GSY-5000工業(yè)傳感器與測控技術實驗臺
一、功能概括
實驗臺綜合傳感器測試、機械柔性轉子測試等多種檢測功能與一體。適用與“傳感器原理”“自動檢測技術”“非電量電測技術”、“機械量電測”等課程的科研、實驗教學。傳感器采用是工業(yè)結構，便于學生加強對書本知識的理解，并在實驗過程中，通過信號的拾取，轉換，分析，可以檢測、模擬多種轉動機械的振動情況：如轉速、振幅、相位、位移進行測量，以及進行轉子動平衡、臨界轉速、軸心軌跡圖、幅頻和相頻特性曲線、傳動等。
測控系統(tǒng)信號流程圖
被測控對象可以是運動機械對象，如轉子，直線運動模塊等運動參量，也可以是過程對象和參數(shù)，如溫度、壓力、流量等，如果是工程測試課程實驗，一定要選擇一定數(shù)量的工程被測對象，并強調工程對象參量的測量方法和特征；
傳感器安裝在被測控對象上或對象附近，將需測量參數(shù)值通過各種物理或化學等效應轉化為電流或電壓，這部分是傳感器原理課程主要講授的內容；
調理電路將傳感器輸出的原始信號進行濾波或放大等，轉化為標準的電信號，以便數(shù)據(jù)采集卡或控制器接收，這部分既可作為傳感器原理的一部分，也可作為信號處理的一部分?，F(xiàn)在許多工業(yè)傳感器直接將此部分與傳感器集成在一起，方便用戶使用；以上圖片僅供參考根據(jù)配置有所不同。
數(shù)據(jù)采集卡將調理電路輸出的標準測量信號轉化為數(shù)字信號，傳送給計算機便于計算機進行分析、處理、顯示或用于控制；
傳感器安裝在被測控對象上或對象附近，將需測量參數(shù)值通過各種物理或化學等效應轉化為電流或電壓，這部分是傳感器原理課程主要講授的內容；
調理電路將傳感器輸出的原始信號進行濾波或放大等，轉化為標準的電信號，以便數(shù)據(jù)采集卡或控制器接收，這部分既可作為傳感器原理的一部分，也可作為信號處理的一部分?，F(xiàn)在許多工業(yè)傳感器直接將此部分與傳感器集成在一起，方便用戶使用；以上圖片僅供參考根據(jù)配置有所不同。
數(shù)據(jù)采集卡將調理電路輸出的標準測量信號轉化為數(shù)字信號，傳送給計算機便于計算機進行分析、處理、顯示或用于控制；
二、產 品 系 統(tǒng) 組 成
（一）、實驗裝置組成
該系統(tǒng)由主控屏、振動源、溫度源、伺服電機、傳感器和相應的、信號數(shù)據(jù)采集卡及處理軟件、、實驗臺桌、XSM轉速測量控制儀等部分組成。采用伺服電機驅動方案，電機軸經聯(lián)軸器直接驅動轉子，要求結構簡單、調速范圍寬，且平穩(wěn)可靠。 臺面小于： 1600×800×750(mm) AC220 V 50Hz。適應 “傳感器原理”、“非電量檢測技術”、“工業(yè)自動化儀表與控制”等課程的實驗教學。
輸入電源：單相三線，220V，允差±10%，50Hz，允差±10%， 50 Hz，主控臺上應預留備用多功能電源插座并可以按要求擴充多功能電源插座。
安全保護措施：具有接地保護、漏電、過載、過流保護功能，安全性能要求符合相關的國標標準。
裝置容量：＜2.5kVA。
其它配件：工具、連接電纜、工件、指導書、使用說明書、軟件、程序等。
（二）、主控臺：
提供高穩(wěn)定的可調直流穩(wěn)壓電源；主控屏面板上裝有電壓、氣壓、頻率、轉速、角度位置、八位格雷碼、八位二進制碼顯示表。信號源；；轉子、電機、脈沖輸入輸出、高精度智能調節(jié)儀表帶通訊RS232、485接口；PCI計算機插卡；流量計、測速輪盤等。
主控臺上包括：傳感器單元支架、傳感器單元、實驗桌（實驗桌為鋼質雙層亞光密紋噴塑結構，桌面為防火、防水、耐磨高密度板,結構堅固，形狀似長方體封閉式結構，造形美觀大方；設有兩個大抽屜、柜門，用于放置工具、電腦、存放掛件及資料等。桌面用于安裝電源控制屏并提供一個寬敞舒適的工作臺面。實驗桌還設有四個萬向輪和四個固定調節(jié)機構，便于移動和固定，有利于實驗室的布局。）等組成；尺寸：1650mm×860 mm×1070 mm;并留有空間可進行實驗操作，實驗臺應設有足夠的存儲空間存放實驗設備。
2、主控臺電源部分：四組直流穩(wěn)壓電源：DC：＋24V/1A；＋5V/1.5A；－15V/1.5A；+15V/1.5A、1.2~24V/1A；＋5V/0.5A；±2、4、6、8、10/2A；電流源：0~20mA。可調，有斷電保護功能；
3、音頻振蕩器（1KHz—10KHz可調）、低頻振蕩器（0.4Hz-30Hz可調）；
4、數(shù)字式電壓表：量程0～20V，分為200mV、2V、20V三檔，輸入阻抗大，精度0.5級
5、頻率/轉速表：頻率測量范圍1～9999Hz，轉速測量范圍1～9999rpm；
6、主控臺含數(shù)據(jù)通訊接口RS232 、USB接口、RS485通訊接口可以按照用戶要求進行定制；
7、高精度多功能數(shù)據(jù)模塊：多種輸入輸出檔位，人工智能調節(jié)以及參數(shù)自整定功能，*控制算法。
8、數(shù)字式電流表：量程0～200mA，分為200uA、2mA、20mA、200mA四檔三位半數(shù)字顯示、精度0.5級
輸入電源：單相三線，220V，允差±10%，50Hz，允差±10%， 50 Hz，主控臺上應預留備用多功能電源插座并可以按要求擴充多功能電源插座。
安全保護措施：具有接地保護、漏電、過載、過流保護功能，安全性能要求符合相關的國標標準。
裝置容量：＜2.5kVA。
其它配件：工具、連接電纜、工件、指導書、使用說明書、軟件、程序等。
（二）、主控臺：
提供高穩(wěn)定的可調直流穩(wěn)壓電源；主控屏面板上裝有電壓、氣壓、頻率、轉速、角度位置、八位格雷碼、八位二進制碼顯示表。信號源；；轉子、電機、脈沖輸入輸出、高精度智能調節(jié)儀表帶通訊RS232、485接口；PCI計算機插卡；流量計、測速輪盤等。
主控臺上包括：傳感器單元支架、傳感器單元、實驗桌（實驗桌為鋼質雙層亞光密紋噴塑結構，桌面為防火、防水、耐磨高密度板,結構堅固，形狀似長方體封閉式結構，造形美觀大方；設有兩個大抽屜、柜門，用于放置工具、電腦、存放掛件及資料等。桌面用于安裝電源控制屏并提供一個寬敞舒適的工作臺面。實驗桌還設有四個萬向輪和四個固定調節(jié)機構，便于移動和固定，有利于實驗室的布局。）等組成；尺寸：1650mm×860 mm×1070 mm;并留有空間可進行實驗操作，實驗臺應設有足夠的存儲空間存放實驗設備。
2、主控臺電源部分：四組直流穩(wěn)壓電源：DC：＋24V/1A；＋5V/1.5A；－15V/1.5A；+15V/1.5A、1.2~24V/1A；＋5V/0.5A；±2、4、6、8、10/2A；電流源：0~20mA。可調，有斷電保護功能；
3、音頻振蕩器（1KHz—10KHz可調）、低頻振蕩器（0.4Hz-30Hz可調）；
4、數(shù)字式電壓表：量程0～20V，分為200mV、2V、20V三檔，輸入阻抗大，精度0.5級
5、頻率/轉速表：頻率測量范圍1～9999Hz，轉速測量范圍1～9999rpm；
6、主控臺含數(shù)據(jù)通訊接口RS232 、USB接口、RS485通訊接口可以按照用戶要求進行定制；
7、高精度多功能數(shù)據(jù)模塊：多種輸入輸出檔位，人工智能調節(jié)以及參數(shù)自整定功能，*控制算法。
8、數(shù)字式電流表：量程0～200mA，分為200uA、2mA、20mA、200mA四檔三位半數(shù)字顯示、精度0.5級
9、多功能信號源發(fā)生器。
三、主要工業(yè)傳感器技術指標
| 序號 | 傳感器名稱 | 量程 | 精度 | 備注 |
| 1 | XSM轉速測量控制儀 | 顯示增量型光電編碼器速度、傳輸 | 標準信號 | 一套 |
| 2 | 光電編碼器格雷碼 | 光電編碼器旋轉角度顯示儀 | 0~360° | 一套 |
| 3 | 純二進制碼顯示儀 | 八位顯示 | 0．5級 | 一套 |
| 4 | 輪齒盤 | 厚度＞8mm | | 一只 |
| 6 | 前置器支架 | | | 一個 |
| 7 | 虛擬儀器數(shù)據(jù)采集器和分析軟件 | AD12位，內置 8通道， | 原裝通訊電纜 | 一套 |
| 8 | 電容傳感器 | 輸出信號，檢測距離：8mm； | 一套 | |
| 9 | 稱重傳感器 | 量程：0-1Kg，綜合精度：0.03Kg，重復性：0.02%，安全超載：150%工作電壓12V或24V | 一套 | |
| 10 | 差動電感式傳感器 | 位移檢測距離：0～5cm | 一套 | |
| 11 | 電渦流傳感器 | 檢測距離：0～5mm工作距離Sr：Sn×80％；工作溫度：-25～+70℃；工作電壓：DC12V；響應頻率：300H | 一套 | |
| 12 | 振動模型單元 | 沖擊式0～5V或4～20mA標準信號輸出； | 一套 | |
| 13 | 單組紅外對射式光幕（光耦）單元 | 探測距離：1cm；工作溫度：-10～+55℃；工作電壓：DC12V；輸出電流：200mA；響應時間：≤3ms | 一套 | |
| 14 | 顏色（色標）傳感器 | 雙色定標檢測工作電壓：DC12V；標準探測距離：10mm；顏色識別：藍、紅、；輸出電壓：0～5V | 一套 | |
| 15 | 開關霍爾傳感器 | 檢測距離：8mm；工作溫度：-25～＋70℃；工作電壓：DC5V；工作點：22mT；釋放點：16.5Mt | 一套 | |
| 16 | 光電轉速傳感器 | 動作距離Sn：0.1～1m；工作距離Sr: Sn×80％；工作電壓：DC12V；響應頻率：500Hz | 一套 | |
| 17 | 溫度測量傳感器 | 1、實驗溫度源：溫度范圍0～200℃，包括電源指示、導熱體、過熱保護、冷卻電源一套。 2、PT100溫度傳感器-50---500℃2只 3、PT100溫度變送器輸出信號：4～20mA DC 二線制工作電壓： 12V DC ) 精度等級： 0.2%， 4、K型熱電偶-50—600度1個精度等級： 0.2%， 5、工業(yè)水銀溫度計（0—300℃）1只 6、可控硅調壓模塊：全隔離單相交流可控硅調壓模塊；控制信號：4-20mADC 1個 溫度變送器。 | 一套 | |
| 18 | 液位傳感器 | 液位變送器 量程：0-30cm（智能儀表參數(shù)DIH=30） 輸出信號：4-20mADC 二線制DC24V 精度0.5級 配置基本的水箱、管路、智能調節(jié)器、電磁泵等，利用不同工業(yè)液位測量傳感器，組成多種液位檢測系統(tǒng)， | 一套 | |
| 19 | 渦輪流量傳感器 | 配置基本的水箱、管路、智能調節(jié)器、電磁泵等，利用不同工業(yè)流量傳感器，組成多種流量檢測系統(tǒng)，（1）量程：選0-800L/h；（2）輸出信號：4-20mADC；（3）精度：0.2級。 | 一套 | |
| 20 | 智能電動調節(jié)閥 | 等百分比特性內置侍服放大器,稀土永磁同步電機,體積小,力矩大.工作電壓 24VAC，輸入電流4-20mADC | 一臺 | |
| 21 | 虛擬儀器卡及軟件 | 該數(shù)據(jù)處理卡功能強大兼容：Labviewv10.0、MCGS組態(tài)軟件、ZIGBEE無線傳感器網(wǎng)、VCVB、Dephi、WINCE、linux等嵌入式操作系統(tǒng)。24路12位單端AD輸入，輸入信號量程0~+5V/0~+10V/-5~+5V/-10~+10V | 1套 | |
| 22 | 容柵傳感器 | 量程：99mm、顯示精度：1μm、 | | |
四．課題設計內容：
1. 霍爾開關傳感器—轉速測量實驗
2. 光電式傳感器—轉速測量實驗
3. 光電反射式傳感器—物件計數(shù)實驗
4. 渦流接近開關傳感器—金屬物件檢測及計數(shù)實驗
5. 色標傳感器—物件顏色檢測實驗
6.信號調理實驗
7.數(shù)據(jù)采集實驗
8.直流電機轉速測量與控制系統(tǒng)設計
9.電子稱的設計、應變式稱重傳感器測量實驗
10..直流電機綜合控制實驗
11. 電渦流傳感器計數(shù)實驗。
12.移傳感器測量實驗
13.電感位移測量傳感器實驗
14．課程創(chuàng)新設計開發(fā)等創(chuàng)新實驗
15.創(chuàng)新軟件界面的開發(fā)設計、轉速控制等實驗
16．格雷碼及其優(yōu)點的認識實驗。
17．格雷碼與純二進制碼之間轉換的認識實驗；
18．純二進制碼與十進制碼之間轉換的認識實驗；
19． 8位格雷碼標準輸出實驗。
20.光電編碼傳感器測量安裝工藝實驗
21．數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)控制實驗
22．數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)計量實驗
23．數(shù)據(jù)采集線性分析實驗
24．光電編碼傳感器的比較實驗
25．電機的轉速與編碼器的輸出關系分析實驗
26．工業(yè)模擬環(huán)形帶流水線控制作業(yè)實訓綜合實驗
信號調理實驗：
1數(shù)據(jù)采集
2頻率混疊和采樣定理
3采樣信號量化誤差分析
4常用數(shù)字信號生成實驗
5常用數(shù)字信號分析算法實驗
6典型信號的時域波形分析
7典型信號的頻譜分析
8典型信號的相關分析
9典型信號的概率密度分析
10FFT譜分析中的能量泄漏
11FFT譜分析中的能量泄漏
12用窗函數(shù)提高FFT譜精度
13窗函數(shù)在譜分析中的作用
14信號幅度調制與解調實驗
15FIR濾波器設計與應用實驗
16IIR濾波器設計與應用實驗
17.一階系統(tǒng)動態(tài)響應特性參數(shù)測定實驗
18.用脈沖激勵法測定振動系統(tǒng)模態(tài)參數(shù)
19.濾波器設計與應用實驗
20.二 階系統(tǒng)動態(tài)響應特性參數(shù)測定實驗
(控制實驗舉例)
1、 水箱單容特性實驗
2、 電動閥流量特性實驗
3、 變頻器流量特性實驗
4、 溫度特性實驗
5、 壓力特性實驗
6、 電動調節(jié)閥支路單容液位控制實驗
7、 變頻器支路液位控制實驗
8、 電動調節(jié)閥支路流量控制實驗
9、 變頻器支路流量控制實驗
10、 溫度控制實驗
11、 渦輪流量測控實驗
12、 上水箱液位與電動閥支路流量串級控制實驗
13、 溫度串級實驗
14、 溫度流量串級控制實驗
15、 溫度與溫度的串級控制實驗
16、 單閉環(huán)比值流量控制實驗
17、 隨動流量比值控制實驗
18、 下水箱液位流量前饋反饋控制實驗
19、 鍋爐內膽溫度流量前饋反饋控制實驗
20、 液位溫度解耦控制實驗
21、 上水箱雙容液位解耦控制實驗
22、 22、Smith預估控制實驗
23、 23、研究分析不同PID參數(shù)值對控制系統(tǒng)的動態(tài)特性、靜態(tài)特性的性能影響與評價
24、 26、利用MCGS中文組態(tài)軟件和實驗裝置，進行組態(tài)工程編程訓練實驗
五、數(shù)據(jù)處理采集：多功能工業(yè)測控板
該數(shù)據(jù)處理卡功能強大兼容：VIHY10.2、MCGS組態(tài)軟件VCVB、Dephi、WINCE、linux等嵌入式操作系統(tǒng)。是一種綜合性的采集控制板卡，不但能夠滿足多種教學需求還能夠滿足用戶的開發(fā)設計需求，用戶可以自己編寫軟件下載更新程序。
硬件功能指標為：
（1）8路光耦隔離輸出，8路光耦隔離輸入；
（2）16路IO輸入輸出；
（3） 24路12位單端AD輸入，輸入信號量程0~+5V/0~+10V/-5~+5V/-10~+10V可選；其中AIN1~AIN8可以輸入0~+20mA或-20~+20mA電流信號。每一路輸入信號都可實現(xiàn)1~100倍的信號放大。
（4）2路12位DA輸出，輸出信號量程0~+5V/0~+10V/-5~+5V/-10~+10V可選；
（5）2路標準RS232和1路RS485/422（半雙工）通訊接口；
（5）2路標準RS232和1路RS485/422（半雙工）通訊接口；
（6）擴展主從機RS232/USB、485通訊接口；
（7）+5V，±12V供電；
（8）4層工業(yè)PCB板設計，全部選用工業(yè)級器件，適用環(huán)境溫度－20～65℃；
（8）4層工業(yè)PCB板設計，全部選用工業(yè)級器件，適用環(huán)境溫度－20～65℃；
（9）軟件驅動：
上位機驅動程序：
VIHY10.2版虛擬儀器、VCVB：傳感器特性界面、線性分析。
Dephi、WINCE、linux等嵌入式操作系統(tǒng)
軟件主要特點：可視化、圖形化編程目前它在實驗室中的應用已經十分廣泛，尤其廣泛應用于各類自動檢測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)監(jiān)視、分析系統(tǒng)中。測控系統(tǒng)的組成如下圖所示。
