CN203013059U - 液晶传感碰撞实验仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种液晶传感碰撞实验仪，由基于数字信号处理器的液晶传感碰撞实验仪主机和测量平台组成，液晶传感碰撞实验仪主机上设置有液晶显示屏、菜单按键、选择功能按键、开始按键、信号端口1和信号端口2；测量平台由磁致直线位移传感器、信号线、带磁环小车、波导管、弹簧、小车导轨、平衡调节脚钉和水平液泡组成，液晶传感碰撞实验仪主机内设置有数字信号处理器及信号处理、控制和液晶显示电路。实验仪通过磁致直线位移传感器的使用和测量，使学生能更好的理解和掌握运动和碰撞的规律，本实验仪结构合理，操作方便，教学效果好，适合于大专院校的力学、传感技术、物理学等课程的教学实验。

Description

液晶传感碰撞实验仪

技术领域

本实用新型涉及一种液晶传感碰撞实验仪，属于大专院校的物理学、力学、传感技术等相关课程的实验领域。

背景技术

液晶传感碰撞实验仪是利用磁致直线位移传感器所研制的实验仪。磁致直线位移传感器是根据磁致伸缩原理制造的高精度、长行程绝对位置测量的位移传感器。它采用内部非接触的测量方式，由于测量用的活动磁环和传感器自身并无直接接触，不至于被摩擦、磨损，因而其使用寿命长、环境适应能力强、可靠性高，它能够适应各种恶劣的工业环境，并可对位移、速度做出精确的测量，因此磁致直线位移传感器在冶金、机械位移的测量等领域得到广泛的应用。

磁致直线位移传感器测量范围宽，测量精度高(一般为0.02%~0.05%),重复性好，且温度系数较低，可以对距离、速度等多个参量进行测量。再加上其安装调试方便,输出信号多样，可以是模拟量、脉冲信号或数字信号。

本实验仪的磁致直线位移传感器由传感器头、波导管、波导管内的波导丝以及带磁环的小车组成。传感器利用磁致伸缩效应工作，移动的磁环在波导管中产生轴向磁场，沿着波导丝传播的脉冲遇到磁环的轴向磁场时形成螺旋型磁场，导致波导丝产生扭曲形变，从而激发扭转弹性波，弹性波以恒定的超声波速向波导管两端传播，超声波被回波接收装置接收转化为电脉冲。因为超声波在波导管中是以恒速传播的，所以只要测出脉冲发射与脉冲接收之间的时间间隔乘以波速，即可得到磁环的位置，从而实现位置的测量。这个过程是连续不断的，每当磁环移动时，速度和位置就会被测出来。

应用磁致直线位移传感器对运动物体的运动距离和速度测量，在实际中也有一些测量类的应用，但是在应用中由于多数的都是整体封装的结构，所以学生不易很好的理解磁致直线位移传感器的应用，也缺乏相应的实验仪器。而本实验仪采用两个磁致直线位移传感器和两个带磁环小车，并采用液晶屏显示，能直观地测量和显示小车不同的碰撞和运动状态，利于学生的对磁致直线位移传感器作用的掌握和对运动及碰撞的理解。

实用新型内容

针对现有的实验仪器的不足，本实验仪提出了一种结合了两个磁致直线位移传感器和两个带磁环小车，并通过新型的数字信号处理器进行精确处理和测量并液晶显示的液晶传感碰撞实验仪。同时通过磁致直线位移传感器和数字信号处理器完成对运动小车速度、时间和距离的测量，使学生能完成对碰撞物体的运动参数的测量，并了解与掌握磁致直线位移传感器的原理与应用。实验仪能满足大专院校的力学、传感技术和物理等相关课程的教学实验要求。

液晶传感碰撞实验仪由基于数字信号处理器的液晶传感碰撞实验仪主机和测量平台组成，液晶传感碰撞实验仪主机上设置有液晶显示屏、菜单按键、选择功能按键、开始按键、信号端口1和信号端口2；测量平台由磁致直线位移传感器、信号线、带磁环小车、波导管、弹簧、小车导轨、平衡调节脚钉和水平液泡组成，液晶传感碰撞实验仪主机内设置有数字信号处理器及信号处理、控制和液晶显示电路。

实验仪主机内的控制系统采用TI公司的数字信号处理器（DSP）TMS320C31芯片为核心，构成了一个DSP处理和控制电路。TMS320C31是TI公司数字信号处理器中的第三代产品，是32位的浮点型数字信号处理器,它的地址宽度24bits，指令周期为60ns，具有通用的寄存器组、程序高速缓存、专用的辅助寄存器运算单元和内部双存取存储器，同时具有程序引导功能，其程序引导功能使TMS320C31方便的将存储单元和慢速的EPROM或其他标准器件中的程序装载到快速的片内RAM来运行，这样可以可在不降低运行性能的条件下减少芯片，压缩体积，降低成本。芯片上配置128KB RAM，它是16位64K的快速静态RAM，其存储速度为15ns，与TMS320C31连接时可以实现零等待。

本实验仪的磁致直线位移传感器共两个，采用美国MTS公司RH系列的磁致直线位移传感器，RH系列位移传感器是MTS公司的高端产品。具有强大的电子测量和抗干扰能力，RH系列位移传感器的输出提供一组或两组绝对输出，它可以是两个位置或一个位置和一个速度，以直流电流表示。传感器电路内置一个16位的D/A转换器，从而省却了额外的放大器界面接口的成本和运算时间，因此输出值十分精确和快速。输出精度标准为2.5μm，速度分辨率0.1mm/s，速度输出范围从最低0.1m/s至最快10m/s，同时行程最大可达7600mm，输出电流为4-20mA。

本实验仪主机内的液晶显示电路采用CA320240F1作为显示模块，液晶控制芯片采用SED1330。芯片由振荡器、功能逻辑电路、显示RAM管理电路、字符库管理电路以及产生驱动时序的时序发生器组成。SED1330能在很高的工作台频率下迅速地解译微处理器发来的指令代码，将参数置入相应的寄存器内，并触发相应的逻辑功能电路运行。控制部可以管理64K显示RAM，管理内藏的字符发生器及外扩的字符发生器CGRAM或EXCGROM。

本实验仪主机上的信号端口1和信号端口2采用六芯航空插座。其带磁环小车的对应面上具有可更换的粘扣面。两个带磁环小车的磁环分别固定在小车的侧面。

附图说明

图1是液晶传感碰撞实验仪主机，其中的1液晶显示屏、2是菜单按键、3是选择功能按键、4是开始按键、5是信号端口1、6是信号端口2。

图2是测量平台，其中的7是信号线、8是磁致直线位移传感器、9是带磁环小车、10是波导管、11是弹簧、12是小车导轨、13是磁环、14是粘扣面、15是平衡调节脚钉、16是水平液泡。

图3是实验仪电路系统框图。

具体实施方式

结合附图，下面具体说明液晶传感碰撞实验仪的工作和电路情况。

本实验仪主机内的数字信号处理器需要访问存储器等外围芯片，所以需要译码器进行访问控制和地址译码，本实验仪译码电路采用的芯片是74F138。通常TMS320C31的时钟频率为33MHz，指令周期为60ns，因此运行速度很快。外围器件的运行速度必须满足DSP的定时要求。DSP允许35ns的读访问时间，74F138从地址线输入到片选信号输出的延时小于10ns，有余量满足DSP的定时要求。

本实验仪A/D电路的AD转换器选用美国AD公司的12位模数转换器AD1674,它具有的采样和转换能力,片上自带采样与保持放大器能够满足系统的速度和精度要求。AD1674把电压信号转换成二进制数送往TMS320C31进行数据处理和显示。

在测量平台的使用中，结合调节平衡调节脚钉和水平液泡，使测量平台保持水平，通过弹簧不同的压缩程度，使小车具有不同的运动速度。

本实验仪在测量时，结合菜单按键和选择功能按键，可以在显示屏上显示出两个小车的运动速度、运动时间及运动距离。结合可更换粘扣面，可完成对小车的弹性碰撞和完全非弹性碰撞等运动状态的测量。

本实验仪通过磁致直线位移传感器和两个带磁环小车的使用和测量，使学生能更好的理解和掌握运动和碰撞的规律及磁致直线位移传感器的应用特点，同时实验仪结构合理，操作方便，教学效果好，适合于大专院校的物理学、力学、传感技术等课程的教学实验。

Claims (5)

1.一种液晶传感碰撞实验仪，其特征是：由基于数字信号处理器的液晶传感碰撞实验仪主机和测量平台组成，液晶传感碰撞实验仪主机上设置有液晶显示屏（1）、菜单按键（2）、选择功能按键（3）、开始按键（4）、信号端口1（5）和信号端口2（6）；测量平台由磁致直线位移传感器（8）、信号线（7）、带磁环小车（9）、波导管（10）、弹簧（11）、小车导轨（12）、平衡调节脚钉（15）和水平液泡（16）组成，液晶传感碰撞实验仪主机内设置有数字信号处理器及信号处理、控制和液晶显示电路。

2.根据权利要求1所述的液晶传感碰撞实验仪，其特征是：其磁致直线位移传感器（8）共两个，采用美国MTS公司RH系列的磁致直线位移传感器。

3.根据权利要求1所述的液晶传感碰撞实验仪，其特征是：其实验仪主机内的数字信号处理器采用TI公司的数字信号处理器TMS320C31。

4.根据权利要求1所述的液晶传感碰撞实验仪，其特征是：其实验仪主机上的信号端口1（5）和信号端口2（6）采用六芯航空插座。

5.根据权利要求1所述的液晶传感碰撞实验仪，其特征是：其实验仪主机内的液晶显示电路采用CA320240F1作为显示模块，液晶控制芯片采用SED1330。

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