專(zhuān)利名稱(chēng)：液晶傳感碰撞實(shí)驗(yàn)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種液晶傳感碰撞實(shí)驗(yàn)儀，屬于大專(zhuān)院校的物理學(xué)、力學(xué)、傳感技術(shù)等相關(guān)課程的實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
液晶傳感碰撞實(shí)驗(yàn)儀是利用磁致直線位移傳感器所研制的實(shí)驗(yàn)儀。磁致直線位移傳感器是根據(jù)磁致伸縮原理制造的高精度、長(zhǎng)行程絕對(duì)位置測(cè)量的位移傳感器。它采用內(nèi)部非接觸的測(cè)量方式，由于測(cè)量用的活動(dòng)磁環(huán)和傳感器自身并無(wú)直接接觸，不至于被摩擦、磨損，因而其使用壽命長(zhǎng)、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、可靠性高，它能夠適應(yīng)各種惡劣的工業(yè)環(huán)境，并可對(duì)位移、速度做出精確的測(cè)量，因此磁致直線位移傳感器在冶金、機(jī)械位移的測(cè)量等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。磁致直線位移傳感器測(cè)量范圍寬，測(cè)量精度高(一般為0.029Γ0.05%)，重復(fù)性好，且溫度系數(shù)較低，可以對(duì)距離、速度等多個(gè)參量進(jìn)行測(cè)量。再加上其安裝調(diào)試方便，輸出信號(hào)多樣，可以是模擬量、脈沖信號(hào)或數(shù)字信號(hào)。本實(shí)驗(yàn)儀的磁致直線位移傳感器由傳感器頭、波導(dǎo)管、波導(dǎo)管內(nèi)的波導(dǎo)絲以及帶磁環(huán)的小車(chē)組成。傳感器利用磁致伸縮效應(yīng)工作，移動(dòng)的磁環(huán)在波導(dǎo)管中產(chǎn)生軸向磁場(chǎng)，沿著波導(dǎo)絲傳播的脈沖遇到磁環(huán)的軸向磁場(chǎng)時(shí)形成螺旋型磁場(chǎng)，導(dǎo)致波導(dǎo)絲產(chǎn)生扭曲形變，從而激發(fā)扭轉(zhuǎn)彈性波，彈性波以恒定的超聲波速向波導(dǎo)管兩端傳播，超聲波被回波接收裝置接收轉(zhuǎn)化為電脈沖。因?yàn)槌暡ㄔ诓▽?dǎo)管中是以恒速傳播的，所以只要測(cè)出脈沖發(fā)射與脈沖接收之間的時(shí)間間隔乘以波速，即可得到磁環(huán)的位置，從而實(shí)現(xiàn)位置的測(cè)量。這個(gè)過(guò)程是連續(xù)不斷的，每當(dāng)磁環(huán)移動(dòng)時(shí)，速度和位置就會(huì)被測(cè)出來(lái)。應(yīng)用磁致直線位移傳感器對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)距離和速度測(cè)量，在實(shí)際中也有一些測(cè)量類(lèi)的應(yīng)用，但是在應(yīng)用中由于多數(shù)的都是整體封裝的結(jié)構(gòu)，所以學(xué)生不易很好的理解磁致直線位移傳感器的應(yīng)用，也缺乏相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)儀器。而本實(shí)驗(yàn)儀采用兩個(gè)磁致直線位移傳感器和兩個(gè)帶磁環(huán)小車(chē)，并采用液晶屏顯示，能直觀地測(cè)量和顯示小車(chē)不同的碰撞和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，利于學(xué)生的對(duì)磁致直線位移傳感器作用的掌握和對(duì)運(yùn)動(dòng)及碰撞的理解。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)儀器的不足，本實(shí)驗(yàn)儀提出了一種結(jié)合了兩個(gè)磁致直線位移傳感器和兩個(gè)帶磁環(huán)小車(chē)，并通過(guò)新型的數(shù)字信號(hào)處理器進(jìn)行精確處理和測(cè)量并液晶顯示的液晶傳感碰撞實(shí)驗(yàn)儀。同時(shí)通過(guò)磁致直線位移傳感器和數(shù)字信號(hào)處理器完成對(duì)運(yùn)動(dòng)小車(chē)速度、時(shí)間和距離的測(cè)量，使學(xué)生能完成對(duì)碰撞物體的運(yùn)動(dòng)參數(shù)的測(cè)量，并了解與掌握磁致直線位移傳感器的原理與應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)儀能滿足大專(zhuān)院校的力學(xué)、傳感技術(shù)和物理等相關(guān)課程的教學(xué)實(shí)驗(yàn)要求。 液晶傳感碰撞實(shí)驗(yàn)儀由基于數(shù)字信號(hào)處理器的液晶傳感碰撞實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)和測(cè)量平臺(tái)組成，液晶傳感碰撞實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)上設(shè)置有液晶顯示屏、菜單按鍵、選擇功能按鍵、開(kāi)始按鍵、信號(hào)端口 I和信號(hào)端口 2 ;測(cè)量平臺(tái)由磁致直線位移傳感器、信號(hào)線、帶磁環(huán)小車(chē)、波導(dǎo)管、彈簧、小車(chē)導(dǎo)軌、平衡調(diào)節(jié)腳釘和水平液泡組成，液晶傳感碰撞實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)內(nèi)設(shè)置有數(shù)字信號(hào)處理器及信號(hào)處理、控制和液晶顯示電路。實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)內(nèi)的控制系統(tǒng)采用TI公司的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)TMS320C31芯片為核心，構(gòu)成了一個(gè)DSP處理和控制電路。TMS320C31是TI公司數(shù)字信號(hào)處理器中的第三代產(chǎn)品，是32位的浮點(diǎn)型數(shù)字信號(hào)處理器，它的地址寬度24bits，指令周期為60ns，具有通用的寄存器組、程序高速緩存、專(zhuān)用的輔助寄存器運(yùn)算單元和內(nèi)部雙存取存儲(chǔ)器，同時(shí)具有程序引導(dǎo)功能，其程序引導(dǎo)功能使TMS320C31方便的將存儲(chǔ)單元和慢速的EPROM或其他標(biāo)準(zhǔn)器件中的程序裝載到快速的片內(nèi)RAM來(lái)運(yùn)行，這樣可以可在不降低運(yùn)行性能的條件下減少芯片，壓縮體積，降低成本。芯片上配置128KB RAM，它是16位64K的快速靜態(tài)RAM，其存儲(chǔ)速度為15ns，與TMS320C31連接時(shí)可以實(shí)現(xiàn)零等待。本實(shí)驗(yàn)儀的磁致直線位移傳感器共兩個(gè)，采用美國(guó)MTS公司RH系列的磁致直線位移傳感器，RH系列位移傳感器是MTS公司的高端產(chǎn)品。具有強(qiáng)大的電子測(cè)量和抗干擾能力，RH系列位移傳感器的輸出提供一組或兩組絕對(duì)輸出，它可以是兩個(gè)位置或一個(gè)位置和一個(gè)速度，以直流電流表不。傳感器電路內(nèi)置一個(gè)16位的D/A轉(zhuǎn)換器,從而省卻了額外的放大器界面接口的成本和運(yùn)算時(shí)間，因此輸出值十分精確和快速。輸出精度標(biāo)準(zhǔn)為2.5 μ m，速度分辨率0.lmm/s,速度輸出范圍從最低0.lm/s至最快10m/s,同時(shí)行程最大可達(dá)7600mm,輸出電流為4-20mA。本實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)內(nèi)的液晶顯示電路采用CA320240F1作為顯示模塊，液晶控制芯片采用SED1330。芯片由振蕩器、功能邏輯電路、顯示RAM管理電路、字符庫(kù)管理電路以及產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)時(shí)序的時(shí)序發(fā)生器組成。SED1330能在很高的工作臺(tái)頻率下迅速地解譯微處理器發(fā)來(lái)的指令代碼，將參數(shù)置入相應(yīng)的寄存器內(nèi)，并觸發(fā)相應(yīng)的邏輯功能電路運(yùn)行。控制部可以管理64K顯示RAM，管理內(nèi)藏的字符發(fā)生器及外擴(kuò)的字符發(fā)生器CGRAM或EXCGR0M。本實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)上的信號(hào)端口 I和信號(hào)端口 2采用六芯航空插座。其帶磁環(huán)小車(chē)的對(duì)應(yīng)面上具有可更換的粘扣面。兩個(gè)帶磁環(huán)小車(chē)的磁環(huán)分別固定在小車(chē)的側(cè)面。

圖1是液晶傳感碰撞實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)，其中的I液晶顯示屏、2是菜單按鍵、3是選擇功能按鍵、4是開(kāi)始按鍵、5是信號(hào)端口 1、6是信號(hào)端口 2。圖2是測(cè)量平臺(tái)，其中的7是信號(hào)線、8是磁致直線位移傳感器、9是帶磁環(huán)小車(chē)、10是波導(dǎo)管、11是彈簧、12是小車(chē)導(dǎo)軌、13是磁環(huán)、14是粘扣面、15是平衡調(diào)節(jié)腳釘、16是水平液泡。圖3是實(shí)驗(yàn)儀電路系統(tǒng)框圖。
具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖，下面具體說(shuō)明液晶傳感碰撞實(shí)驗(yàn)儀的工作和電路情況。本實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)內(nèi)的數(shù)字信號(hào)處理器需要訪問(wèn)存儲(chǔ)器等外圍芯片，所以需要譯碼器進(jìn)行訪問(wèn)控制和地址譯碼，本實(shí)驗(yàn)儀譯碼電路采用的芯片是74F138。通常TMS320C31的時(shí)鐘頻率為33MHz，指令周期為60ns，因此運(yùn)行速度很快。外圍器件的運(yùn)行速度必須滿足DSP的定時(shí)要求。DSP允許35ns的讀訪問(wèn)時(shí)間，74F138從地址線輸入到片選信號(hào)輸出的延時(shí)小于10ns，有余量滿足DSP的定時(shí)要求。本實(shí)驗(yàn)儀A/D電路的AD轉(zhuǎn)換器選用美國(guó)AD公司的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD1674，它具有的采樣和轉(zhuǎn)換能力，片上自帶采樣與保持放大器能夠滿足系統(tǒng)的速度和精度要求。AD1674把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)送往TMS320C31進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和顯示。在測(cè)量平臺(tái)的使用中，結(jié)合調(diào)節(jié)平衡調(diào)節(jié)腳釘和水平液泡，使測(cè)量平臺(tái)保持水平，通過(guò)彈簧不同的壓縮程度，使小車(chē)具有不同的運(yùn)動(dòng)速度。本實(shí)驗(yàn)儀在測(cè)量時(shí)，結(jié)合菜單按鍵和選擇功能按鍵，可以在顯示屏上顯示出兩個(gè)小車(chē)的運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)時(shí)間及運(yùn)動(dòng)距離。結(jié)合可更換粘扣面，可完成對(duì)小車(chē)的彈性碰撞和完全非彈性碰撞等運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的測(cè)量。本實(shí)驗(yàn)儀通過(guò)磁致直線位移傳感器和兩個(gè)帶磁環(huán)小車(chē)的使用和測(cè)量，使學(xué)生能更好的理解和掌握運(yùn)動(dòng)和碰撞的規(guī)律及磁致直線位移傳感器的應(yīng)用特點(diǎn)，同時(shí)實(shí)驗(yàn)儀結(jié)構(gòu)合理，操作方便，教學(xué)效果好，適合于大專(zhuān)院校的物理學(xué)、力學(xué)、傳感技術(shù)等課程的教學(xué)實(shí)驗(yàn)。
權(quán)利要求1.一種液晶傳感碰撞實(shí)驗(yàn)儀，其特征是:由基于數(shù)字信號(hào)處理器的液晶傳感碰撞實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)和測(cè)量平臺(tái)組成，液晶傳感碰撞實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)上設(shè)置有液晶顯示屏(I)、菜單按鍵(2)、選擇功能按鍵(3)、開(kāi)始按鍵(4)、信號(hào)端口 I (5)和信號(hào)端口 2 (6);測(cè)量平臺(tái)由磁致直線位移傳感器(8)、信號(hào)線(7)、帶磁環(huán)小車(chē)(9)、波導(dǎo)管(10)、彈簧(11)、小車(chē)導(dǎo)軌(12)、平衡調(diào)節(jié)腳釘(15)和水平液泡(16)組成，液晶傳感碰撞實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)內(nèi)設(shè)置有數(shù)字信號(hào)處理器及信號(hào)處理、控制和液晶顯示電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶傳感碰撞實(shí)驗(yàn)儀，其特征是:其磁致直線位移傳感器(8)共兩個(gè)，采用美國(guó)MTS公司RH系列的磁致直線位移傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶傳感碰撞實(shí)驗(yàn)儀，其特征是:其實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)內(nèi)的數(shù)字信號(hào)處理器采用TI公司的數(shù)字信號(hào)處理器TMS320C31。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶傳感碰撞實(shí)驗(yàn)儀，其特征是:其實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)上的信號(hào)端口 I (5)和信號(hào)端口 2 (6)采用六芯航空插座。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶傳感碰撞實(shí)驗(yàn)儀，其特征是:其實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)內(nèi)的液晶顯示電路采用CA320240F1作為顯示模塊，液晶控制芯片采用SED1330。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種液晶傳感碰撞實(shí)驗(yàn)儀，由基于數(shù)字信號(hào)處理器的液晶傳感碰撞實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)和測(cè)量平臺(tái)組成，液晶傳感碰撞實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)上設(shè)置有液晶顯示屏、菜單按鍵、選擇功能按鍵、開(kāi)始按鍵、信號(hào)端口1和信號(hào)端口2；測(cè)量平臺(tái)由磁致直線位移傳感器、信號(hào)線、帶磁環(huán)小車(chē)、波導(dǎo)管、彈簧、小車(chē)導(dǎo)軌、平衡調(diào)節(jié)腳釘和水平液泡組成，液晶傳感碰撞實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)內(nèi)設(shè)置有數(shù)字信號(hào)處理器及信號(hào)處理、控制和液晶顯示電路。實(shí)驗(yàn)儀通過(guò)磁致直線位移傳感器的使用和測(cè)量，使學(xué)生能更好的理解和掌握運(yùn)動(dòng)和碰撞的規(guī)律，本實(shí)驗(yàn)儀結(jié)構(gòu)合理，操作方便，教學(xué)效果好，適合于大專(zhuān)院校的力學(xué)、傳感技術(shù)、物理學(xué)等課程的教學(xué)實(shí)驗(yàn)。
文檔編號(hào)G09B23/06GK203013059SQ20132004011
公開(kāi)日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月25日
發(fā)明者汪建, 杜世平, 溫安祥 申請(qǐng)人:四川農(nóng)業(yè)大學(xué), 汪建