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概况

检测技术与传感器系列课程既是机械电子工程与自动化专业的基础课程,又是现代创新工程专业(如智能建筑、智能交通、信息工程、化工自动化、电力自动化等)的共同技术基础课程,同时又时测控专业的专业课程。检测技术系列课程教学改革的重要目标之一就是将传统的检测技术与传感器的验证性实验教学模式改为设计和创新实验模式,重点培养学生的创新能力和动手能力,提高学生的实际水平,培养适应社会需求的人才。

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详细介绍

  检测技术与传感器系列课程既是机械电子工程与自动化专业的基础课程,又是现代创新工程专业(如智能建筑、智能交通、信息工程、化工自动化、电力自动化等)的共同技术基础课程,同时又时测控专业的专业课程。检测技术系列课程教学改革的重要目标之一就是将传统的检测技术与传感器的验证性实验教学模式改为设计和创新实验模式,重点培养学生的创新能力和动手能力,提高学生的实际水平,培养适应社会需求的人才。

 

  二、建设目标

  使用对象:机电一体化、机械制造、信息工程及自动化等相关专业本专科学生。

  适应课程

  教学规划

  1)基础实验教学:掌握各学科知识的基本原理;认知工业对象与工业用器件;

  2)创新实验教学:灵活运用基本理论,针对工业实际应用,解决实际测控问题,切实掌握解决工程测试系统的系统分析与处理的方法;

  3)课程设计、毕业设计:学生根据实验目的、基本原理和实验结果要求,选择传感器、   测量软件,进行测试平台的设计和搭建,包括传感器的布置位置、测量方式、信号获取质量的判别、软件的测试分析环节、对缺陷或不稳定状态的调整等 。

 

  三、建设规划

  由于传统测控实验设备主要采用以元器件级传感器为核心的固化试验台或实验面板,偏向传感器原理方面的验证;而真正的测控系统是包含对象、传感器、信号调理、采集、软件处理显示等多个环节的综合系统,并非只是传感器原理这一个孤立的部分,因此传统测控实验模式不能够使学生建立起测控系统的正确而全面的概念。

  为保证学生循序渐进的得到系统的训练,应分层次设计实验内容,首先是认知试验,对测控系统有一个全面的认识,对工业测控对象、工业传感器、工业实际被采集信号都要有真实的认识;然后是基础性、原理性实验,主要针对多门课程,包括:工程测试与传感器、信号与系统、虚拟仪器、测控电路、控制原理等,让这些课程的教学与实验紧密的结合起来,理论联系实际,接下来是综合性实验,把与测控系统相关的多门课程,共同实践于典型的测控系统中,让学生了解硬件、软件、对象之间的内在联系,整体与部分之间内在联系,多门课程之间内在联系,在掌握单门课程的同时,掌握系统工程的方法;最后是设计性实验,主要针对课程设计、毕业设计,以项目方式,学生在老师指导下,提出项目构思,进行系统设计,并利用各种条件构建软硬件系统,并对系统进行调试,分析,处理达到项目目标。

  依据以上的设想,整个检测技术创新实验室由DRVI快速可重组虚拟仪器实验平台、机电检测综合实验台架及传感器、多通道数据采集仪、服务器、计算机终端等等组成。实验室设计能力为一次可容纳30名学生同时进行实验,其结构示意图如下图所示。

 

  四、方案构成

  1、测控系统信号流程图

 

  被测控对象可以是运动机械对象,如转子,直线运动模块等运动参量,也可以是过程对象和参数,如温度、压力、流量等,如果是工程测试课程实验,一定要选择一定数量的工程被测对象,并强调工程对象参量的测量方法和特征;

  传感器安装在被测控对象上或对象附近,将需测量参数的通过各种物理或化学等效应转化为电流或电压,这部分是传感器原理课程主要讲授的内容;

  调理电路将传感器输出的原始信号进行滤波或放大等,转化为标准的电信号,以便数据采集卡或控制器接受,这部分既可作为传感器原理的一部分,也可作为信号处理的一部分。现在许多工业传感去直接将此部分与传感器集成在一起,方便用户使用;

  数据采集卡将调理电路输出的标准测量信号转化为数字信号,传送给计算机便于计算机进行分析、处理、显示或用于控制;

  计算机分析主要采用先进的虚拟仪器技术,接受数据采集输出的标准数字信号,对其进行分析、处理和显示。

 

  2、DRVI综合检测创新平台组成

 

  五、特点

  创新性:使学生利用所学知识来分析解决工业问题,并比较多种分析方法理解优化方法的意义。

  系统性:平台可实现多门学科的融合渗透,不是简单的叠加

  先进性:平台采用当前解决工程实际问题的先进测控平台技术--虚拟仪器,使各种信号分析处理、控制非常灵活。

  网络化:平台有网络接口,轻松实现校园网、internet网的连接,使硬件共享,减少投入。

  工业化:微型化的工业对象,主要传感器部件均工业级,使学生的能力真正达到工业企业的需求。

  开放性:采用模块化设计,软件、硬件可自由搭建,提供开放的接口代码。

 

  六、可做实验

  1、基础实验

  2、创新扩展实验

  注:在此平台上可升级为运动控制实验室

  七、主要平台介绍

  1、DRVI可重组虚拟仪器平台简介

  DRVI可重组实验平台全部自主研发,并已申请国家发明专利。DRVI实验平台基于软件总线和软件芯片技术构造,采用软件总线开放结构和COM/DCOM组件的即插即用特性,具有PC开放结构、模块化、组件化的特点,是面向用户的可在线编程、调试和重组的新型虚拟实验技术。DRVI平台实验组建过程没有编译、链接环节,支持软件模块热插/拔和即插即用,系统开发平台和运行平台一体化,实验环节功能可根据需要完全由用户自己设计、定义,而不是仅能由专业开发人员定义。

 

 

  DRVI实验平台的主体为一个带软件控制线和数据线的软主板,其上可插接软内存条、软仪表盘、软信号发生器、软信号处理电路、软FFT计算芯片,软波形显示芯片等软件芯片组,并能与A/D卡、I/O卡等信号采集硬件进行组合与连接进行实际信号的测量,通过在DRVI实验平台上进行简单的可视化插/拔软件芯片和连线,就可以完成对测控环节的快速裁减、重组和定制过程,构成一个能根据应用需求快速重组的在线综合测控系统。

  实验室是建立在专业教学实验场所的,可以对学生开放,毕业设计指导教师可以依据实验条件命题,鼓励学生进行创新设计;同时开放实验室,使实验室面向全校学生,使其成为学生毕业设计的一个基地;并为学生做相关课题提供实验条件。

  基于DRVI和DRLlink虚拟仪器平台(即软件平台)的开放性及网络化功能,可以根据教学需要及发展不断扩展,并依照教学需求自己开发新的实验脚本及实验对象,扩充实验教学手段及方法;充分发挥网络优势合理分配有限资源,实验时间实行动态管理。

  另外,本软件平台提供同LABview、MATLab等第三方软件的接口。测控技术综合实验台上还配置了扩展模块,用于学校自己扩充传感器及实验对象使用,只要将信号调理成标准的±5V之间的电压信号,就可以接入扩展模块的输入端口,输入到计算机中进行分析和处理。

 

  软件主要特点:

  可视化、图形化编程

  DRVI是一个可视化、图形化的支持软件芯片插接的操作平台,该操作平台提供了虚拟仪器软面包板、软件芯片插件组、快捷工具、嵌入式Web服务器、VBScript脚本语言、浏览器信息栏等功能支持。如图所示。

  网络化功能

  为适应网络环境下实验教学需要,DRLab系列软件提供了一个ActiveX形式的网页插件,学生可以通过内置的嵌入式Web服务器(内置的Web服务器使用8500端口)在线安装并使用软件DRLab系列软件。客户端计算机的程序安装量不到10M,适合在校园网上建立虚拟仪器实验室使用。

  浏览器和虚拟仪器平台合二为一

  DRLab系列软件平台将虚拟仪器面板和浏览器合二为一,两者之间的切换通过面板左下脚的“浏览器/虚拟仪器窗口切换”按钮进行。用户可以在软件的地址栏中可以输入域名或IP地址信息访问网页,比如基于HTML格式的实验指导书,学生可以在网络上直接访问实验指导书,并根据实验指导书的要求进行实验。也可以通过窗口切换按钮切换到虚拟仪器操作面板,进行虚拟仪器的设计、调试及运行。

 

  远程信号采集设备共享

  DRLab系列软件平台内置了微型Web服务器和嵌入式Web服务器,为避免和普通Web服务冲突,它们分别采用了8600和8500端口,使用8600端口的微型Web服务器提供实验指导书和脚本解析功能,使用8500端口的嵌入式Web服务器提供数据交互和共享功能。

  开放性软件平台

  为方便进行功能扩展和二次开发,DRLab系列软件平台提供了三重扩展方式:

  采用VC设计DLL扩展插件,通过添加扩展件的方式添加到“用户定义软件芯片扩展插件组”中使用;

  采用VBScript设计ActiveX扩展插件,通过“扩展件”菜单中的“添加VB ActiveX控件”功能添加到软件平台上使用;

  使用VBScript脚本芯片,用Signal VBScript中的函数进行编程,设计用户自定义芯片,完成特殊功能。

 

  丰富的软件芯片集

  DRLab系列软件平台提供了从操作按钮、信号源、硬件控制、曲线显示到信号分析处理、微积分环节、振荡环节、PID调节环节等共计200余个软件芯片,利用这些软件芯片可很方便的搭建各种测试和控制环节。

  方便的教学工具模块

  DRLab系列软件平台还提供了方便的教学演示芯片集,利用该芯片集,教师可以根据自身教学的需求很方便的搭建一些教学演示模型,比如传送带模型、齿轮检测模型、弹簧阻尼系统、运动小车控制等等(如图所示)。

  灵活的虚拟仪器浏览器技术

  为便于教师布置实验任务和学生上交实验设计结果,DRLab系列软件平台采用了与基于XML的超文本网页技术即“虚拟仪器网页”来描述所创建的系统,读入一个“网页”就是一个不同的仪器和实验。

  形象的虚拟仪器仿真面板

  使用DRVI虚拟仪器平台可以很方便的搭建各种虚拟仪器,比如频谱分析仪、数字滤波器、数字频率计、双踪示波器、数字万用表、噪声测试仪等等。

  丰富的教学实验内容

  为便于教师进行教学实验,根据教学需求提供。

 

  2、综合实验桌

  DRMU-ME-C型

 

  主要技术指标

 

  DRDAQ-USB型数据采集卡

  DRDAQ-USB型数据采集卡是配套DRLab创新实验室使用的集成式USB接口数据采集仪。数据采集仪与PC机之间通过专用USB电缆连接,集软件加密、前端信号采集、信号激励输出、数字输入输出等功能于一体。采集仪采用配套开关电源供电,提供8通道的模拟信号输入、2通道的模拟信号输出、16路数字输入、16路数字驱动输出等功能,12Bit分辨率,最高400KHz采样频率。

  主要技术指标

 

  运动控制卡

  DRMC-B型运动控制模块由ADUC842高速单片机、外部扩展存储区和输入输出控制接口组成。板载8路ADC输入,8路步进电机输出,2路DAC输出,2路PWM输出,16路数字I/O和32K扩展RAM,采用标准RS232接口和上位机进行通讯。能完成8路步进电机的控制、4路直流电机的控制、16路数字I/O的控制以及8路缓变量信号的采集等功能。运动控制模块与三自由度直角坐标机械手、运动控制平台实验系统、水箱液位控制系统、球杆系统等配合可以完成各种开环运动系统的控制实验。

  主要技术指标

 

  多路输出电源

  多路输出电源集成在综合实验桌内,为数据采集仪、传感器、实验台架等设备提供正常使用所需要的电源,在技术规格所允许的范围内,也可为其它直流低压设备提供电源。直流开关电源与数据采集仪之间通过专用的5芯电源线连接,与其它直流设备之间采样标准的接线端子。直流开关电源提供+5VDC、-5VDC、+12VDC、-12VDC电源。

  主要技术指标

  接口定义