基于IMC的氣壓傳感器采集系統(tǒng)研究

徐安民

摘 要：采用8通道IMC數(shù)據(jù)采集儀來采集氣壓傳感器的數(shù)據(jù)，通過對基于IMC的氣壓傳感器采集系統(tǒng)硬件部分和軟件部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，闡述整個(gè)硬件組成和軟件程序來實(shí)現(xiàn)基于IMC的氣壓傳感器采集系統(tǒng)研究，提高了氣壓傳感器采集系統(tǒng)的高效性和可靠性。

關(guān)鍵詞：8通道IMC數(shù)據(jù)采集儀；氣壓傳感器；硬件組成；軟件程序

1 氣壓傳感器原理敘述

氣壓傳感器是一種用于測量氣體的絕對壓強(qiáng)的傳感器。氣壓傳感器主要的傳感元件是一個(gè)對壓強(qiáng)敏感的薄膜，它連接了一個(gè)柔性電阻器。當(dāng)被測氣體的壓強(qiáng)降低或升高時(shí)，這個(gè)薄膜變形，該電阻器的阻值將發(fā)生改變，從而促使流經(jīng)傳感元件電流發(fā)生改變，電流大小為4～20mA，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換由數(shù)據(jù)采集器接受，然后數(shù)據(jù)采集器以適當(dāng)?shù)男问桨呀Y(jié)果傳送給計(jì)算機(jī)。

在了解氣壓傳感器時(shí)，我們首先認(rèn)識(shí)一下電阻應(yīng)變片這種元件。電阻應(yīng)變片是一種將被測件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成為一種電信號的敏感器件。通常是將應(yīng)變片通過特殊黏貼劑緊密地黏合在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變的基體上，當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時(shí)，電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形變，使應(yīng)變片的阻值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。這種應(yīng)變片在受力時(shí)產(chǎn)生的阻值變化通常較小，一般將這種應(yīng)變片都組成應(yīng)變電橋，并通過后續(xù)的儀表放大器進(jìn)行放大，再傳輸給處理電路（通常是A/D轉(zhuǎn)換和CPU）顯示或執(zhí)行機(jī)構(gòu)。金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是，吸附在基體材料上，應(yīng)變電阻隨機(jī)械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象，俗稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。

金屬導(dǎo)體的電阻值可用下式表示，即

R =ρL/S （1）

式中 ρ——金屬導(dǎo)體的電阻率（Ω·cm2/m）；

S——導(dǎo)體的截面積（cm2）；

L——導(dǎo)體的長度（m）。

當(dāng)金屬絲受外力作用時(shí)，其長度和截面積都會(huì)發(fā)生變化，從式（1）中可很容易看出，其電阻值亦會(huì)發(fā)生改變，假如金屬絲受外力作用而伸長時(shí)，其長度增加，而截面積減少，電阻值便會(huì)增大。當(dāng)金屬絲受外力作用而壓縮時(shí)，長度減小而截面增加，電阻值則會(huì)減小。只要測出電阻的變化（通常是測量電阻兩端的電壓），即可獲得應(yīng)變金屬絲的應(yīng)變情況。傳感器的電路能夠保證應(yīng)變電橋電路的供電，并將應(yīng)變電橋的失衡信號轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的電信號輸出。

2 硬件部分

基于IMC的氣壓傳感器采集系統(tǒng)的硬件部分如圖1所示。

在軌道交通領(lǐng)域下將所采用的壓力傳感器安裝在被測的氣壓測試口，壓力傳感器與八通道的IMC數(shù)據(jù)采集儀聯(lián)通作為輸入端，若壓力傳感器有若干，一個(gè)8通道的IMC數(shù)據(jù)采集儀imcC1-LEMO-MTC-ET輸入端口不夠，可以通過采用路由器，設(shè)置IP地址等，將所有的傳感器接到若干8通道的IMC數(shù)據(jù)采集儀上——其中八通道IMC有自身供電電源，壓值為15 V，最后與裝有軟件的PC機(jī)相連。

用網(wǎng)線將若干八通道數(shù)據(jù)采集儀接到試驗(yàn)前準(zhǔn)備好的路由器上，觀察路由器指示燈是否完好，再將一根網(wǎng)線接于PC機(jī)等待測試。

氣壓傳感器接線方式（8通道采集設(shè)備）如圖2所示。

其氣壓傳感器安裝位置如圖3所示。

8通道數(shù)據(jù)采集儀imcC1-LEMO-MTC-ET如圖 4所示。

3 軟件部分

硬件部分全部安裝并確認(rèn)無誤后，打開低壓電源、八通道數(shù)據(jù)采集儀imcC1-LEMO-MTC-ET、路由器、計(jì)算機(jī)電源開關(guān)進(jìn)行軟件性能調(diào)試。其主要過程如圖 5所示。

其主界面操作如下：打開Imc DevicesV2.7R3，在imcDevices主界面上點(diǎn)擊設(shè)置進(jìn)入設(shè)置頁面，在基礎(chǔ)頁面下選擇通道，可以修改通道名稱，激活要使用的通道，選擇采樣頻率采樣點(diǎn)數(shù)等參數(shù)，設(shè)置輸入信號的Y因子（傳感器靈敏度的倒數(shù)），設(shè)置完成之后確認(rèn)。進(jìn)入放大頁面，設(shè)置測量模式和測量范圍等。點(diǎn)擊進(jìn)入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)頁面，可以選擇在電腦上保存數(shù)據(jù)，也可以選擇在CF卡上保存數(shù)據(jù)。

其軟件具體操作如下：

（1）進(jìn)入基礎(chǔ)頁面選擇通道，并進(jìn)行基本的設(shè)置，激活所有通道，持續(xù)時(shí)間為未定義，采樣為未定義，如圖 6所示。

（2）在放大器頁面選擇電流選項(xiàng)進(jìn)行測試，耦合填寫DC，輸入填寫差分，電源填寫15，輸入范圍填寫±50 mA，電壓選擇15 VDC，如圖7所示。

（3）在處理界面改Y-標(biāo)定參數(shù)。改寫為 4mA對應(yīng)118.744 nbar，20 mA對應(yīng)10 bar。然后回車，關(guān)閉界面，如圖 8所示。

（4）點(diǎn)擊開始按鈕，進(jìn)行測試。如圖9所示是應(yīng)用在軌道交通車輛上所測得的項(xiàng)目數(shù)據(jù)。

4 結(jié)束語

基于IMC的氣壓傳感器采集系統(tǒng)所包括的IMC數(shù)據(jù)采集儀imcC1-LEMO-MTC-ET、氣壓傳感器相比傳統(tǒng)所使用的氣壓采集系統(tǒng)來說具有歷史性的意義。它比傳統(tǒng)的采集系統(tǒng)精度高、集成度高、采集系統(tǒng)靈敏度強(qiáng)；具有運(yùn)輸方便，采集簡單，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大，可實(shí)時(shí)性地監(jiān)測被測氣壓的變化等優(yōu)點(diǎn)，在檢測系統(tǒng)上減少了工作人員的工作量，提高了工作效率。

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