù)據(jù)采集、EEPROM數(shù)據(jù)保存、LED數(shù)碼顯示、RS485通訊功能(如框圖1)等;下面我們對(duì)這幾部分功能逐個(gè)介紹給大家。
2 A/D數(shù)據(jù)采樣
本次采用的A/D 芯片是TI公司的TLC2543,該芯片是12位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器,使用開關(guān)電容逐次逼近技術(shù)完成A/D轉(zhuǎn)換過程。由于89S52本身I/O資源不是很豐富,所以采用串行輸入結(jié)構(gòu),可以節(jié)省單片機(jī)很多I/O資源。此外TLC2543還有以下特點(diǎn):
1)12位分辯率A/D轉(zhuǎn)換器;
2)在工作溫度范圍內(nèi)10μs轉(zhuǎn)換時(shí)間;
3)11個(gè)模擬輸入通道;
4)3路內(nèi)置自測(cè)試方式;
5)采樣率為66kbps;
6)線性誤差±1LSBmax;
7)有轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出EOC;
8)具有單、雙極性輸出;
9)可編程的MSB或LSB前導(dǎo);
10)可編程輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度
硬件接口見圖2。
在設(shè)計(jì)制作時(shí)要注意如下三個(gè)問題:
1)電源去耦
當(dāng)使用TLC2543這種12位A/D器件時(shí),每個(gè)模擬IC的電源端必須用一個(gè)0.1μF的陶瓷電容連接到地,用作去耦電容。在噪聲影響較大的環(huán)境中,建議每個(gè)電源和陶瓷電容端并一個(gè)10μF的鉭電容,這樣能夠減小噪聲的影響。
2)接地
對(duì)模擬器件和數(shù)字器件,電源的地線回路必須分開,以防止數(shù)字部分的噪聲電流通過模擬地回路引入,產(chǎn)生噪聲電壓,從而對(duì)模擬信號(hào)產(chǎn)生干擾。所有的地線回路都有一定的阻抗,因此地線要盡可能寬或用地線平面,以減小阻抗,連線應(yīng)當(dāng)盡可能短,如果使用開關(guān)電源,則開關(guān)電源要遠(yuǎn)離模擬器件。
3)電路板布線
使用TLC2543時(shí)一定要注意電路板的布線,電路板的布線要確保數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)隔開,模擬線和數(shù)字線特別是時(shí)鐘信號(hào)線不能互相平行,也不能在TLC2543芯片下面布數(shù)字信號(hào)線。
軟件:
AD12:NOP
NOP
NOP
CLR P1.1
開始一個(gè)工作周期
MOV DPTR,#0FBFFH
MOV A,#0FDH
MOVX@DPTR,A
MOVA,R1
SWAPA
MOV R2, #08H
AD1: MOV C,P1.3
RLC A
MOV P1.0,C
SETB P1.1
CLRP1.1
DJNZ R2,AD1
MOV @R0,A
MOV A,R1
SWAP A
MOV R2, #04H
AD2: MOV C,P1.3
RLC A
MOV P1.0,C
SETB P1.1
CLR P1.1
DJNZ R2,AD2
INC R0
MOV @R0,A
MOV DPTR,#0FBFFH
MOV A,#0FFH
MOVX@DPTR,A
RET
3 EEPROM數(shù)據(jù)保存
本次采用的串行EEPROM是ATMEL公司的AT24C02,又稱I2C總線式串行器件。由于AT24C02占用的資源和I/O線少,而且體積很小,同時(shí)具有工作電源寬、抗干擾能力強(qiáng)、功耗低、數(shù)據(jù)不易丟失和支持在線編程等特點(diǎn),所以在許多的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面得到使用。
I2C總線是一種用于IC器件之間連接的二線制總線。它通過SDA(串行數(shù)據(jù)線)及SCL(串行時(shí)鐘線)兩根線在連到總線上的器件之間傳送信息,并根據(jù)地址識(shí)別每個(gè)器件。
硬件接口見圖3。
軟件:
;START_IIC
;SEND_BYTE
;STOP_IIC
Write:LCALL INI_DATA_1
LCALL START_IIC
MOVA,#10100000B
LCALL SEND_BYTE
JC NO_ASK
MOVA,#00H
LCALL SEND_BYTE
JC NO_ASK
MOV R7,#08H
MOV R1,#30H
SEND_BYTE_LOOP: MOV A,@R1
LCALL SEND_BYTE
JC NO_ASK
INC R1
DJNZ R7,SEND_BYTE_LOOP
LCALL STOP_IIC
RET
4 LED顯示
儀表采集出來的數(shù)據(jù),經(jīng)過運(yùn)算和處理后,通過LED數(shù)碼管直觀的顯示出來,這是很多現(xiàn)場(chǎng)儀表都具備的。因此LED顯示技術(shù)已經(jīng)是大家比較熟悉的技術(shù),此處設(shè)計(jì)采用8155擴(kuò)展I/O資源,來驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管顯示,因此就不做詳細(xì)說明。
5 通訊輸出
本項(xiàng)目?jī)x表設(shè)計(jì)采用Modbus通訊規(guī)約,以便于和其他工業(yè)產(chǎn)品之間互相通訊。設(shè)計(jì)連接如圖4,在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中,有以下兩個(gè)問題需要特別注意。
485芯片DE控制端的設(shè)計(jì):
由于應(yīng)用系統(tǒng)中,主機(jī)與子機(jī)相隔較遠(yuǎn),通信線路的總長(zhǎng)度往往超數(shù)百米,而子機(jī)系 統(tǒng)上電或復(fù)位又常常不能同步。如果在此時(shí)某個(gè)MAX487的DE端電位為“1”,那么它的485總線輸出將會(huì)處于發(fā)送狀態(tài),也就是占用了通信總線,這樣其它的子機(jī)就無法與主機(jī)進(jìn)行通信。這種情況尤其表現(xiàn)在某個(gè)分機(jī)出現(xiàn)異常情況下(如死機(jī)),會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)通信崩潰。因此在電路設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)保證系統(tǒng)上電復(fù)位時(shí)MAX487的DE端電位為“0”。由于89S52在復(fù)位期間,I/O口輸出高電平,上圖電路的設(shè)計(jì)可以有效地解決復(fù)位期間子機(jī)吊死整個(gè)系統(tǒng)的的問題。
485總線輸出電路部分的設(shè)計(jì):
考慮到輸出電路的上的各種干擾及線路特性阻抗的匹配的問題,所以485總線的傳輸端一定要加有保護(hù)措施。由于工業(yè)環(huán)境的復(fù)雜性,可能存在各種干擾源或浪涌電壓,所以在電路設(shè)計(jì)中采用穩(wěn)壓管D1、D2組成的吸收回路,來保護(hù)485總線。
考慮到線路的特殊情況(如某一臺(tái)子機(jī)的485芯片被擊穿短路),為防止總線中其它分機(jī)的通信受到影響,在MAX487的485信號(hào)輸出端串聯(lián)了兩個(gè)20Ω的電阻R18、R19。這樣本機(jī)的硬件故障就不會(huì)使整個(gè)總線的通信受到影響。
在應(yīng)用系統(tǒng)工程的現(xiàn)場(chǎng)施工中,由于通信載體是雙絞線,它的特性阻抗為120Ω左右,
所以線路設(shè)計(jì)時(shí),在RS-485網(wǎng)絡(luò)傳輸線的始端和末端各應(yīng)接1只120Ω的匹配電阻R30,以減少線路上傳輸信號(hào)的反射。
6 總結(jié)
AT89S52芯片這種低功耗、高性能的CMOS8位微控制器,與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。在單芯片上,擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash,使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。
參考文獻(xiàn):
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依照紡織纖維含水率和介電常數(shù)影響的關(guān)系，提出一些紡織纖維對(duì)于含水率測(cè)量比較快速的方法，應(yīng)用電容傳感器的信號(hào)逐漸轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)集成的芯片CAV424來構(gòu)成信號(hào)進(jìn)行電路的處理，并經(jīng)A/D單片機(jī)與采樣的處理，來測(cè)試出物料之中含水的數(shù)量；在測(cè)試的結(jié)果之中表明了，這種儀器可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測(cè)量方法，可以更好地將我國紡織企業(yè)纖維水分測(cè)試的技術(shù)進(jìn)行更新，有利于國內(nèi)紡織企業(yè)的有效發(fā)展。
關(guān)鍵詞：含水率；紡織纖維；測(cè)量方法
現(xiàn)在國內(nèi)外比較成熟纖維含水量測(cè)量的方法主要有直流電阻的測(cè)濕方法和烘箱法。其中烘箱法的測(cè)量結(jié)果比較穩(wěn)定、準(zhǔn)確，在我們國家這種方法被定為標(biāo)準(zhǔn)的仲裁檢驗(yàn)方法以及紡織企業(yè)質(zhì)量控制與檢驗(yàn)的方法；而直流電阻的測(cè)濕方法，優(yōu)點(diǎn)就是比較方便、快速，一般被紡織廠檢驗(yàn)室與棉花收購部門所應(yīng)用。但是，上述兩種方法依然存在著一定缺陷。烘箱法比較費(fèi)時(shí)耗能、不利于在生產(chǎn)的現(xiàn)場(chǎng)使用；而直流電阻的測(cè)濕方法卻因?yàn)槔w維直流電阻比較大，并且極板在直流電場(chǎng)之中非常容易極化等一些缺陷，導(dǎo)致了其測(cè)試的穩(wěn)定性較差、通用性較低、誤差較大等一些缺點(diǎn)。在本文之中是依照紡織纖維對(duì)于含水率測(cè)試的原理，應(yīng)用CAV424芯片設(shè)計(jì)的一種測(cè)試電路，這種電路有著靈敏度較高等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過試驗(yàn)表明，這種儀器能夠替代傳統(tǒng)的測(cè)量方式，用來更新國內(nèi)紡織企業(yè)纖維水分的測(cè)試技術(shù)，會(huì)更好地促進(jìn)我國紡織行業(yè)發(fā)展。
1 CAV424的測(cè)試原理
CAV424測(cè)試的原理一般是經(jīng)過外界的一個(gè)電容（COSC）和內(nèi)部來構(gòu)成能夠調(diào)試頻率的一種參數(shù)振蕩器，將兩構(gòu)造相互對(duì)稱的一種積分器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，同時(shí)讓這兩個(gè)構(gòu)造在相位和時(shí)間上同步（如圖1）。對(duì)于這被控制的兩個(gè)積分器，其振幅主要是電容CX2與CX1決定的，CX2表現(xiàn)的是被測(cè)電容，而CX1表示的是參考電容。一般CX2與CX1這兩種包括地端和輸入端所有的電容，而且其特性也相同，在這樣的環(huán)境發(fā)生變化的時(shí)候，芯片兩端會(huì)同時(shí)發(fā)生變化，而且差值不會(huì)變化。當(dāng)被測(cè)電容傳感器的電容變化時(shí)，因?yàn)榉e分器有著很好的分辨率，因此在對(duì)兩個(gè)振幅差值進(jìn)行比較的時(shí)候，會(huì)得出CX2與CX1相對(duì)的變化量，這個(gè)差值的信號(hào)會(huì)經(jīng)后級(jí)低通濾的濾波來達(dá)到可調(diào)增益差分的輸出級(jí)。
將振蕩器對(duì)外接振蕩器的電容COSC與其相關(guān)內(nèi)部的寄生電容以及外接的寄生電容充電，之后放電作為參考。振蕩器會(huì)取電容值約為COSC16倍的CX1。將振蕩器的電流IOSC讓參考的電壓VM與外接的電阻ROSC確定為IOSC等于VM除以ROSC作為參考。
圖1 CAV424原理框圖
兩個(gè)對(duì)稱的構(gòu)造內(nèi)置的電容式積分器作用原理和上述所參考的振蕩器類似。兩者的區(qū)別就是放電時(shí)間一般為充電時(shí)間的一半，另外，它放電的電壓一般被鉗制在了內(nèi)置固定電壓的VCLMP之上，在圖2之中顯示的是電容CX2與CX1電壓的信號(hào)。
圖2 兩個(gè)積分器的電壓輸出
2 對(duì)紡織纖維在含水率測(cè)量上電路的設(shè)計(jì)
2.1 對(duì)于含水率的測(cè)量原理與傳感器的設(shè)計(jì)
測(cè)量含水率的原理為：對(duì)于含水率有一定差別的紡織纖維，對(duì)應(yīng)介電常數(shù)也是不相同的，應(yīng)用紡織纖維的水介電常數(shù)在數(shù)值上差異的電物理特性，應(yīng)用變介電常數(shù)電容式傳感器的原理，可以讓被測(cè)的信號(hào)轉(zhuǎn)變成電容量方面的變化。之后經(jīng)CAV424的處理讓電容的信號(hào)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷旱男盘?hào)，再用A/D來采樣與單片機(jī)進(jìn)行有效的處理，就可以測(cè)試出纖維中含水的數(shù)量了。
為了能夠保證極板和纖維真實(shí)的接觸面積不發(fā)生變化，可以應(yīng)用彈簧加壓方法。因?yàn)閺椈蓮椥宰冃螘r(shí)，其壓力與變形度是成正比的。它的關(guān)系式是：
F=X*K
其中X是彈簧的變形，m；F是彈簧受到的壓力，N；K是彈簧彈性的系數(shù)，N/m。
所以，一旦每一次試驗(yàn)的時(shí)候質(zhì)量的試樣能夠保持相同，讓頂壓在基板上彈簧壓縮變形保持相同，就基本上能夠保證每一次試驗(yàn)的時(shí)候極板與纖維接觸面積一致。對(duì)于傳感器的極板加壓的原理和方式，如圖3。
圖3 傳感器極板加壓方式原理圖
依照上面的分析，設(shè)計(jì)制作之中選取的極板參數(shù)是：極板的面積100mm×235mm兩塊；極板的材料是鋼板鍍鉻，其中極板對(duì)于纖維壓力基本保持在大約31kPa，一旦纖維與電極的壓力達(dá)到定值之后，因?yàn)槔w維基本和極板充分接觸，一般極板壓力增加，對(duì)于纖維的阻抗值在影響上也不是很大，這個(gè)時(shí)候纖維的含水率數(shù)值會(huì)比較平穩(wěn)。
2.2 在CAV424基礎(chǔ)上電容電壓轉(zhuǎn)換的電路設(shè)計(jì)
在CAV424基礎(chǔ)上電容電壓轉(zhuǎn)換的電路圖，如圖4所示。
圖4 基于CAV424電容電壓轉(zhuǎn)換電路
在這之中RCX2與RCX1用作零點(diǎn)的調(diào)整，COSC作為參考振蕩器電容，CX2為被測(cè)電容，CX1為標(biāo)準(zhǔn)電容。而CL1與CL2決定的是低通的濾波器。ROSC是用來設(shè)定參考的振蕩器電流的。而RL2與RL1是用來調(diào)節(jié)放大器增益的，因?yàn)镃AV424屬于差動(dòng)的輸出，經(jīng)過放大器逐漸轉(zhuǎn)變成單端電壓的輸出。
對(duì)于測(cè)量系統(tǒng)后續(xù)的電路之中，讓電容轉(zhuǎn)換所得到電壓的信號(hào)通過A/D的轉(zhuǎn)換，成為數(shù)字信號(hào)來送到單片機(jī)之中進(jìn)行處理。其中對(duì)于含水量的測(cè)量?jī)x組成，如圖5。
圖5 紡織纖維含水率測(cè)量?jī)x組成框圖
3 數(shù)據(jù)的標(biāo)定和測(cè)試的辦法
利用圖5中傳感器對(duì)于測(cè)試系統(tǒng)纖維材料之中含有水分的測(cè)試，測(cè)試的步驟分成：使待測(cè)的紡織纖維均勻擺放于傳感器的兩個(gè)極板之間，同時(shí)施加壓力，于放大器上得到直流單端的輸出電壓U，含水率的信息會(huì)經(jīng)A/D的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，傳送于單片機(jī)之中，經(jīng)過單片機(jī)的計(jì)算處理之后，就可以在電路之中顯示出來。同時(shí)和傳統(tǒng)烘箱法來進(jìn)行對(duì)比，傳感器的測(cè)試結(jié)構(gòu)一般表現(xiàn)成電壓值為U，烘箱方法測(cè)試的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)成纖維材料，其含水率的數(shù)值是W。此儀器會(huì)先經(jīng)過試驗(yàn)來標(biāo)定，并測(cè)試出輸出電壓和含水量相對(duì)的曲線，同時(shí)將曲線用0.5%的含水率的間隔逐點(diǎn)應(yīng)用表格的形式存入，而實(shí)際的測(cè)量需要依照被測(cè)的電壓和表格之中對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的比較，應(yīng)用線形的插值法來計(jì)算含水率。在實(shí)際應(yīng)用上，水介電的常數(shù)是會(huì)隨著溫度逐漸變化，為了消除溫度的變化對(duì)于測(cè)量結(jié)果一系列的影響，此儀器可以應(yīng)用軟件來實(shí)現(xiàn)對(duì)于溫度的補(bǔ)償。
4 結(jié)語
嵌入式計(jì)算機(jī)目前應(yīng)用的領(lǐng)域多為對(duì)計(jì)算機(jī)有特殊要求的領(lǐng)域，如對(duì)溫度、濕度、震動(dòng)、沖擊、尺寸大小等有特殊要求，這些領(lǐng)域包括工業(yè)自動(dòng)化、工業(yè)控制、交通、醫(yī)療、通信以及航空航天、國防等領(lǐng)域。隨著國家綠色能源的大力推廣，諸多城市地鐵項(xiàng)目的獲準(zhǔn)，嵌入式計(jì)算機(jī)在風(fēng)力發(fā)電、軌道交通等相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用成為矚目的熱點(diǎn)。
技術(shù)挑戰(zhàn)總覽
這些熱點(diǎn)應(yīng)用對(duì)嵌入式板卡提出了許多技術(shù)挑戰(zhàn)。
凌華科技指出，通常，嵌入式產(chǎn)品在生命周期以及業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)方面需做優(yōu)化的處理，為此在嵌入式產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮如下因素：
?可靠性和穩(wěn)定性：無風(fēng)扇、低功耗以及冗余的設(shè)計(jì)將被整合在嵌入式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，以減少外界環(huán)境和內(nèi)部環(huán)境對(duì)系統(tǒng)的影響；
?寬溫及軍用寬溫級(jí)：通常在軍工、交通等領(lǐng)域?qū)η度胧疆a(chǎn)品的寬溫范圍有嚴(yán)苛的要求，為此，產(chǎn)品必須在設(shè)計(jì)之初就要考慮這些需求，并貫穿到整個(gè)設(shè)計(jì)及制造、驗(yàn)證、檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)中：
?緊湊尺寸及輕便設(shè)計(jì)：軍工以及一些關(guān)鍵性任務(wù)應(yīng)用、便攜式設(shè)備和車載設(shè)備對(duì)嵌入式系統(tǒng)的尺寸以及重量都會(huì)有嚴(yán)格的要求；
?系統(tǒng)整合性能及軟件服務(wù)支持：嵌入式BIOS和操作系統(tǒng)的支持將針對(duì)不同的應(yīng)用有不同的支持，具有競(jìng)爭(zhēng)力的嵌入式產(chǎn)品供應(yīng)商通常在系統(tǒng)整合和軟件支持方面具備豐富的經(jīng)驗(yàn)和強(qiáng)大的技術(shù)能力，以滿足應(yīng)用需求：
?電源管理功能：超低功耗設(shè)計(jì)可以滿足電源的長(zhǎng)時(shí)間工作，以減少系統(tǒng)對(duì)電能的過度依賴；
?無縫升級(jí)：從成本效率及系統(tǒng)互用性上考慮，嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品需要在升級(jí)時(shí)，只需更換部分組件或計(jì)算系統(tǒng)目阿完成整個(gè)升級(jí)工作；
?性能功耗比：在單位能耗下能夠提供更強(qiáng)的性能輸出。
寬溫值得重視
具體來說，每家企業(yè)都有自己的核心產(chǎn)品策略和特色，例如，磐儀(ARBOR)科技圍繞寬溫下功夫，并實(shí)現(xiàn)了可靠性和穩(wěn)定性。據(jù)磐儀企劃部曹經(jīng)理介紹，之所以選擇寬溫為突破點(diǎn)，是由于中國地域遼闊、全球氣候又在急劇惡化，導(dǎo)致南、北地區(qū)，冬、夏季節(jié)溫差明顯加大，給嵌入式產(chǎn)品在這些領(lǐng)域中的應(yīng)用帶來更加苛嚴(yán)的考驗(yàn)。特別是野外電力控制、鐵路南北運(yùn)行線路中的車載設(shè)備，需耍具備更加寬幅的高低溫耐受能力。
因此，磐儀計(jì)劃于近期對(duì)其全線產(chǎn)品做一次規(guī)格調(diào)整：將常溫產(chǎn)品的工作溫度從原來的0℃-60℃調(diào)整為，20℃-+70℃：寬溫規(guī)格調(diào)整為-40℃―+85℃。
但是，磐儀的寬溫產(chǎn)品與某些廠商的篩選式寬溫產(chǎn)品有著根本性的不同。篩選式寬溫產(chǎn)品本身還是常溫規(guī)格的產(chǎn)品。是對(duì)常溫規(guī)格的產(chǎn)品進(jìn)行高低溫耐受極限測(cè)試，如果測(cè)試通過了，就劃歸為寬溫產(chǎn)品；如果沒通過，就還算是常溫產(chǎn)品。這種寬溫產(chǎn)品是常溫規(guī)格中的佼佼者，但卻是寬溫應(yīng)用中的潛在危險(xiǎn)者。最容易發(fā)生的危險(xiǎn)就是電容在高溫下發(fā)生爆炸，導(dǎo)致某組電壓與地線短路，進(jìn)而引發(fā)設(shè)備燒毀甚至發(fā)生火災(zāi)。
因此，需要寬溫產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、選材開始，就充分考慮產(chǎn)品的寬幅溫差適應(yīng)能力。并且加強(qiáng)生產(chǎn)品質(zhì)管控。
小型化，綠色化
而威盛電子的嵌入式板卡則圍繞小型化、綠色化方面下功夫。例如，威盛電子嵌入式平臺(tái)事業(yè)部為業(yè)界定義了Mini-ITX、Nano-ITX、Pico，ITX、Pico-ITXe、Mobile-ITX等多種微型化設(shè)計(jì)的板型規(guī)范，已陸續(xù)成為商用及工業(yè)系統(tǒng)廠商接納的標(biāo)準(zhǔn)：2009年該公司又推出Em-ITX板型，則在兼顧微型化特性以外，從多功能、通用性上做了新的嘗試。在綠色化方面，威盛板卡主要采用其綠色化的威盛Nano處理器。例如Pico，ITXflocmx7.2cm嵌入式主板EPIA，P720搭配的威盛VX855高清多媒體芯片組，處理器頻率IGHz，整體功耗只有8W，卻可支持H.264 1080p硬解碼加速，可謂高清視頻播放的殺手級(jí)產(chǎn)品。
都分嵌入式板卡企業(yè)的特點(diǎn)
凌華科技：嵌入式產(chǎn)品包括AdvancedTCA、CompactPCI、ETX/COMexpress以及工業(yè)電腦等，完整的產(chǎn)品線可以滿足不同應(yīng)用的需求。特別是在COM(模塊化電腦)產(chǎn)品上擁有的專業(yè)能力以及一系列緊湊型、低功耗和無風(fēng)扇的嵌入式解決方案。
凌華還成功收購美國嵌入式產(chǎn)品領(lǐng)導(dǎo)品牌、PCI04創(chuàng)始者Ampro公司，創(chuàng)立Ampro byADLINK品牌，可以提供始于設(shè)計(jì)并貫穿整個(gè)制造過程的寬溫及軍用寬溫級(jí)嵌入式產(chǎn)品和系統(tǒng)。
磐儀科技：寬溫產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、選材開始，就充分考慮產(chǎn)品的寬幅溫差適應(yīng)能力。
為了保證質(zhì)量，在選用零部件方面，磐儀不惜花費(fèi)高額成本，全部選用發(fā)熱量低、工作溫度范圍寬廣的零部件。在設(shè)計(jì)過程中，研發(fā)工程師結(jié)合每個(gè)零部件的高低溫特性和動(dòng)、靜態(tài)工作點(diǎn)。對(duì)于本身發(fā)熱量稍大，在高溫環(huán)境下可能造成隱患的小零件，會(huì)采用增大零件底部敷銅面積，以幫助散熱或增加輔助散熱片等措施。對(duì)于低溫環(huán)境下特性變化較大的零件，比如電容，除了選用較為昂貴的受溫差影響較小的電容外，適當(dāng)增加電容的用量。以彌補(bǔ)低溫環(huán)境下的容量損失。在生產(chǎn)、檢驗(yàn)過程中，100％執(zhí)行增寬溫度范圍的高低溫性能測(cè)試驗(yàn)收(比公布的低溫低5℃，高溫高5℃)。
威盛電子嵌入式平臺(tái)事業(yè)部：威盛自己做芯片，同時(shí)提供板卡標(biāo)準(zhǔn)，例如最新的Em-ITX等。在嵌入式板卡方面有很多成功的經(jīng)驗(yàn)，一些成功案例如：美國軍方委托第三方公司開發(fā)的戰(zhàn)地救援機(jī)器人，采用威盛嵌入式平臺(tái)，可以托起1SOkg的傷員，并可溫柔靈巧地將之送到救護(hù)車上或戰(zhàn)地醫(yī)院。韓國客戶采用Nano-ITX板型做車載電腦系統(tǒng)，具有GPS及高清多媒體娛樂功能。威盛嵌入式方案中標(biāo)西班牙醫(yī)院數(shù)字標(biāo)牌的政府采購項(xiàng)目，采用了定制的Linux,~作系統(tǒng)及軟件。體現(xiàn)了威盛在客制化技術(shù)服務(wù)方面的優(yōu)勢(shì)：通過掌握自身處理器的核心技術(shù)，為客戶開發(fā)基于不同操作系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)和BIOS。
威盛嵌入式非常看好中國的數(shù)字標(biāo)牌、POS機(jī)、視頻監(jiān)控、車載電腦、工控、電力、交通、醫(yī)療電子等應(yīng)用領(lǐng)域。
安捷倫工業(yè)測(cè)試儀器“橙動(dòng)中國”
關(guān)鍵詞：LCR數(shù)字電橋；單片機(jī)；模擬開關(guān)；數(shù)據(jù)處理
LCR測(cè)試儀能準(zhǔn)確并穩(wěn)定地測(cè)定各種元件參數(shù)，主要是用來測(cè)試電感、電容、電阻的測(cè)試儀。對(duì)于一般封裝好的電路，當(dāng)無法具體了解其內(nèi)部的具體參數(shù)時(shí)，我們會(huì)采用測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試，市場(chǎng)上大多數(shù)產(chǎn)品成本較高。我們?cè)谶@里給出一種成本低、操作簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確度高的智能LCR測(cè)量?jī)x。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該測(cè)量?jī)x器所能測(cè)量電阻范圍：100Ω～1MΩ，精度誤差±2%；測(cè)量電容范圍：1000DF～0.1uF，精度誤差±5%。
1 系統(tǒng)理論分析與計(jì)算
1.1 正弦波輸出模塊的分析與計(jì)算
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，測(cè)試儀應(yīng)具有3個(gè)可選的測(cè)試頻點(diǎn)：100Hz，1kHz，10kHz。這就需要設(shè)計(jì)產(chǎn)生100Hz、1kHz、10kHz不同頻率的正弦信號(hào)輸出。單片機(jī)DAC輸出正弦波，按鍵控制頻點(diǎn)選擇。利用模擬開關(guān)74HC4052選擇不同的截止頻率，對(duì)單片機(jī)產(chǎn)生的100Hz，1kHz，10kHz正弦信號(hào)分別進(jìn)行濾波，經(jīng)過電壓跟隨器，然后輸出，以便得到更好的波形。
正弦波輸出模塊電路中，模擬開關(guān)選用74HC4052芯片，運(yùn)算放大器選用OPA2340芯片。有源濾波器的截止頻率為f=1/（2πRC），故不同電阻值分別對(duì)應(yīng)不同頻率正弦信號(hào)輸出。經(jīng)計(jì)算，10kHz對(duì)應(yīng)兩個(gè)30KΩ電阻，1kHz對(duì)應(yīng)兩個(gè)200KΩ電阻，100Hz對(duì)應(yīng)兩個(gè)1MQ電阻。
1.2 LCR測(cè)試模塊的分析與計(jì)算
阻抗用Zx表示，Rr為標(biāo)準(zhǔn)電阻器，則Zx=Ux/Ix=RrUx/Ur。此式為一相量關(guān)系式。若分別測(cè)出Ux和Ur對(duì)應(yīng)于某一參考相量的同相量分量和正交分量，然后經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）器將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，再進(jìn)行復(fù)數(shù)運(yùn)算，即可得到組成被測(cè)阻抗乙的電阻值與電抗值。
LCR測(cè)試模塊基本電路中，模擬開關(guān)選用74HC4052芯片，Rs有4個(gè)不同阻值的電阻以切換量程，得到最優(yōu)測(cè)試值。
2 電路與程序設(shè)計(jì)
2.1 電路的設(shè)計(jì)
2.1.1 系統(tǒng)總體部分
測(cè)量電路主要由正弦波輸出模塊、LCR測(cè)試模塊、電源模塊組成。單片機(jī)DAC輸出正弦波，按鍵控制頻點(diǎn)選擇。利用模擬開關(guān)74HC4052選擇不同的截止頻率，對(duì)單片機(jī)產(chǎn)生的100Hz，1kHz，10kHz正弦信號(hào)分別進(jìn)行濾波，經(jīng)過電壓跟隨器，然后輸出，以便得到更好的波形。通過數(shù)字電橋的方法測(cè)量LCR值。
2.1.2 正弦波輸出模塊電路
單片機(jī)DAC輸出正弦波，按鍵控制頻點(diǎn)選擇。利用模擬開關(guān)74HC4052選擇不同的截止頻率，對(duì)單片機(jī)產(chǎn)生的100Hz，1kHz，10kHz正弦信號(hào)分別進(jìn)行濾波，經(jīng)過電壓跟隨器，最后輸出。
2.1.3 LCR測(cè)試模塊電路原理
若分別測(cè)出Uz和Ur對(duì)應(yīng)于某一參考相量的同相量分量和正交分量，然后經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）器將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，再進(jìn)行復(fù)數(shù)運(yùn)算，即可得到組成被測(cè)阻抗乙的電阻值與電抗值。Rs電阻值的不同以切換量程，得到最優(yōu)測(cè)試值。
2.1.4 電源模塊電路
正負(fù)2V電源模塊以LM7805為核心，為調(diào)制器提供正5V電壓。
2.2 程序的設(shè)計(jì)
2.2.1 程序功能描述
（1）產(chǎn)生不同頻率正弦波。
（2）控制頻點(diǎn)選擇。
（3）顯示測(cè)得L，C，R值。
2.2.2 程序設(shè)計(jì)思路
產(chǎn)生不同頻率的正弦波信號(hào)，運(yùn)用單片機(jī)PWM控制實(shí)現(xiàn)。
測(cè)定電抗元件Zx中電壓U1與電流I，用歐姆定律就可以得到Zx=U1/I，當(dāng)乙串聯(lián)了已知電阻R，那么測(cè)定了R上壓降U2，
單片機(jī)AD采樣，復(fù)數(shù)FFT變換得到相位幅度，得到參考電阻和待測(cè)電阻上的壓降，選擇合適的量程，根據(jù)公式即可計(jì)算出L，C，R值。
3 測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果
3.1 測(cè)試方案
（1）硬件測(cè)試。首先，將制好的電路板分模塊進(jìn)行測(cè)試，檢查正弦波輸出模塊、LCR測(cè)試模塊、電源模塊設(shè)計(jì)是否符合理論要求。
（2）軟件仿真測(cè)試。將編寫好的程序燒入單片機(jī)，進(jìn)行軟件仿真測(cè)試。
（3）硬件軟件聯(lián)調(diào)。將硬件電路與軟件相結(jié)合進(jìn)行聯(lián)調(diào)。
3.2 測(cè)試條件與儀器
測(cè)試條件：經(jīng)多次檢查后，硬件電路無虛焊無短接。
測(cè)試儀器：DT9205A萬用表。
3.3 測(cè)試結(jié)果及分析
3.3.1 測(cè)試結(jié)果（數(shù)據(jù)）
3.3.2 測(cè)試分析與結(jié)論
根據(jù)表1-2，可以得出以下結(jié)論：（1）測(cè)量電阻范圍（100Q～1MQ）及精度誤差±2%。（2）測(cè)量電容范圍（1000pF～0.1uF）及精度誤差±5%。（3）可使用按鍵設(shè)置被測(cè)器件的類型和單位，并顯示。（4）具有3個(gè)可選的測(cè)試頻點(diǎn)：100Hz，1kHz，10kHz。
【關(guān)鍵詞】油箱液位；汽車；測(cè)量
一、目前我國測(cè)量汽車油箱液位的方法
最傳統(tǒng)的汽車油箱液位測(cè)量方法為浮子法。這種方法主要是通過浮子會(huì)隨著郵箱內(nèi)的燃油量減少液位變低而降低的原理來測(cè)量的。具體測(cè)量方法為當(dāng)油箱內(nèi)的油量在增加或者在減少時(shí)，浮子會(huì)隨著液位變化而變化。隨著浮子的變化，浮子帶動(dòng)的電阻元件也會(huì)變化。而當(dāng)油箱中的燃油即將用完時(shí)，油箱中的液位將會(huì)變得很少，所以油箱內(nèi)的浮子也會(huì)隨液位降低，也就帶動(dòng)了浮子上的電阻，在這個(gè)時(shí)候電阻阻值將會(huì)變得很大。在電路變得很大的情況下，電流會(huì)變得很小，指針會(huì)指向油量小的一邊。而當(dāng)油箱中在加油時(shí)，隨著油量的增加，液面會(huì)逐漸升高，隨著液面的提高，浮子也會(huì)提高并且?guī)е娮枳柚底冃 Ｔ谶@種情況下電流會(huì)變大，而指針也會(huì)指向油量多的那一邊。
另一種傳統(tǒng)的測(cè)量汽車油箱液位的方法為利用導(dǎo)磁材料進(jìn)行測(cè)量，即用霍爾元件進(jìn)行測(cè)量。具體原理是當(dāng)油箱內(nèi)的燃油量增加或減少時(shí)，浮子會(huì)隨著液位的變化而變化，也就會(huì)帶動(dòng)著浮子上的線性霍爾元件進(jìn)行變化。當(dāng)郵箱內(nèi)的液位變得很少時(shí)，浮子就會(huì)隨著液位的變低而降低。在這個(gè)時(shí)候浮子連桿上的磁鐵將不會(huì)處在一個(gè)水平面上，在這個(gè)時(shí)候線性輸出的霍爾元件與磁鐵間的磁通量將會(huì)變大，從而引起分壓電阻的變化，使得油量表指針指向油量少的一邊。而當(dāng)郵箱內(nèi)注入燃油時(shí)，郵箱內(nèi)的液面將會(huì)逐漸上升，所以浮子也會(huì)隨著液面的變高而變高。在這個(gè)時(shí)候浮子會(huì)帶著連桿運(yùn)動(dòng)到一個(gè)水平面上，在這個(gè)時(shí)候線性輸出的霍爾元件與磁鐵間的磁通量將會(huì)變少，從而引起分壓電阻的變化，在這個(gè)時(shí)候也就會(huì)使得油量表的指針會(huì)指向油量高的一邊。
另一種在國產(chǎn)車較為高級(jí)的一種油箱液面測(cè)量方法為光纖傳感測(cè)量油箱液面的方法。這種方法主要原理是靠光的全反射原理來測(cè)量的。在具體的測(cè)量方法上，當(dāng)油箱內(nèi)燃油量很少時(shí)，光源會(huì)發(fā)射出光照射到液面上，而光信號(hào)反射到接受光纖的不同位置，光纖再將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過信號(hào)放大的原理傳入汽車內(nèi)的油量顯示系統(tǒng)，在油量表上顯示油箱內(nèi)油量較低的情況。而如果油箱內(nèi)的燃油在增加，液面上升時(shí)，光信號(hào)會(huì)隨著液面的上升而在接收光纖上進(jìn)行移動(dòng)，從而讓接收光纖將這樣的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過信號(hào)放大將電信號(hào)傳入汽車內(nèi)的油量測(cè)量系統(tǒng)，在油量表上顯示燃油量在增加。
在我國汽車中采用的油箱液面測(cè)量方法中還有一種為超聲波測(cè)量。這種方法和光纖測(cè)量方法較為類似，不過是將光信號(hào)換成超聲波，光纖用超聲波探頭來替代，而且這種測(cè)量方法不是由其他信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)而讓汽車內(nèi)的油量測(cè)量裝置計(jì)算出油量多少，而是由超聲波由發(fā)射到接收到的時(shí)間來計(jì)算的。在具體測(cè)量方法上，當(dāng)油箱內(nèi)的油量很少，液面變得很低時(shí)，發(fā)射探頭發(fā)射出的超聲波打到液面上在反射到接收探頭，在發(fā)射探頭發(fā)射超聲波時(shí)開始進(jìn)行時(shí)間計(jì)算，而當(dāng)接收探頭接收到信號(hào)時(shí)計(jì)時(shí)截止。通過這段時(shí)間可以計(jì)算出油箱內(nèi)的液面高度，從而在汽車油量表上顯示燃油量很少。而當(dāng)油箱內(nèi)注入燃油時(shí)，隨著燃油高度的逐漸變高，發(fā)射探頭從發(fā)射超聲波到接收探頭接收到超聲波的時(shí)間會(huì)逐漸降低從而可以讓汽車內(nèi)的油箱測(cè)量裝置計(jì)算出油箱內(nèi)燃油量的變化情況，并且在油量表上顯示出來。
二、外國采用的汽車油箱液位測(cè)量方法
（一）目前外國較為常用的汽車油箱液位測(cè)量方法為雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量。這種方法主要是通過雷達(dá)液位計(jì)的天線通過發(fā)射電磁波，液面反射電磁波，天線接收電磁波的方式來測(cè)量油箱頂部到達(dá)燃油液面的距離，從而得出油箱內(nèi)液面的高度，也就能夠計(jì)算出油箱內(nèi)的燃油體積。在具體測(cè)量的時(shí)候，如果油箱內(nèi)的燃油較少，液面很低的時(shí)候，發(fā)射天線發(fā)射出電磁波，電磁波經(jīng)過油箱內(nèi)燃油液面的反射會(huì)達(dá)到接收天線，在這段時(shí)間內(nèi)可以算出油箱內(nèi)空余的體積，從而可以計(jì)算得到燃油的體積，從而在汽車油量表上顯示出來。
（二）通過對(duì)油箱底部的壓力進(jìn)行測(cè)量也可以計(jì)算出油箱內(nèi)的燃油體積，從而計(jì)算出油箱液位。具體測(cè)量方法為在油箱底部安裝液體壓力測(cè)量?jī)x，當(dāng)油箱內(nèi)的燃油體積較少的時(shí)候，燃油對(duì)于壓力測(cè)量?jī)x的壓力會(huì)變小，從而計(jì)算出燃油體積及油箱液位。而當(dāng)郵箱內(nèi)注入燃油時(shí)，壓力會(huì)逐漸升高，這時(shí)的壓力測(cè)量?jī)x器會(huì)將此時(shí)的情況傳入汽車內(nèi)的燃油測(cè)量裝置，從而將油箱內(nèi)液位逐漸升高的情況反饋出來。
（三）在外國另一種測(cè)量油箱液位的方法為采用壓阻式傳感器測(cè)量，即在油箱內(nèi)部生成惠斯通電路。這種方法需要在油箱內(nèi)放置單晶硅片，通過油箱內(nèi)部燃油液位的變化來引起硅片受力的改變，從而讓電阻發(fā)生變化，測(cè)量出油箱內(nèi)液位的改變。在油箱內(nèi)液位較低時(shí)硅片受力較少，電阻的阻值會(huì)變得很小，在這樣的電流下汽車內(nèi)的油箱液位測(cè)量裝置會(huì)計(jì)算出液位數(shù)據(jù)，在油量表中顯示出來。
（四）另一種在國外較為流行的傳感器測(cè)量方法為電容傳感器測(cè)量。這種方法是在油箱內(nèi)部放置上下電極。當(dāng)油箱內(nèi)液位升高時(shí)，對(duì)電機(jī)的壓力較大，使得電極上層會(huì)向中間靠攏，這樣會(huì)讓電容發(fā)生改變。在不同的電容下油箱內(nèi)的液位測(cè)量?jī)x器會(huì)計(jì)算出油箱內(nèi)部液位的變化，從而反饋給油量表。
三、各種液位測(cè)量方法的特點(diǎn)
（一）浮子法測(cè)量液位構(gòu)造簡(jiǎn)單，成本不高，適用于便宜的家用車和貨車。但是在實(shí)際的應(yīng)用中，用浮子法測(cè)量的油箱液位常常不準(zhǔn)確，精度也較低，只能讀出大概的燃油液位。而且浮子法是通過浮子帶動(dòng)電阻變化而計(jì)算出液位變化的，所以在顛簸的路面上燃油的晃動(dòng)會(huì)導(dǎo)致浮子的起伏，從而引起讀數(shù)的改變，這對(duì)司機(jī)來說將會(huì)造成很大的影響。而且電阻長(zhǎng)期浸泡在燃油中會(huì)造成阻值的改變，也會(huì)引起讀書的不穩(wěn)定，準(zhǔn)確度降低。
（二）如果采取霍爾元件測(cè)量油箱液位，通過元件特性可以得到線性數(shù)據(jù)。但是這種測(cè)量方法需要浮子帶動(dòng)連桿轉(zhuǎn)動(dòng)，從一方面來說也會(huì)出現(xiàn)浮子法在路況不好時(shí)的讀數(shù)不穩(wěn)定現(xiàn)象，而且磁鐵長(zhǎng)期在燃油中也會(huì)逐漸消退磁性，這需要駕駛員經(jīng)常更換測(cè)量元件，較為麻煩。
（三）光纖傳感器的測(cè)量方式也具有成本低廉，構(gòu)造簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。而且光纖傳感器的響應(yīng)非常迅速。但是光線傳感器是需要光信號(hào)反射到接收光纖上才能夠進(jìn)行信號(hào)的轉(zhuǎn)換。這也就造成了只能在一定的范圍內(nèi)測(cè)量油箱的液面數(shù)據(jù)。而且目前的光感應(yīng)技術(shù)還不是很成熟，所以用光纖傳感器測(cè)量出的數(shù)據(jù)精度普遍不高，而且在油箱內(nèi)部會(huì)有雜質(zhì)擋住光源，在長(zhǎng)期行駛的過程中會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)歸零等故障，對(duì)駕駛員的操作造成一定的困難。
（四）超聲波測(cè)量的方法不會(huì)出現(xiàn)浸泡在燃油中使傳感器產(chǎn)生故障的情況發(fā)生，但是超聲波在介質(zhì)中很容易被雜質(zhì)等微小物體反射，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確程度造成一定的影響。而且超聲波傳輸?shù)乃俣容^慢，在不同的環(huán)境下速度也不同，這也會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)的測(cè)量造成影響。而且超聲波元件價(jià)格偏貴，容易損耗，不適用于經(jīng)濟(jì)型車輛的使用。
（五）導(dǎo)波雷達(dá)傳感器不僅可以穿透各種物體，使得受干擾程度降到最低，而且在安裝過程中不需要在油箱壁上進(jìn)行打孔，從而讓駕駛過程更加安全。但是這種傳感器對(duì)波的分析需要復(fù)雜的分析電路，對(duì)于芯片要求也很高。這就造成了導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)的造價(jià)十分昂貴，無法在所有車輛上進(jìn)行普及。
（六）液體壓力傳感器對(duì)油箱內(nèi)部構(gòu)造沒有要求，可以安裝在任何油箱底部，而且不需要進(jìn)行信號(hào)的傳輸，計(jì)算速度十分快速。在路況不好，油箱液面起伏較大時(shí)也對(duì)傳感器沒有影響，造價(jià)也較為低廉，很容易普及。但是這種傳感器的安裝需要在油箱底部打孔，對(duì)汽車造成安全隱患。
（七）壓阻式傳感器采用了硅晶片作為介質(zhì)傳輸數(shù)據(jù)，保證了數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，而且惠斯通電路可以測(cè)量線性變化，對(duì)于油箱液位的測(cè)量會(huì)更加準(zhǔn)確。而且硅加工工藝已經(jīng)十分成熟，傳感器質(zhì)量難以出現(xiàn)問題，制造成本也較低。對(duì)于普及應(yīng)用來說十分方便。但是硅體受溫度影響較大，在氣溫變化較大時(shí)測(cè)量會(huì)出現(xiàn)誤差，數(shù)據(jù)也會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。
（八）電容式傳感器也具用響應(yīng)迅速的特點(diǎn)，而且制造工藝十分簡(jiǎn)單，不需要在油箱內(nèi)部打孔，保證了行駛安全。而且電容傳感器內(nèi)部電路簡(jiǎn)單，不容易受到外部影響，在各種條件下的數(shù)據(jù)都較為穩(wěn)定。但是這種傳感器采用的輸出不是線性輸出，而且電容長(zhǎng)期浸泡在燃油中容易損壞。
四、國內(nèi)外傳感器的比較
通過各種傳感器的比較我們可以看出國內(nèi)所采用的傳感器多數(shù)是機(jī)械測(cè)量，不需要電路接入的。這些傳感器雖然成本低廉，但是數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性不高，而且極易受到外部影響。而國外傳感器基本上是需要信號(hào)轉(zhuǎn)換，電路計(jì)算的。這樣的數(shù)據(jù)雖然準(zhǔn)確，穩(wěn)定性好，但是需要在油箱內(nèi)部打孔，對(duì)行車安全造成隱患，而且電路容易損壞。
五、結(jié)語
目前汽車油箱液位測(cè)量技術(shù)很多，但是都不完美。在油箱液位測(cè)量方面我們需要精度高，穩(wěn)定性好，安全耐用且價(jià)格便宜的傳感器。這就需要對(duì)傳感器材料和工藝的不斷研究。我國的液位測(cè)量技術(shù)還處于較低的階段，所以就需要我國科研人員在油箱液位測(cè)量方面進(jìn)行更加深入的研究，在液位測(cè)量的智能化，自動(dòng)化方面進(jìn)行突破，為我國汽車工業(yè)，航空工業(yè)做出貢獻(xiàn)。
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關(guān)鍵詞：arduino LabVIEW 數(shù)字電壓表 電流表 lrc測(cè)量?jī)x
中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）05（c）-0112-01
1 測(cè)量方法淺析
電路領(lǐng)域主要的RLC參數(shù)的測(cè)量方法有電橋法、諧振法、伏安法三種[1]。其中伏安法最好理解，應(yīng)用最廣泛。通過測(cè)得的電流和電壓計(jì)算出阻抗。本系統(tǒng)中首先是利用這一原理來實(shí)現(xiàn)各個(gè)參數(shù)的測(cè)量，將電子元件的R值，L值，C值分別測(cè)量，然后轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)，最后用處理器計(jì)算出三者的值，并通過終端顯示處理。其原理主要應(yīng)用了振蕩原理。對(duì)于模擬量的數(shù)位轉(zhuǎn)換問題就比較好解決了，因?yàn)轭l率本身就是善于處理這種轉(zhuǎn)換。
2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
系統(tǒng)分三大部分，及測(cè)量電路，通道選擇和控制電路[2]。對(duì)于061 A這款芯片根據(jù)選擇通道不同，可以利用開關(guān)量的設(shè)置確定地址信號(hào)，然后分別處理。獲得基本的振蕩頻率后再進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
2.1 電路設(shè)計(jì)
2.1.1 電阻測(cè)量電路
LM555是使用極為廣泛的一種通用集成電路。其通用性體現(xiàn)在功能通用、效率穩(wěn)定，最小工作電路環(huán)境簡(jiǎn)單，所以被廣泛應(yīng)用在許多電子線路中。如果要采用脈沖閥測(cè)量電阻，則必須構(gòu)成一定的計(jì)數(shù)電路，通過對(duì)頻率的測(cè)算最終得到電阻的大小。
555接成多諧振蕩器的形式，其振蕩周期為：T=t1+t2=（ln2）（R1+Rx）*C1+（ln2）Rx*C1，
得出：
即：，
電路分為2檔：100≤Rx
2.1.2 電容測(cè)試電路
電容的測(cè)量同樣采用“脈沖計(jì)數(shù)法”，采用脈沖閥測(cè)量電容，則必須構(gòu)成一定的計(jì)數(shù)電路，通過對(duì)頻率的測(cè)算最終得到電容的大小[3]。這時(shí)首先獎(jiǎng)芯片設(shè)計(jì)成一套多諧振蕩器，振蕩周期為：T=t1+t2=（ln2）（R1+R2）*CX+（ln2）R2*CX，我們?cè)O(shè)置R1=R2；
得出：
即：，
電路分為2擋：R1=510K歐姆：IOA10設(shè)置為高電平輸出；R4=R6；Cx= （0.94*（1e+6））/fx；對(duì)應(yīng)的頻率范圍為：9.4K≤fx
2.1.3 電感測(cè)試電路
在測(cè)量電感參數(shù)時(shí)，采用三點(diǎn)式振蕩電路測(cè)量。三點(diǎn)指的是發(fā)射極兩個(gè)元件、基極一個(gè)元件，三者的電抗元件必須統(tǒng)一協(xié)調(diào)。即發(fā)射極兩個(gè)性質(zhì)相同，第三個(gè)性質(zhì)不同，構(gòu)成三點(diǎn)式。
2.2 軟件設(shè)計(jì)
軟件主要分兩部分，一個(gè)在顯示終端，本文中就是計(jì)算機(jī)平臺(tái)，另一個(gè)是檢測(cè)終端，本文中為ARDIUNO測(cè)試電路和指針。在LabVIEW設(shè)計(jì)界面中采用視窗操作優(yōu)勢(shì)，通過拖拽和設(shè)置可以輕易添加顯示器模板等功能。然后利用各種現(xiàn)成的內(nèi)部應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)虛擬儀器的基本界面。
2.2.1 虛擬信號(hào)發(fā)生器的實(shí)現(xiàn)
在設(shè)計(jì)過程中，為了測(cè)量方便，首先模擬一個(gè)模塊來實(shí)現(xiàn)信號(hào)發(fā)生器，然后通過這一原始信號(hào)，測(cè)試系統(tǒng)的應(yīng)用是否成功。其中用到鋸齒波、方波、正弦波等基本波形，通過組成和疊加形成各種信號(hào)。
2.2.2 數(shù)據(jù)處理部分
獲取了基本的檢測(cè)參數(shù)后，對(duì)于數(shù)值的處理和顯示是本文的核心。通過檢波、計(jì)算，考慮波形的有效值、峰值等信息的綜合處理才能得出正確的檢測(cè)結(jié)果。文中按照函數(shù)數(shù)值絕對(duì)值取得平均值。對(duì)于直流電和交流電有不同的處理方式，直流電直接取平均值然后可以進(jìn)行各種計(jì)算和顯示；而對(duì)于交流電則必須找到峰值利用最小虛擬機(jī)和最大虛擬機(jī)來取得有效的數(shù)值，最終利用有效值進(jìn)行計(jì)算得出結(jié)果。
2.2.3 開關(guān)部分
信號(hào)的檢測(cè)和功能選擇用C語言實(shí)現(xiàn)，主要通過while條件語句實(shí)現(xiàn)。也就是當(dāng)一定條件滿足時(shí)，電壓表工作；當(dāng)某一個(gè)條件出現(xiàn)時(shí)電流表開始工作，其余的電阻測(cè)量表。同時(shí)還包括程序和儀器開始工作和停止工作的設(shè)置。
3 部分主程序代碼
voidloop（）{int V1=analog Read（A0）；//從A0口讀取電壓值，并把它存入剛剛創(chuàng)建的整數(shù)型變量V1中，模擬口的電壓測(cè)量范圍為0～5 V，返回的值為范圍為0-1024}
float vol=V1*（5.0/1023.0）；//把V1的值換算為實(shí)際電壓值存入浮點(diǎn)型變量vol
if （vol=temp）//來過濾重復(fù)的數(shù)據(jù)，只有本次的電壓值和上次不一時(shí)才進(jìn)行輸出
{temp=vol；//比較完成后，把值存入對(duì)比用的變量temp}
else{Serial.print（vol）；//串口輸出電壓值，并且不換行
Serial.println（"V"）；//串口輸出字符V，并且換行
temp=vol；delay（1000）；//輸出完成后等待1秒鐘時(shí)間，用于控制數(shù)據(jù)的刷新速度。}[4]
4 系統(tǒng)測(cè)試及整機(jī)指標(biāo)
通過對(duì)實(shí)際值，系統(tǒng)測(cè)試值和實(shí)際物理表讀數(shù)進(jìn)行對(duì)比，確定本系統(tǒng)的測(cè)試效果較好。測(cè)量精度在±5%以內(nèi)，計(jì)算精度較高，且硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。但亦有不足之處，測(cè)量精度仍需改善。對(duì)于電阻、電壓、電流的測(cè)量?jī)x器在測(cè)量中會(huì)有少量的隨機(jī)誤差，這可能是測(cè)試信號(hào)中的諧波分量等造成，可通過進(jìn)一步優(yōu)化提高系統(tǒng)性能。但這超出本文所述儀器設(shè)備的能力。
參考文獻(xiàn)
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每一種測(cè)量設(shè)備都有最合適的測(cè)量范圍,我們需要做的是正確選擇測(cè)量設(shè)備,以及正確選擇測(cè)量設(shè)備上的測(cè)量擋位。我們不要認(rèn)為選用精確度越高的,其測(cè)量結(jié)果越準(zhǔn)確。
例如:被測(cè)直流功率約為1050W,電路電流:I=4.8A。一只功率表量限為220V,15A,0.2級(jí),表的最大可能誤差:r=220×15×0.002=6.6W,測(cè)量誤差r≈0.6%。另一只功率表量限為220V,5A,0.5級(jí)的,表的最大可能誤差:r=220×5×0.005=5.5W,測(cè)量誤差r≈0.5%所以,我們應(yīng)選用精度較低的0.5級(jí)的功率表來進(jìn)行測(cè)量,而不是選用精度較高的0.2級(jí)的功率表。
數(shù)字儀表的輸入級(jí)離不開放大器,所以在數(shù)字電表的輸入端接被測(cè)對(duì)象時(shí)會(huì)有零電流流過,這個(gè)電流具有恒流源的性質(zhì),即電流不隨被測(cè)對(duì)象內(nèi)阻變化而變化,輸入信號(hào)越小這項(xiàng)影響就越突出,操作人員要盡量選擇合適的輸入信號(hào),減少零電流的影響。
測(cè)量?jī)x器電鍵按鈕接觸不良,將導(dǎo)致回路接觸不良,熱電勢(shì)大,工作不穩(wěn)定,而回路時(shí)斷時(shí)通引起讀數(shù)不穩(wěn)定,主要原因就是銀觸點(diǎn)臟污造成的。轉(zhuǎn)換開關(guān)的質(zhì)量和磨損程度對(duì)測(cè)量的影響也很大,對(duì)測(cè)量盤、溫度補(bǔ)償盤、變換量限開關(guān)等,無論是定軸式、動(dòng)軸式、油浸式,只要其性能變差,其接觸電阻、接觸熱電勢(shì)都會(huì)引起誤差,這類故障引起的誤差有其特點(diǎn),在切換到某一檔時(shí),讀數(shù)不成規(guī)律變化或出現(xiàn)突變,或示值不穩(wěn),一般在反復(fù)旋動(dòng)接點(diǎn)后,讀數(shù)會(huì)暫時(shí)恢復(fù)正常,要徹底解決問題就必須檢修。電位器觸點(diǎn)不良引起的誤差與此類似。換向開關(guān)、按鍵開關(guān)大多是不便拆開的,當(dāng)其接觸電阻變差不穩(wěn)定時(shí),可以嘗試從手柄處滴人工業(yè)酒精同時(shí)不斷扳動(dòng)手柄,有望恢復(fù)功能;轉(zhuǎn)換開關(guān)絕緣電阻降低,應(yīng)注意觀察觸點(diǎn)問是否有殘余金屬粉末,一般清除后即可恢復(fù)。
輔助設(shè)備的狀況對(duì)測(cè)量誤差也有影響,例如電橋供電不足會(huì)嚴(yán)重影響測(cè)量精度,其電源的選用必須按照說明書要求進(jìn)行,如沒有說明書時(shí),可按不大于被測(cè)電阻或標(biāo)準(zhǔn)電阻額定電流的1/2作為電源的工作電流。對(duì)于電池的選取不當(dāng)也會(huì)引起誤差,一般工作電流1毫安以上的要用蓄電池,1毫安以下的用甲電池,標(biāo)準(zhǔn)電池原則上只能提供電勢(shì),不能提供電流,有的標(biāo)準(zhǔn)電池長(zhǎng)期使用后雖有電勢(shì)但內(nèi)阻過大,也會(huì)使線路靈敏度降低;對(duì)新充電的蓄電池必須經(jīng)過人工放電到穩(wěn)定值后才能使用。正確使用專用導(dǎo)線。因?yàn)橛行y(cè)量?jī)x器配有專用導(dǎo)線,對(duì)導(dǎo)線電阻的大小有要求。使用時(shí),必須滿足。例如,低量限的電壓表和與分流器組合使用的大量限電流表;使用雙電橋時(shí),跨線電阻必須很小。
2.環(huán)境因素產(chǎn)生的誤差
有些測(cè)量?jī)x器受環(huán)境的影響較大,一般包括:溫度、濕度、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、壓力、光照、振動(dòng)、微塵和供電質(zhì)量等。
溫度的變化對(duì)測(cè)量的結(jié)果影響十分明顯。標(biāo)準(zhǔn)電阻由錳銅制成,阻值隨溫度的變化而變化,變化的情況以溫度系數(shù)表示,一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻如果溫度系數(shù)未知,當(dāng)不在20℃下使用,標(biāo)準(zhǔn)電阻值就無法準(zhǔn)確確定,從而失去檢測(cè)的意義;對(duì)于內(nèi)附穩(wěn)壓源的設(shè)備,例如一些內(nèi)附穩(wěn)壓源電位差計(jì),溫度的變化對(duì)穩(wěn)壓值有影響,會(huì)影響到測(cè)量的結(jié)果。當(dāng)然,上述設(shè)備發(fā)生溫度偏差也可以通過各種公式和系數(shù)進(jìn)行換算,但是換算得出的畢竟只是個(gè)近似值,如果偏差過大,算出的結(jié)果是不能保證準(zhǔn)確度的。
防止溫度變動(dòng)對(duì)測(cè)量影響的首要條件就是按照規(guī)程要求,嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度在規(guī)定范圍。當(dāng)溫度條件在20℃附近有少量偏差時(shí),可以采用各種辦法進(jìn)行修正,標(biāo)準(zhǔn)電阻要通過溫度系數(shù)進(jìn)行換算;對(duì)于有溫度補(bǔ)償盤的電位差計(jì)要做好最小步值的檢測(cè)及調(diào)節(jié)。同時(shí),嚴(yán)格按照規(guī)程的要求,對(duì)檢測(cè)設(shè)備及被檢儀器進(jìn)行恒溫、預(yù)熱,不同的儀器對(duì)于預(yù)熱的要求是不同的,必須滿足技術(shù)說明書的要求;不同的儀器對(duì)恒溫的要求也是不同的,不能一概而論,例如,對(duì)于電阻的測(cè)量,由于其自身發(fā)熱引起誤差,通電后測(cè)量要快,尤其是測(cè)量0.1Ω以下的電阻,電流的正、反向開關(guān)應(yīng)間歇使用,否則被測(cè)電阻因長(zhǎng)時(shí)間通過大電流會(huì)引起很大的溫升誤差。
儀器對(duì)于環(huán)境濕度的要求也應(yīng)給予足夠的重視。特別是在梅雨季節(jié),房間內(nèi)濕度往往偏高,儀器中的電子元件等受潮后,易銹蝕、霉變,造成儀器接觸不良、性能下降,甚至損壞。潮濕的環(huán)境還容易使儀器的絕緣性能變差,產(chǎn)生不安全的因素。濕度對(duì)靜電感應(yīng)也會(huì)有影響,濕度低時(shí)靜電感應(yīng)的影響會(huì)加大,這時(shí)操作者相當(dāng)于一電容極板,儀器則是另一極板,簡(jiǎn)單有效的檢查方法是,接好測(cè)量線后,用手靠近一下或輕碰一下儀器或引線,看看電流表有否不正常的偏轉(zhuǎn),有偏轉(zhuǎn)則說明有靜電感應(yīng)。防止靜電感應(yīng)的辦法是使人與儀器的外殼等電位。平時(shí)可以利用空調(diào)機(jī)的去濕功能來控制實(shí)驗(yàn)室的濕度,必要時(shí)應(yīng)專門配備去濕機(jī)。對(duì)儀器內(nèi)放置的干燥劑一定要定期檢查,一旦失效要及時(shí)更換。
在使用數(shù)字電壓表等含電子回路的儀表時(shí),電、磁場(chǎng)及工頻電源干擾影響比較顯著。數(shù)字電壓表、直流比較式電位差計(jì)、直流標(biāo)準(zhǔn)電壓發(fā)生器,都使用工業(yè)電網(wǎng)供電,在獨(dú)立工作時(shí)每個(gè)儀表都合格,但是它們?cè)诼?lián)成為一個(gè)測(cè)量線路時(shí)卻發(fā)生較大的誤差,表現(xiàn)為數(shù)字電壓表和電位差計(jì)出現(xiàn)了零位示值。我們采用的措施是可以在每臺(tái)儀器上采用雙屏蔽,并利用隔離變壓器隔離電源,就能將干擾限制在有限范圍內(nèi)。同時(shí)盡量不與大電機(jī),大的通風(fēng)機(jī),空調(diào)機(jī)等大的用電設(shè)備共用一條供電線路,以免在這些用電設(shè)備起動(dòng)時(shí),供電線路的電壓大幅度的波動(dòng),造成儀器工作不穩(wěn)定。
儀器放置不水平,會(huì)使表計(jì)零點(diǎn)偏移;震動(dòng)不僅會(huì)影響儀器的性能和測(cè)量結(jié)果,還會(huì)造成某些精密元件損壞,因此,要求將儀器安放在遠(yuǎn)離震源的水泥工作臺(tái)或基座上;單方面的光照輻射及熱源會(huì)造成熱偏差,光照標(biāo)準(zhǔn)電池會(huì)引起變質(zhì)及較大的滯后,必須將其放在不透光的容器內(nèi)保存及使用。總之,要保證測(cè)量的準(zhǔn)確度,我們需要認(rèn)真對(duì)待環(huán)境的影響,在測(cè)量之前,必須仔細(xì)檢查全部量具和儀器的調(diào)整狀況、位置狀況,例如儀表指針調(diào)零,防止儀器之間的干擾等,需要做好充分的準(zhǔn)備和保持良好的環(huán)境條件,才能保證測(cè)量的準(zhǔn)確。
3.人為因素引起的誤差
人為因素引起的誤差主要是方法不當(dāng)引起的誤差,如果方法使用不當(dāng),測(cè)量結(jié)果必然不對(duì)。
在連接測(cè)量?jī)x表時(shí),有時(shí)會(huì)發(fā)生連線錯(cuò)誤、測(cè)試線脫開或接觸不好、連線順序不對(duì)等,這時(shí)機(jī)殼電位不但會(huì)引起誤差,而且可能損壞電路中的器件。當(dāng)接入被檢設(shè)備時(shí)其端鈕和接線應(yīng)擰緊,以減少接觸電阻的影響。插塞與插孔的配合要良好,保持清潔,插塞要插牢,每次松緊程度要一致。因此我們?cè)陂_始檢測(cè)前一定要確認(rèn)連接正確,一定要先連線,再檢查,之后開機(jī)。并且連接線一定要連接牢靠,不能出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象。
當(dāng)前，振動(dòng)測(cè)量技術(shù)已在多領(lǐng)域得以應(yīng)用和推廣，渦街流量計(jì)就是一種運(yùn)用振動(dòng)測(cè)量原理的流量測(cè)量?jī)x表，一般采用壓電振動(dòng)測(cè)量技術(shù)，通過電荷放大器將電荷信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)流體渦街的振動(dòng)測(cè)量。本文以振動(dòng)檢測(cè)技術(shù)在渦街流量計(jì)中的應(yīng)用之為研究重點(diǎn)，分別就渦街流量計(jì)的流體振動(dòng)測(cè)量、傳感器和放大電路的設(shè)計(jì)和應(yīng)用進(jìn)行了深入研究，以此提升渦街振動(dòng)頻率檢測(cè)性能。
關(guān)鍵詞:
振動(dòng)檢測(cè)技術(shù);電荷放大器;渦街振動(dòng)頻率;渦街流量計(jì)
近年來，隨著振動(dòng)實(shí)驗(yàn)的深入研究，振動(dòng)測(cè)量技術(shù)得以在航空、航天、電子、船舶等多領(lǐng)域發(fā)展和應(yīng)用，呈現(xiàn)出良好的發(fā)展態(tài)勢(shì)，也因此成為了學(xué)者們爭(zhēng)相研究的熱點(diǎn)話題。振動(dòng)測(cè)量技術(shù)是運(yùn)用現(xiàn)代檢測(cè)手段實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)振動(dòng)的檢測(cè)，測(cè)量其流體的振動(dòng)頻率，進(jìn)而確定流體在管道中流速與流量，而渦街流量計(jì)正是一種基于振動(dòng)測(cè)量原理的流量測(cè)量?jī)x表，其主要用來測(cè)量渦街流體在管道中產(chǎn)生的旋渦頻率，是依據(jù)流體振動(dòng)頻率與流速之間的比例關(guān)系的原理來工作的。渦街流量計(jì)應(yīng)用過程中需要利用振動(dòng)檢測(cè)技術(shù)，將振動(dòng)量轉(zhuǎn)化為相對(duì)應(yīng)的電荷量，并將電荷量轉(zhuǎn)化為電壓量，而電荷放大器在這其中起了關(guān)鍵性作用，由此也成了本文的研究重點(diǎn)，為了提升渦街流量計(jì)的測(cè)量精度，本文就振動(dòng)測(cè)量檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了深入分析、研究，采用低噪聲電荷放大器設(shè)計(jì)，并就相關(guān)電路的功能、結(jié)構(gòu)作了詳細(xì)的探討。
1振動(dòng)測(cè)量?jī)?nèi)容介紹
振動(dòng)測(cè)量技術(shù)是一種現(xiàn)代常用的流量測(cè)量方法之一，其依據(jù)振動(dòng)測(cè)量基本原理對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)振動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)，并將振動(dòng)運(yùn)動(dòng)量轉(zhuǎn)化為與之成一定比例的電學(xué)或是其它易于觀察、分析和處理的物理信號(hào)，最后通過對(duì)該信號(hào)頻率的計(jì)算分析，獲取機(jī)械振動(dòng)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械設(shè)備振動(dòng)的測(cè)量。振動(dòng)測(cè)量可根據(jù)結(jié)構(gòu)振動(dòng)的類型，將儀器設(shè)備的振動(dòng)信號(hào)分為兩類:確定性振動(dòng)和隨機(jī)振動(dòng)，本文所研究渦街流量計(jì)中流體所引起的振動(dòng)，是其中的確定性振動(dòng)，利用振動(dòng)傳感器實(shí)現(xiàn)振動(dòng)信號(hào)的采集，對(duì)流體的振動(dòng)頻率進(jìn)行測(cè)量，從而可以推算出流體的流量與速度。該基于振動(dòng)測(cè)量技術(shù)原理的渦街流量計(jì)目前已經(jīng)被廣泛用于氣體、液體和蒸汽流量的測(cè)量。同時(shí)，渦街流量計(jì)對(duì)于振動(dòng)測(cè)量來說是檢測(cè)流體振動(dòng)的特征參數(shù)，在具體的測(cè)量過程中可采用的方法有三類:機(jī)械量法、光測(cè)法和電測(cè)法，本文所研究的渦街流量計(jì)中的振動(dòng)測(cè)量技術(shù)采用的是電測(cè)法，運(yùn)用振動(dòng)測(cè)量傳感器獲取機(jī)械振動(dòng)信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，通過電荷放大器進(jìn)行調(diào)理放大，進(jìn)而確定流體在管道中流速與流量。
2振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)成
根據(jù)上述內(nèi)容可知，本文振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)研究中采用的是電測(cè)法，這是振動(dòng)測(cè)量中常用方法，與光測(cè)法和機(jī)械法比較而言，該方法具有使用頻率范圍寬，動(dòng)態(tài)范圍廣，測(cè)量靈敏度高等優(yōu)勢(shì)，而且電測(cè)法能夠適用于不同的測(cè)振傳感器，而信號(hào)也便于被記錄、處理和傳送。由此，本文中的振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)主要由:振動(dòng)傳感器、電荷放大器、信號(hào)分析儀等構(gòu)成，如圖1所示。
2．1振動(dòng)測(cè)量傳感器振動(dòng)測(cè)量傳感器是獲取振動(dòng)信息的重要裝置，是振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的核心部分，其種類很多，在具體的應(yīng)用測(cè)量中應(yīng)結(jié)合不同的測(cè)量方法和目的選用不同的傳感器，以保證測(cè)量效果。現(xiàn)代振動(dòng)測(cè)量傳感器完全改變了傳統(tǒng)的獨(dú)立機(jī)械測(cè)量裝置，已經(jīng)成為整個(gè)振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，用來檢測(cè)位移、速度、加速度、頻率和相位，而且還與電荷放大器等相關(guān)電子線路存在密切相關(guān)性。同時(shí)，振動(dòng)測(cè)量傳感其在機(jī)電變換原理方面存在差異性，輸出的電量形式并不相同，一般會(huì)將機(jī)械量的振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電阻、電感等電參數(shù)的變化，而且要設(shè)置專有的測(cè)量路線以便針對(duì)不同的機(jī)電變化原理，將傳感器的輸出電量轉(zhuǎn)化成為后續(xù)顯示、記錄、分析儀所接受的電信號(hào)形式。
2．2電荷放大器電荷放大器能夠?qū)鞲衅鬏敵龅奈⑷蹼姾尚盘?hào)轉(zhuǎn)化為放大的電壓信號(hào)，同時(shí)又能夠?qū)鞲衅鞯母咦杩馆敵鲛D(zhuǎn)換成低阻抗輸出，并成功驅(qū)動(dòng)后續(xù)電路。同時(shí)，在振動(dòng)測(cè)量中，鑒于振動(dòng)傳感器在特性上呈現(xiàn)出的差異性，測(cè)量參數(shù)涉及位移、速度以及加速度，而且這些被測(cè)振動(dòng)量的峰值、振動(dòng)頻率、周期和相位差等相關(guān)參數(shù)也應(yīng)該包含其中，由此，為了使測(cè)量參數(shù)能夠以最佳的方式獲得，在振動(dòng)傳感器與信號(hào)分析儀之間需要設(shè)置電荷放大器以實(shí)現(xiàn)對(duì)位移、速度和加速度等不同電荷量信號(hào)的放大，并將其轉(zhuǎn)化成電壓或是電流信號(hào)。
2．3振動(dòng)信號(hào)分析儀振動(dòng)信號(hào)分析儀能夠顯示振動(dòng)的測(cè)量參數(shù)“加速度，速度，位移值”，擁有強(qiáng)大的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集及分析功能，還可以精密診斷(如:不平衡，不對(duì)中，機(jī)械松動(dòng)，軸承故障，齒輪箱故障)引起的振動(dòng)過大，指出故障發(fā)生的位置及損壞程度，從而全面的掌握機(jī)器設(shè)備的運(yùn)行狀況及發(fā)展趨勢(shì)。
3渦街流量計(jì)的工作原理
本文所研究的渦街流量計(jì)是基于”卡門渦街“原理而發(fā)展而來的一種新型流量測(cè)量?jī)x器，其利用流體振動(dòng)原理實(shí)現(xiàn)流量的測(cè)量。渦街流量計(jì)是在流體的垂直流向上安裝一根或是多跟非流線型旋渦發(fā)生體，在流體的流速達(dá)到特定比值時(shí)，會(huì)在阻流體的兩側(cè)各自釋放分離出兩串規(guī)則的旋轉(zhuǎn)方向相反的旋渦，而且在一定的一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)流體的振動(dòng)頻率與流速成相關(guān)性，運(yùn)用振動(dòng)檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)旋渦分離頻率就能夠推算出流體的平均流速和流量，具體的工作原理如圖2所示。當(dāng)前，渦街流量計(jì)已經(jīng)成為主要流量測(cè)量?jī)x器之一，因其測(cè)量可靠性好，測(cè)量范圍寬而被廣泛應(yīng)用于石油、化工、發(fā)電等領(lǐng)域，在對(duì)液體、氣體、蒸汽的流量計(jì)量及檢測(cè)和控制方面呈現(xiàn)良好的利用價(jià)值。然而，因?yàn)闇u街流量計(jì)是利用振動(dòng)測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)流體測(cè)量的，其較易受到外界的干擾，影響了其測(cè)量精度;同時(shí)，由于渦街傳感器傳輸?shù)男盘?hào)微弱，在噪聲的影響下小流量測(cè)量受限。為了保證渦街流量計(jì)的測(cè)量精度，應(yīng)充分地利用振動(dòng)檢測(cè)技術(shù)，并減小電荷放大電路的噪聲，從而提高其應(yīng)用性能。
4振動(dòng)檢測(cè)技術(shù)在渦街流量計(jì)中的應(yīng)用
4．1渦街流量計(jì)流體振動(dòng)檢測(cè)渦街流量計(jì)采用的是上述振動(dòng)測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)流體檢測(cè)的，對(duì)于渦街流量計(jì)的振動(dòng)檢測(cè)而言，其只需檢測(cè)流體振動(dòng)的特征參數(shù)，也即流體在具體應(yīng)用管道中產(chǎn)生的旋渦頻率即可實(shí)現(xiàn)振動(dòng)測(cè)量獲取振動(dòng)測(cè)量信號(hào)。當(dāng)前，渦街流量計(jì)中應(yīng)用的振動(dòng)檢測(cè)方式可采用:壓電式和電容式，壓電式是通過交替旋渦導(dǎo)致的壓力脈動(dòng)使其檢測(cè)元件壓電晶體產(chǎn)生電脈沖來進(jìn)行檢測(cè)的，而電容式的檢測(cè)元件是電容，其通過旋渦產(chǎn)生的壓差促使電容量改變差值來實(shí)現(xiàn)振動(dòng)測(cè)量，其中壓電元件在響應(yīng)速度，以及其不易受流體密度、粘度和溫度的影響，具有良好的穩(wěn)定性，由此得以在渦街流量計(jì)中廣泛應(yīng)用。渦街流量計(jì)流體振動(dòng)檢測(cè)具體如圖3所示。本文渦街流量計(jì)振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)中的壓電式傳感器的輸出的微弱電信號(hào)，同上述振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)一樣需要將電荷信號(hào)經(jīng)過高輸入阻抗的前置放大器的阻抗交換之后，才能夠?qū)⒔柚诜糯髾z波電路將傳感器信號(hào)傳輸?shù)斤@示儀表或?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸，這一過程都是依據(jù)振動(dòng)檢測(cè)的相關(guān)原理和技術(shù)來完成的。
4．2渦街流量計(jì)傳感器渦街流量計(jì)傳感器采用壓電傳感器，該傳感器測(cè)量效率高，可不用直接接觸測(cè)量介質(zhì)就能實(shí)現(xiàn)流體測(cè)量，通常運(yùn)用壓電元件的應(yīng)力檢測(cè)方法來進(jìn)行振動(dòng)頻率的測(cè)量，具體操作過程是將有漩渦產(chǎn)生的交替變化的壓力轉(zhuǎn)化為壓電傳感器電荷信號(hào)，電荷信號(hào)的變化頻率與旋渦脫落頻率相同，經(jīng)過電子線路處理后的交變電荷轉(zhuǎn)化成旋渦頻率，因旋渦頻率與流體流量成正相關(guān)性，由此也就得到了流體流量。利用壓電晶體元件進(jìn)行旋渦分離頻率的檢測(cè)，在柱體后部?jī)蓚?cè)實(shí)現(xiàn)旋渦的交替分離，從而促使壓力脈動(dòng)的產(chǎn)生，經(jīng)安裝在主體候補(bǔ)尾流中順的探頭檢測(cè)到交變力，并使得位于探頭內(nèi)部的壓電晶體元件在交變力的壓力作用下產(chǎn)生變電荷，交變電荷信號(hào)在被檢測(cè)放大器處理或數(shù)字信號(hào)處理后，輸出頻率信號(hào)，或是轉(zhuǎn)化成與流量成比例的4～20mA直流標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。
4．3渦街流量計(jì)放大電路渦街流量計(jì)中傳感器所輸出的電壓信號(hào)，需要放大電路將其放大并對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，利用振動(dòng)測(cè)量技術(shù)的測(cè)量電路關(guān)鍵在于前置放大器的設(shè)置，其不僅能夠?qū)鞲衅鞯妮敵鲂盘?hào)從高阻抗變?yōu)榈妥杩梗€能夠?qū)鞲衅魑⑷醯碾娦盘?hào)進(jìn)行放大。前置放大電路可采用電壓放大器或是用帶電融反饋的電荷放大器，本文采用電荷放大器作為渦街流量計(jì)的轉(zhuǎn)換裝置，放大、濾波、整形后變成頻率與流速成正比的脈沖信號(hào)，然后進(jìn)行計(jì)數(shù)處理得到流量信號(hào)，以此來提高渦街流量計(jì)的抗干擾能力。
5結(jié)語
機(jī)械振動(dòng)是一種常見的現(xiàn)象，其直接影響著機(jī)器精密度和正常運(yùn)轉(zhuǎn)，而通過機(jī)械振動(dòng)原理發(fā)展而來的振動(dòng)測(cè)量技術(shù)則是工業(yè)控制和生產(chǎn)中的重要內(nèi)容之一，尤其與渦街流量計(jì)中的振動(dòng)檢測(cè)原理存在眾多相通處，為振動(dòng)檢測(cè)技術(shù)在渦街流量計(jì)中的應(yīng)用提供了可能性，由此，本文針對(duì)渦街流量計(jì)中振動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用研究具有重要的理論意義和使用價(jià)值，并能夠推動(dòng)渦街流量計(jì)的不斷創(chuàng)新發(fā)展提供相關(guān)依據(jù)。
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關(guān)鍵詞：電子儀器 測(cè)量技術(shù) 應(yīng)用 發(fā)展
信息技術(shù)的發(fā)展拓展了參數(shù)測(cè)量的應(yīng)用場(chǎng)景，提升了對(duì)參數(shù)測(cè)量的應(yīng)用需求，為獲得更高精度、更快速度以及更多功能的測(cè)量結(jié)果，電子儀器與測(cè)量技術(shù)一起得到了飛速的發(fā)展。完善有效的測(cè)量方法，配合先進(jìn)的測(cè)量設(shè)備逐漸成為專業(yè)測(cè)量的主要實(shí)現(xiàn)方式。
一、電子測(cè)量的特點(diǎn)
（一）電子測(cè)量的對(duì)象
早期的電子測(cè)量主要是對(duì)被測(cè)量對(duì)象的電參數(shù)信號(hào)、傳輸特性、受干擾特性進(jìn)行測(cè)量，之后隨著信息技術(shù)的發(fā)展，電子測(cè)量技術(shù)及其相關(guān)設(shè)備也被逐漸應(yīng)用到其他內(nèi)容的測(cè)量當(dāng)中，如通過傳感器等設(shè)備將諸如機(jī)械物理量、熱物理量以及光物理量等轉(zhuǎn)化為量化的電信號(hào)量進(jìn)行分析等。目前電子儀器與測(cè)量技術(shù)主要被應(yīng)用的場(chǎng)景為：電能量信號(hào)的測(cè)量，如電功率、電壓與電流等；干擾量及干擾后的信號(hào)特性測(cè)量，如信噪比、頻譜、相位、失真度等；電路元器件測(cè)量，如電容與三極管的參數(shù)測(cè)量、集成電路的性能參數(shù)測(cè)量等。
（二）電子測(cè)量的優(yōu)勢(shì)
現(xiàn)代電子測(cè)量?jī)x器的應(yīng)用拓展了參數(shù)可測(cè)量的范圍，現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用拓展了可被測(cè)量參數(shù)的種類，傳統(tǒng)測(cè)量方式下所無法獲得的測(cè)量，都可以通過相應(yīng)的電子測(cè)量技術(shù)獲得高精度的測(cè)量結(jié)果。具體來說，應(yīng)用電子測(cè)量技術(shù)和設(shè)備所具有的測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
1.能夠在更寬范圍內(nèi)對(duì)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。電子測(cè)量?jī)x器的量程更廣，精度更高，量程數(shù)量級(jí)更大，可測(cè)量的頻帶范圍更寬。如電阻電子測(cè)量設(shè)備的量程寬度可達(dá)到六至七個(gè)數(shù)量級(jí)，這是普通的歐姆表所無法達(dá)到的。
2.測(cè)量精度和測(cè)量準(zhǔn)確度更高，測(cè)量速度更快。電子測(cè)量?jī)x器對(duì)參量的測(cè)量主要是通過電磁波或電子運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，因而所能夠?qū)崿F(xiàn)的測(cè)量精度和測(cè)量準(zhǔn)確度更高，特別是在時(shí)間量和頻率量測(cè)量方面其優(yōu)勢(shì)更為明顯。同時(shí)，相較于其他信號(hào)而言，電磁信號(hào)的速度更快，能夠在更短時(shí)間內(nèi)獲得測(cè)量結(jié)果。
3.可進(jìn)行在線測(cè)量和遠(yuǎn)程測(cè)量。電子測(cè)量技術(shù)可以在相關(guān)儀器中添加多種類型的傳感器，這些傳感器可被放置于不便于停留或無法達(dá)到的區(qū)域?qū)ο嚓P(guān)信號(hào)進(jìn)行采集，若能夠集成到相關(guān)位置，還能夠在不改變被測(cè)量對(duì)象工作狀態(tài)的情況下實(shí)現(xiàn)不間斷在線測(cè)量，并將測(cè)量結(jié)果以有線或者無線的方式傳輸給接收端進(jìn)行顯示、存儲(chǔ)或打印等。
4.便于計(jì)算機(jī)處理。電子測(cè)量所獲得的數(shù)據(jù)大多都是數(shù)字信息，這些信息更加便于在計(jì)算機(jī)端進(jìn)行處理與分析，配合使用計(jì)算機(jī)能夠有效擴(kuò)展被測(cè)量的應(yīng)用范圍。
二、電子儀器與測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用重要性分析
電子儀器與測(cè)量技術(shù)以測(cè)量技術(shù)為基礎(chǔ)，吸收融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字處理技術(shù)、傳感器技術(shù)、通信技術(shù)等多種計(jì)數(shù)方式，可以將被測(cè)量對(duì)象或系統(tǒng)的參數(shù)以電量、光量以及其他非電量的方式傳遞給處理端進(jìn)行處理和分析。電子儀器與測(cè)量技術(shù)已經(jīng)在各行業(yè)各領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，是推動(dòng)科技進(jìn)步和科技創(chuàng)新的重要條件。
電子儀器與測(cè)量技術(shù)配合使用基本能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)任何參數(shù)的測(cè)量，因而其應(yīng)用場(chǎng)景非常廣泛，幾乎涉及到了人們生活與社會(huì)發(fā)展的各個(gè)方面。其測(cè)量結(jié)果對(duì)各項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展具有指導(dǎo)意義。如對(duì)無線通信速率的測(cè)量以及空間噪聲特性的測(cè)量可以有效指導(dǎo)無線通信系統(tǒng)的技術(shù)革新；光柵、磁尺以及激光測(cè)量設(shè)備等在機(jī)械行業(yè)的應(yīng)用推動(dòng)了高精度數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，使得越來越高精度的器件生產(chǎn)成為可能。
電子測(cè)量技術(shù)與儀器的發(fā)展更是同步甚至于超前其他技術(shù)進(jìn)行發(fā)展的。統(tǒng)計(jì)資料顯示，二十世紀(jì)九十年代的發(fā)達(dá)國家中，電子測(cè)量技術(shù)與儀器所占的國民生產(chǎn)總值只有百分之四左右，但是其對(duì)整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)的推動(dòng)作用卻占據(jù)了超百分之六十的份額，與國民經(jīng)濟(jì)的關(guān)聯(lián)度達(dá)百分之九十。電子儀器與測(cè)量技術(shù)是國家綜合技術(shù)的客觀體現(xiàn)，是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要保障。
三、電子儀器與測(cè)量技術(shù)的發(fā)展前景
總體來看，電子測(cè)量?jī)x器的未來發(fā)展方向主要集中在通用化與平臺(tái)化、模塊化、虛擬測(cè)試化等方面。通用化與平臺(tái)化是指現(xiàn)代測(cè)量?jī)x器和技術(shù)正在逐漸由依賴硬件性能向依賴軟件性能轉(zhuǎn)變，各種測(cè)量軟件和功能逐漸被集成到一臺(tái)測(cè)量?jī)x器中，且測(cè)量對(duì)象與測(cè)量設(shè)備相互獨(dú)立，只需要根測(cè)量需求適當(dāng)?shù)母能浖δ芗纯蓪?shí)現(xiàn)單臺(tái)測(cè)量?jī)x器的多參數(shù)、多用途測(cè)量。模塊化是指整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)提供總線接口，各功能采用模塊化思想進(jìn)行設(shè)計(jì)，在應(yīng)用時(shí)可實(shí)現(xiàn)快速配置和模塊更新。這樣既能夠有效減小測(cè)量?jī)x器的體積和重量，還能夠依照最新的測(cè)量技術(shù)和方案對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行更新或升級(jí)，使得整個(gè)測(cè)量?jī)x器的兼容性更強(qiáng)。虛擬測(cè)試化是指應(yīng)用虛擬測(cè)試技術(shù)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)具體參數(shù)測(cè)量過程進(jìn)行改進(jìn)，增強(qiáng)電子測(cè)量技術(shù)的工程實(shí)用性，進(jìn)而提升測(cè)量效率和數(shù)據(jù)測(cè)量進(jìn)度。
（一）測(cè)量單元微小型化、智能化
測(cè)量控制與儀器儀表大量采用新的傳感器、大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路、計(jì)算機(jī)及專家系統(tǒng)等信息技術(shù)產(chǎn)品，不斷向微小型化、智能化發(fā)展，從目前出現(xiàn)的“芯片式儀器儀表”，“芯片實(shí)驗(yàn)室”、“芯片系統(tǒng)”等看，測(cè)量單元的微小型化和智能化將是長(zhǎng)期發(fā)展趨勢(shì)。從應(yīng)用技術(shù)看，微小型化和智能化測(cè)量單元的嵌入式連接和聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)得到重視。
（二）測(cè)控范圍向立體化、全球化擴(kuò)展，測(cè)量控制向系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展
隨著儀器儀表所測(cè)控的既定區(qū)域不斷向立體化、全球化甚至星球化發(fā)展，儀器儀表和測(cè)控裝置已不再呈單個(gè)裝置形式，它必然向測(cè)控裝置系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。例如一個(gè)大型水電站的測(cè)控系統(tǒng)，僅檢測(cè)大壩安全性的傳感器就達(dá)數(shù)千個(gè)，此外各個(gè)發(fā)電機(jī)組狀態(tài)及水位情況的檢測(cè)控制點(diǎn)將超過萬點(diǎn)，要達(dá)到大型水電站的正常發(fā)電和送電，必須將各個(gè)測(cè)控點(diǎn)的測(cè)控裝置形成一個(gè)有機(jī)的測(cè)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
（三）便攜式、手持式以至個(gè)性化儀器儀表大量發(fā)展
隨著生產(chǎn)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對(duì)自己的生活質(zhì)量和健康水平日益關(guān)注，檢測(cè)與人們生活密切相關(guān)的各類商品、食品質(zhì)量的儀器儀表，預(yù)防和治療疾病的各種醫(yī)療儀器是今后發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。科學(xué)儀器的現(xiàn)場(chǎng)化、實(shí)時(shí)在線化，特別是家庭和個(gè)人使用的健康狀況和疾病警示儀器儀表將有較大發(fā)展。
四、總結(jié)
隨著被測(cè)試系統(tǒng)和器件的發(fā)展速度越來越快、體積越來越小、應(yīng)用場(chǎng)景越來越廣泛，人們對(duì)測(cè)量技術(shù)和測(cè)量?jī)x器提出了更高層次的要求，促進(jìn)了新技術(shù)和新方法在電子儀器與測(cè)量技術(shù)中的應(yīng)用。電子儀器與測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用對(duì)整個(gè)社會(huì)的發(fā)展具有先導(dǎo)作用，代表著一個(gè)國家的科技實(shí)力，影響著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展速度。可見，正確認(rèn)識(shí)電子儀器與測(cè)量技術(shù)的作用和功能具有重要的指導(dǎo)意義。
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