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1、第17卷第6期北华航天工业学院学报Vol17No62007年12月JournalofNorthChinaInstituteofAerospaceEngineeringDec2007基于LabView的电容测微仪静态参数在线虚拟标定方法的研究刘健李东阳韩伟娜(北华航天工业学院机械工程系,河北廊坊065000)摘要:电容测微仪是将位移的微变转换为电压的微变的仪器。准确快速标定电容传感器静态参数是实现精密测量的前提和关键。根据传感器标定理论要求与电容式传感器的实际情况,提出一种对电容式传感器静态参数进行标定的方法。该方
2、法采用了LabView软件编写数据采集程序,对逐次采集的电压进行存储并计算,按照不同的评价原理自动得到性能参数。实验结果证明,此种标定方法精确、快速,可推广到其他类传感器的标定。关键词:电容传感器;标定;LabView中图分类号:TM11文献标识码:A文章编号:1673-7938(2007)06-0022-030前言组成,如图1所示。近年来,虚拟仪器技术在自动控制、仪器检测方面有着广泛的应用,是对传统仪器的重大突破。所谓虚拟仪器就是用户在通用的计算机平台上,根据测试任务的要求来定义和设计仪器的测试功能。虚拟仪器技术综合运用了计算机技术、数字信号处理技术、标准总线技
3、术和软件工程的方法,软件即是仪器反映了虚拟仪器的本质。目前,应用最为广泛的是美国国家仪器公司(NATIONALINSTRUMENTS,简称NI)的创新产品Lab图1电容传感器测量原理VIEW。1电容传感器的基本测量原理由图1可知,圆型平板间隙式电容传感器两个极板由传感器和被测件构成。当被测件固定不动电容式传感器即对于外界物理量的变化,可以时,传感器移动使得两极板间的距离发生变化,从而转换成电容量的变化,构成一个可变电容器。电容改变了电容量,极板面积为S,初始间隙为H0时,式传感器结构简单,动态响应快,本身发热小,适合则电容初始值为:于非接触测量。由于被测量变化会引起电容
4、传感器S有关参数(介电常数),S(相对面积),d(极板间隙)C0=(1)h0的变化,因此,常见电容式传感器可分为:变间隙式、实际使用时的圆形平板电容传感器其电容量变面积式、变介电常数式三种类型。为:本文中采用JDC2000型电容测微仪,传感器为0S0d2CT==(2)平板变间隙式电容传感器,由相互平行的平面极板h4h在式(2)中,0!两极间介质的介电常数;s!极收稿日期:2007-09-14板间面积;h!两板间的距离;CT!传感器电容;作者简介:刘健(1981-),女,助教,河北廊坊人,主要从事智能d!测头的直径。传感器、动态测试的理论与应用研究。!22!第6
5、期刘健等:基于LabView的电容测微仪静态参数在线虚拟标定方法的研究2007年12月当两极板电常数、相对面积两个量不发生变化4LabVIEW进行线性度评定的软件编制时,传感器的电容量会随着两极板间的距离h变化利用LabVIEW软件进行数据采集和处理,使而变化,把此变化量通过适当的电子测量线路加以用虚拟示波器查看数据走向,绘制线性度分析曲线,转化放大处理,就可以以电压形式输出。在一定的便可以对现实世界中的电容式传感器进行有力的评极板距离变化范围内,输出的电压值V和距离h成定。线性关系,即h=KV,K为当量系数,具体数值程序设计流程图及标定软件界面图如图2,图3由标定所得。所示
6、。2电容传感器基本参数评价方法电容式传感器属于非接触相对线性测量。在电容式传感器的测量范围内,线性度很好,可以进行与距离相关的各种非接触测量。线性度、分辨力和灵敏度是评价电容式传感器的重要性能参数,用户尤其关心的是线性度的大小。下面介绍电容式传感器线性度的评价方法。3线性度参数的评定方法一般采用最小二乘原理作出线性度评价线,测点与直线上标准点之差的最大值即为线性度。电容式测微仪将距离的变化转换为电压的变化。设电压的变化为y,设各个测点位移量为x,分别为线性方程的横、纵坐标,则可得到线性方程式为:y=kx+b(3)若实际校准测试点有n个,则第i个校准数据图2静态参数标定软
7、件流程图与拟合直线上响应值之间的残差为:i=yi-(kxi+b)(4)2最小二乘拟合直线的原理就是使i为最小2值,也就是使i对k和b一阶偏导数等于零,即!2!ki=2(yi-kxi-b)(-xi)=0(5)!2!ki=2(yi-kxi-b)(-1)=0从而求出k和b的表达式为nxiyi-xiyik=22nxi-(xi)(6)图3静态参数标定软件主界面图2xiyi-xixiyib=得到的测量值经过LabVIEW编制的线性度评22nxi-(xi)价程序,即可得到评价参数,借以表
