液晶傳感碰撞實驗儀的製作方法
2023-05-02 07:36:11 4
專利名稱：液晶傳感碰撞實驗儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種液晶傳感碰撞實驗儀，屬於大專院校的物理學、力學、傳感技術等相關課程的實驗領域。
背景技術：
液晶傳感碰撞實驗儀是利用磁致直線位移傳感器所研製的實驗儀。磁致直線位移傳感器是根據磁致伸縮原理製造的高精度、長行程絕對位置測量的位移傳感器。它採用內部非接觸的測量方式，由於測量用的活動磁環和傳感器自身並無直接接觸，不至於被摩擦、磨損，因而其使用壽命長、環境適應能力強、可靠性高，它能夠適應各種惡劣的工業環境，並可對位移、速度做出精確的測量，因此磁致直線位移傳感器在冶金、機械位移的測量等領域得到廣泛的應用。磁致直線位移傳感器測量範圍寬，測量精度高(一般為0.029Γ0.05%)，重複性好，且溫度係數較低，可以對距離、速度等多個參量進行測量。再加上其安裝調試方便，輸出信號多樣，可以是模擬量、脈衝信號或數位訊號。本實驗儀的磁致直線位移傳感器由傳感器頭、波導管、波導管內的波導絲以及帶磁環的小車組成。傳感器利用磁致伸縮效應工作，移動的磁環在波導管中產生軸向磁場，沿著波導絲傳播的脈衝遇到磁環的軸向磁場時形成螺旋型磁場，導致波導絲產生扭曲形變，從而激發扭轉彈性波，彈性波以恆定的超聲波速向波導管兩端傳播，超聲波被回波接收裝置接收轉化為電脈衝。因為超聲波在波導管中是以恆速傳播的，所以只要測出脈衝發射與脈衝接收之間的時間間隔乘以波速，即可得到磁環的位置，從而實現位置的測量。這個過程是連續不斷的，每當磁環移動時，速度和位置就會被測出來。應用磁致直線位移傳感器對運動物體的運動距離和速度測量，在實際中也有一些測量類的應用，但是在應用中由於多數的都是整體封裝的結構，所以學生不易很好的理解磁致直線位移傳感器的應用，也缺乏相應的實驗儀器。而本實驗儀採用兩個磁致直線位移傳感器和兩個帶磁環小車，並採用液晶屏顯示，能直觀地測量和顯示小車不同的碰撞和運動狀態，利於學生的對磁致直線位移傳感器作用的掌握和對運動及碰撞的理解。
實用新型內容針對現有的實驗儀器的不足，本實驗儀提出了一種結合了兩個磁致直線位移傳感器和兩個帶磁環小車，並通過新型的數位訊號處理器進行精確處理和測量並液晶顯示的液晶傳感碰撞實驗儀。同時通過磁致直線位移傳感器和數位訊號處理器完成對運動小車速度、時間和距離的測量，使學生能完成對碰撞物體的運動參數的測量，並了解與掌握磁致直線位移傳感器的原理與應用。實驗儀能滿足大專院校的力學、傳感技術和物理等相關課程的教學實驗要求。 液晶傳感碰撞實驗儀由基於數位訊號處理器的液晶傳感碰撞實驗儀主機和測量平臺組成，液晶傳感碰撞實驗儀主機上設置有液晶顯示屏、菜單按鍵、選擇功能按鍵、開始按鍵、信號埠 I和信號埠 2 ;測量平臺由磁致直線位移傳感器、信號線、帶磁環小車、波導管、彈簧、小車導軌、平衡調節腳釘和水平液泡組成，液晶傳感碰撞實驗儀主機內設置有數位訊號處理器及信號處理、控制和液晶顯示電路。實驗儀主機內的控制系統採用TI公司的數位訊號處理器(DSP)TMS320C31晶片為核心，構成了一個DSP處理和控制電路。TMS320C31是TI公司數位訊號處理器中的第三代產品，是32位的浮點型數位訊號處理器，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、專用的輔助寄存器運算單元和內部雙存取存儲器，同時具有程序引導功能，其程序引導功能使TMS320C31方便的將存儲單元和慢速的EPROM或其他標準器件中的程序裝載到快速的片內RAM來運行，這樣可以可在不降低運行性能的條件下減少晶片，壓縮體積，降低成本。晶片上配置128KB RAM，它是16位64K的快速靜態RAM，其存儲速度為15ns，與TMS320C31連接時可以實現零等待。本實驗儀的磁致直線位移傳感器共兩個，採用美國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公司的高端產品。具有強大的電子測量和抗幹擾能力，RH系列位移傳感器的輸出提供一組或兩組絕對輸出，它可以是兩個位置或一個位置和一個速度，以直流電流表不。傳感器電路內置一個16位的D/A轉換器,從而省卻了額外的放大器界面接口的成本和運算時間，因此輸出值十分精確和快速。輸出精度標準為2.5 μ m，速度解析度0.lmm/s,速度輸出範圍從最低0.lm/s至最快10m/s,同時行程最大可達7600mm,輸出電流為4-20mA。本實驗儀主機內的液晶顯示電路採用CA320240F1作為顯示模塊，液晶控制晶片採用SED1330。晶片由振蕩器、功能邏輯電路、顯示RAM管理電路、字符庫管理電路以及產生驅動時序的時序發生器組成。SED1330能在很高的工作檯頻率下迅速地解譯微處理器發來的指令代碼，將參數置入相應的寄存器內，並觸發相應的邏輯功能電路運行。控制部可以管理64K顯示RAM，管理內藏的字符發生器及外擴的字符發生器CGRAM或EXCGR0M。本實驗儀主機上的信號埠 I和信號埠 2採用六芯航空插座。其帶磁環小車的對應面上具有可更換的粘扣面。兩個帶磁環小車的磁環分別固定在小車的側面。
圖1是液晶傳感碰撞實驗儀主機，其中的I液晶顯示屏、2是菜單按鍵、3是選擇功能按鍵、4是開始按鍵、5是信號埠 1、6是信號埠 2。圖2是測量平臺，其中的7是信號線、8是磁致直線位移傳感器、9是帶磁環小車、10是波導管、11是彈簧、12是小車導軌、13是磁環、14是粘扣面、15是平衡調節腳釘、16是水平液泡。圖3是實驗儀電路系統框圖。
具體實施方式
結合附圖，下面具體說明液晶傳感碰撞實驗儀的工作和電路情況。本實驗儀主機內的數位訊號處理器需要訪問存儲器等外圍晶片，所以需要解碼器進行訪問控制和地址解碼，本實驗儀解碼電路採用的晶片是74F138。通常TMS320C31的時鐘頻率為33MHz，指令周期為60ns，因此運行速度很快。外圍器件的運行速度必須滿足DSP的定時要求。DSP允許35ns的讀訪問時間，74F138從地址線輸入到片選信號輸出的延時小於10ns，有餘量滿足DSP的定時要求。本實驗儀A/D電路的AD轉換器選用美國AD公司的12位模數轉換器AD1674，它具有的採樣和轉換能力，片上自帶採樣與保持放大器能夠滿足系統的速度和精度要求。AD1674把電壓信號轉換成二進位數送往TMS320C31進行數據處理和顯示。在測量平臺的使用中，結合調節平衡調節腳釘和水平液泡，使測量平臺保持水平，通過彈簧不同的壓縮程度，使小車具有不同的運動速度。本實驗儀在測量時，結合菜單按鍵和選擇功能按鍵，可以在顯示屏上顯示出兩個小車的運動速度、運動時間及運動距離。結合可更換粘扣面，可完成對小車的彈性碰撞和完全非彈性碰撞等運動狀態的測量。本實驗儀通過磁致直線位移傳感器和兩個帶磁環小車的使用和測量，使學生能更好的理解和掌握運動和碰撞的規律及磁致直線位移傳感器的應用特點，同時實驗儀結構合理，操作方便，教學效果好，適合於大專院校的物理學、力學、傳感技術等課程的教學實驗。
權利要求1.一種液晶傳感碰撞實驗儀，其特徵是:由基於數位訊號處理器的液晶傳感碰撞實驗儀主機和測量平臺組成，液晶傳感碰撞實驗儀主機上設置有液晶顯示屏(I)、菜單按鍵(2)、選擇功能按鍵(3)、開始按鍵(4)、信號埠 I (5)和信號埠 2 (6);測量平臺由磁致直線位移傳感器(8)、信號線(7)、帶磁環小車(9)、波導管(10)、彈簧(11)、小車導軌(12)、平衡調節腳釘(15)和水平液泡(16)組成，液晶傳感碰撞實驗儀主機內設置有數位訊號處理器及信號處理、控制和液晶顯示電路。
2.根據權利要求1所述的液晶傳感碰撞實驗儀，其特徵是:其磁致直線位移傳感器(8)共兩個，採用美國MTS公司RH系列的磁致直線位移傳感器。
3.根據權利要求1所述的液晶傳感碰撞實驗儀，其特徵是:其實驗儀主機內的數位訊號處理器採用TI公司的數位訊號處理器TMS320C31。
4.根據權利要求1所述的液晶傳感碰撞實驗儀，其特徵是:其實驗儀主機上的信號埠 I (5)和信號埠 2 (6)採用六芯航空插座。
5.根據權利要求1所述的液晶傳感碰撞實驗儀，其特徵是:其實驗儀主機內的液晶顯示電路採用CA320240F1作為顯示模塊，液晶控制晶片採用SED1330。
專利摘要本實用新型涉及一種液晶傳感碰撞實驗儀，由基於數位訊號處理器的液晶傳感碰撞實驗儀主機和測量平臺組成，液晶傳感碰撞實驗儀主機上設置有液晶顯示屏、菜單按鍵、選擇功能按鍵、開始按鍵、信號埠1和信號埠2；測量平臺由磁致直線位移傳感器、信號線、帶磁環小車、波導管、彈簧、小車導軌、平衡調節腳釘和水平液泡組成，液晶傳感碰撞實驗儀主機內設置有數位訊號處理器及信號處理、控制和液晶顯示電路。實驗儀通過磁致直線位移傳感器的使用和測量，使學生能更好的理解和掌握運動和碰撞的規律，本實驗儀結構合理，操作方便，教學效果好，適合於大專院校的力學、傳感技術、物理學等課程的教學實驗。
文檔編號G09B23/06GK203013059SQ20132004011
公開日2013年6月19日 申請日期2013年1月25日 優先權日2013年1月25日
發明者汪建, 杜世平, 溫安祥 申請人:四川農業大學, 汪建