动态压力风洞实验数据处理软件
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第一章绪论 (1)
1.1风洞数据采集系统特点 (1)
1.2风洞数据采集系统现状与发展 (2)
1.3本软件主要功能特点 (3)
第二章动态压力测量方法 (5)
2.1 测压导管的传递函数 (5)
2.2 两通道的传递函数 (6)
2.3 不同外径导管传递函数的模值比和相位差 (7)
2.4 动态数据处理技术 (11)
2.5 结论 (12)
第三章动态压力风洞实验数据处理软件的设计与实现 (13)
3.1 软件需求分析 (13)
3.2 软件功能设计 (14)
3.3软件流程设计 (15)
3.4 软件界面设计 (17)
第四章动态压力数据处理系统调试 (24)
4.1 动态线性度检定 (24)
4.2 动态误差限检定 (24)
第一章绪论
1.1风洞数据采集系统特点
风洞是进行空气动力学研究的重要试验装置。风洞试验装置包括测量系统、数据采集系统、模型姿态及控制系统、风速控制系统等。风洞试验中要采集大量的数据，主要有试验模型的升力、阻力、力矩、模型表面压、温度、洞体压力、模型角度等，这些数据依靠热线风速仪、压力扫描阀、应变天平、激光位移计、加速度传感器等进行量测。早期，风洞试验为人工读数和手动方式，试验周期长，数据量大，试验精度低，处理周期长。为了提高风洞试验效率、试验精度及试验水平，从20世纪70年代开始，各风洞逐步引入了数据采集系统。由数据采集系统负责将来自天平或压力传感器等测量系统的电信号转化成数据，通过多通道数据采集板，把传感器送出的模拟信号转化成数字信号送计算机存储。
风洞数据采集系统具有如下特点:
(1)高速、高精度、具有强的抗干扰能力
风洞试验数据的精度直接影响到试验对象的空气动力学设计的正确性。风洞数据采集系统应具有高速、高精度、具有强的抗干扰能力。气动力系数中模型的阻尼系数△CX的试验精度要达到0.0001，风洞各参数测量精度要求为总压精度0.07%，静压精度0.07%，总温精度1%，法向力精度0.08%，轴向力精度0.08%，迎角精度0.01%。
目前计算机技术在速度和内存量等方面不断提高，为高速、高精度、多路并行采集以及实时数据传输等创造了必要的条件。单路A/D数据采集系统来分时采集的多路数据采集系统在风洞试验中己成为基本配置，但其不能满足真正的实时、同步采集的要求。并行动态数据采集系统已成为一个基本的发展趋势。它将多路A/D采集电路并行处置，用同一个触发信号同时启动各路A/D进行编码，保证了各路信号采集的严格同步性，对某瞬态时刻各路信号的分析具有十分重要的意义。同时由于不再使用模拟开关，使各路信号间的串模干扰减到了最小，系统精度可获得进一步提高。
(2)采集参数多，点数多
风洞试验主要有常规测力、测压试验、流场校测、动态试验等。常规试验中采集参数有六分量天平信号、风速、试验段压力、模型底部压力、大气压、风洞的洞温、室温，大约二十几个参数。模型表面压力采集参数有几十点到上千点。流场压力采集数据的点较多，一般风洞从几百点到几千点。动态试验参数有脉动压力及各种交变振动信号，一般几点到几十点。由于采用压力传感器配常规数据采集系统测得可测点数较少。当需测点数较多时，则普遍采用电子扫描阀一测压或者用压敏漆技术实现光学测压。
(3)具备数据实时采集、存储、调用、分析、输出等功能
能进行实时数据的自动采集与处理，能实时显示重要的试验参数，能保存采集的原始数据和实时计算的结果数据，能将实时显示数据发送到用户工作间内的显示系统中，要求风洞数据分析处理系统能接收和保存由数据采集计算机发送来的数据结果，能建立风洞吹风的数据库，能查看、调用数据库，能对每次的数据进行综合分析，能在高分辨率的图形屏幕上显示供给综合分析用的数据与曲线，能打印和绘图输出数据。能通过网络与控制系统计算机联系，有自检、自校能力。为达到这些要求，风洞数据采集系统需配置高性能、高速度、大容量、高可靠性的计算机系统。配置高性能数据库管理软件，要求人机界面美观、使用方便。配置高速打印机(激光打印机)，可读写光驱，绘图仪，高分辨率彩色图形显示器等。
1.2风洞数据采集系统现状与发展
风洞数据采集系统从20世纪70年代到现在，已经更新了几代，采集速度从每秒几十次己提高到每秒几十万次，精度从0.5%提高到0.02%。从风洞数据采集系统用途上可分为常规数据采集系统和高速数据采集系统。
(1)风洞常规数据采集系统
风洞常规数据采集系统用于风洞稳静态试验，是指常规测力、测压试验。该系统一般采用巡回扫描式采集系统结构形式，一个系统有几十个到几百个数据采集通道，利用多路采样开关共用一个A/D转换器。目前，国内外风洞中正在使用的常规数据采集系统有:Neff62O数据采集系统、PRESTON数据采集系统、HD2000数据采集系统、ODYSSEY数据采集系统、PACIFL6000数据采集系统、PC机数据采集系统。目前风洞常规试验要求系统速度10Oks/s，通道数从64路~128路，
精度0.02%。传感器精度不提高，过高的提高系统精度无意义。动态试验每通道一个16位A/D速率100ks/s，精度0.1%足够。前面的几种系统基本满足风洞试验要求。
(2)风洞高速数据采集系统
风洞高速数据采集系统用于风洞动态试验，该系统各数据采集通道并行工作，每个通道具备一个高频响放大器、一个高速A/D转换器、一个大容量存储器及一个高速DSP数字信号处理器。高速数据采集系统的核心是高速高精度的A/D 转换器和数字信号处理器。这两种芯片近年来得到了极为迅速的发展。例如Nat1onal公司的 ADC081000型高速A/D转换器，其转换速度高达1000Ms/s，分辨率达sbit。又如Tl公司的nSP芯片从TMS320C3X系列己发展到TMS32OC64x 钾，而且处理的内容和能力大大加强。风洞高速数据采集系统另一个重要方面是信号的采集、显示、存储、传输和处理的软件技术，在此基础上，产生了虚拟仪器技术，可以灵活的集成数据采集系统。对系统用软面板进行操作和控制，可以实时监视测量参数或与处理结果(如平均值、谱分析FFT、数字滤波、工程单位转换等)。还可以将采集存储的数据作事后处理，以得到各种所需的试验结果的图形、曲线、图表等，并能够又快又好的得到测试结果或
试验报告，大大提高了试验的效率。
为适应不同场合应用，可形成不同的结构大致有单独专用数据采集系统，插卡式总线数据采集系统，分布式采集系统，网络式采集系统等。风洞动态试验要求采集的速率越来越高。因此采集的方式，从扫描式采集发展到并行采集，近年来还出现了交替式采集，将通道采样速率提高到IGs/s的水平，并能够以较高的采样速率实现长时间的稳态数据采集和具有实时在线监控功能。风洞与计算机一体化将会使风洞试验效率和试验质量大幅度的提高。风洞试验效率的提高，不仅表现在过程控制的自动化方面，而且，测力、测压一体化试验，发动机与机体一体化试验，以及静态、动态一体化试验也都是未来的发展方向。
1.3本软件主要功能特点
低速风洞数据采集系统，包括硬件设计与软件设计两方面。设计时考虑到虚拟仪器的诸多优点，加上Pxl总线具有大吞吐量、高数据传输、高可靠性、良好
的电磁兼容性和抗干扰能力等优点，所以将虚拟仪器技术和PXI总线技术引入了风洞试验数据采集领域，采用“硬件Pxl体系结构+软件平台Labwindows/CVI”的开发模式，开发了一套先进的风洞数据采集系统。
在研究过程中应着重解决的如下问题:
(1)应用虚拟仪器技术实现基于PXI平台的风洞数据采集系统硬件，使之达到
设计技术指标要求并且工作稳定。特别是消除和隔离风洞现场的干扰对数据采集系统的影响。
(2)通过分析用户需求，设计并开发基于Labwindows/CVI软件平台的风洞数据采集系统软件，使之能够管理试验过程，实现数据采集和数据处理等功能。特别是数据采集和多线程编程技术。
(3)实现风洞数据采集系统、模型姿态控制系统、速压控制系统等风洞子系统
的以太网连接，在网络上实现系统数据共享和集中管理。
(4)在标准信号下，对该数据采集系统软、硬件的功能、指标及实用性、可靠
性进行验证性测试。
第二章 动态压力测量方法
测量动态压力的最好办法是在机翼表面直接安装动态压力传感器，它既不会产生幅值的衰减，又不会产生相位平移。但是受条件所限，不可能在模型表面安装大量的微型动态压力传感器，同时由于试验中脉动频率小于2Hz ，因此考虑用一段测压管连接压力传感器的方式进行动态压力测量，并对用测压管进行动态压力测量的可行性进行了详细研究。
2.1 测压导管的传递函数
主要方法是测量不同长度和管径的测压导管对脉动压力幅值和相位的影响。如图2.22所示，我们用信号发生器和功率放大器驱动扬声器，产生所需频率范围的声波，由于扬声器发出的声波在自由空间中是以球面波的形式传播的，因此根据声波导管理论，只要生源的频率低于声波导管的截止频率，在管中就能产生唯一的平面波。因此为了得到同相位、同幅值的声压脉动，在扬声器后加装了一个长350mm ，直径为80mm 的有机玻璃管。由声波导管理论可以知道圆柱形管中声波导管的截止频率为：
Hz r c f c 4.251204
.014.3234384.1284.10=??==π （2-9） 在此频率下导管中得到的就是平面波。平面波的特点是：声波仅沿x 方向传播，而在yz 平面上所有质点的振幅和相位均相同。利用平面波的这种同振幅、同相位的特征，使得两路传感器的输出端信号存在可比性，为最终确定导管的压力传递函数提供条件。借助圆截面声波导管在管中形成的平面声场，可以获得测试用标准压力脉动。将其中一个传感器直接安装在测试面上，另一个传感器则通过一根需要进行测试的测压导管连接。这样直接安装在测试面上的传感器可以直接感受压力的脉动，而另一个传感器感受到的信号则经过了导管的衰减和相位评议，通过比较这两个信号可以评估测压导管对动态压力测量的影响，并且得到测压导管的传递函数。
图2.1 测压导管传递函数测量装置
2.2 两通道的传递函数
为了得到测压导管的传递函数，首先需要确定无导管情况下两通道的传递函数。如同2.23所示，设各个环节都为线性系统，A 通道的传递函数为：
)
()
()(t j A t j A A e X e Y j K A ωφωω+= (2-10)
B 通道的传递函数为： )()
()(t j A t j B B e
X e Y j K B ωφωω+= (2-11)
则： )()
()()(B A t j B t j A B A e Y e Y j K j K φωφωωω++=
(2-12)
图2.2 无导管时两通道传递函数确定装置
有导管时，如图2.24。通道A 传递函数为：
)(')()(t j A t j A
A e X e Y j K A ωφωω+=‘ (2-13)
通道B 的传递函数为：
)
(')
('00)()(t j A t j B B e X e Y j K j K ωφωωω+= (2-14)
其中)(0ωj K 为测压导管的传递函数。因此： )
()()(')(')(')(')(')('0000)()()(1)(B A A B A B B t j B t j A t j A t j B B A t j A t j B B t j A t j B e Y e Y e Y e Y j K j K e Y e Y j K e X e Y j K φωφωφωφφωφωφφωωφφωωωωω++++++++++?=?=?=(2-15)
因此通过确定无导管和有导管时A 、B 通道间的传递函数，就可以确定导管的传递函数。
图2.3 有导管时两通道传递函数确定装置
2.3 不同外径导管传递函数的模值比和相位差
分别对外径为Φ1.2mm 、Φ1.5mm 、Φ2.0mm 、Φ2.5mm 不同长度的导管进行测量。测量结果如图2.25所示，分别为不同长度导管的传递函数的模值比和相位差。
幅值相位（a）Φ2.5mm导管的频率响应特性
幅值相位（b）Φ2.0mm导管的频率响应特性
幅值相位（c）Φ1.5mm导管的频率响应特性
（d ）Φ1.2mm 导管的频率响应特性
图2.25 测压导管实验测量结果 从途中可以看出，该系统在一官场和管径范围内，表现出二阶系统的一些特性。正因为如此，可以按二阶系统重新处理数据，进而进一步分析官长和管径对这个二阶系统特性如：阻尼比、固有频率、静态增益等的影响。
将原始数据进行“二阶系统传递函数”的拟合。标准二阶系统的传递函数为：
202200
20212)(1?????????? ??+???????????? ??-=+-=ωωξωωωωξωωK j K
M (2-16) 令21K a =，2
022)24(ωξK b -=，4021ωK c =，22)2x f πω（==,21M y =，
则得到二次函数为：2cx bx a y ++=，并通过最小二乘法拟合实验数据得到。其中r F πω20=。
处理后的结果如图2.26所示。
幅值 相位
幅值相位（a）Φ2.5mm导管的频率响应特性
幅值相位（b）Φ2.0mm导管的频率响应特性
幅值相位（c）Φ1.5mm导管的频率响应特性
幅值相位
（d）Φ1.2mm导管的频率响应特性
图2.26 测压导管数据处理后的结果
并且得到了系统的阻尼比和固有频率，见表2.6
表2.6 不同长度和管径导管的固有频率和阻尼比
2.4 动态数据处理技术
在动态试验过程中，由于大迎角气流分离引起的流动的不重复性以及模型作
高频振动时的惯性力和气流分离非定常涡流动引起的结构振动等造成测量数据离散性很大，有用信号淹没在背景噪声之中，无法获取所需要的测量结果，因此需要进行特殊处理。
首先在数据采集时采用低通滤波器，滤掉一些无用的高频信号。同时数据的采集过程采用多周期的锁相采集，并对获得的多周期数据进行相位平均处理。然后又设计了数字滤波处理软件，以除去背景噪声，消除数据的振荡现象。
2.5 结论
从处理后的结果可以看出，相同管径下，随着管长L的减小，固有频率r F逐渐增大，阻尼比ξ逐渐减小。但注意到Φ2.0mm和Φ2.5mm的导管，分别在L=200mm时出现相反趋势，即ξ随着L减小逐渐增大。分析实验过程可知，在设备连接过程中使用了内径较小（0.7mm）的塑料管连接压力传感器和待测管道。当Φ1.2mm和Φ1.5mm时，待测管道本身的内径也较小，所以没出现相反趋势；而Φ2.0mm和Φ2.5mm时待测管道本身的内径比塑料管大较多，当L较长时，塑料管的影响较小，不至于改变ξ减小的大趋势。但当L较短时，塑料管与待测管道的相对长度增大，对实验结果影响增大，改变了ξ的变化趋势。相同管长下，
F逐渐增大，阻尼比ξ逐渐减小。
随着管径Φ的增大，固有频率
r
通过以上分析，在模型上选用的测压管为外径为2.0mm、长度为300mm的测压导管。可以看出，这样的导管在频率10Hz以下，对动态信号的幅值没有影响，相位平移也较小，基本可以忽略，可以满足目前动态压力测量的需要。
为了验证用导管进行动态压力测量的准确性，还在模型上个别安装了几个动态压力传感器，并对测量结果进行了比较，结果表明用测压导管完全可以进行低频的动态压力测量，测量结果可靠。
第三章动态压力风洞实验数据处理软件的设计与实现
本章首先进行了风洞采集系统软件的需求分析，在对风洞试验过程分析、风洞试验数据采集需求分析的基础上，提出了软件功能要求，并对软件程序模块进行了划分，设计了程序界面，并介绍了关键程序的设计。
3.1 软件需求分析
3.1.1 风洞实验过程分析
根据用户的习惯，风洞试验是根据实验计划表，按车次进行的。
（1）试验计划表
用户在试验前要编制试验计划表。试验计划表是根据试验任务和试验大纲编写的。试验计划表可分为试验计划总表和试验计划详细表两种。
(2)车次
车次是由固定模型姿态变风速或固定风速变模型姿态的一组测量点组成的。一个车次是由多个测量点组成的，一个测量点即为在规定风速和模型姿态情况下的一次数据采集，一次数据采集有多个被采的参数，每个被采的参数即为一个通道。
3.1.2 风洞试验数据采集需求
在风洞试验过程中，数据采集分初读数采集和吹风采集两步进行。
(1)初读数据采集
对于一个吹风车次的试验，首先在不吹风的情况下采集天平、应变天平、速压、温度传感器、大气压等的初读数。初读数采集分为单点采集和逐点采集两种方式，每次采集到的各通道数据需要把原始值和平均值分别保存起来。
(2)吹风数据采集
在吹风情况下，采集天平、应变天平、速压、温度传感器、大气压等的吹风数据，从吹风平均值中扣除对应测量点的初读数平均值即为平均差值，再由平均差值经标度变换得到所需的工程量。吹风数据文件需要把原始值、平均值、平均差值和工程量分别保存起来。
3.1.3软件功能需求
(l)运行试验计划:在已经编制的试验计划中，选取一条运行项目，按其中的试验参数管理试验过程;
(2)数据采集:当试验参数控制到给定条件时，以静态方式或动态方式采集所需要的多个参数，并存储原始数据;
(3)数据处理:当采集试验数据完成后，按设定的试验参数处理方式分析数据，并保存到与试验计划相对应的试验数据库中;
(4)数据采集模块、模型姿态及试验辅助控制模块和试验监视模块由以太网络连接。在网络上实现系统数据共享和集中管理。
3.1.4 开发平台及运行环境
(1)开发工具:Labwindows/CVI7.1
(2)操作系统:Windows2000/WindowsXP/WindowsNT
(3)计算机:IPC一H43221控机
3.2 软件功能设计
由于数据采集模块由一台工控机完成，同时具有试验计划管理功能。软件包括主控模块和相应的功能子模块。具有通道选择、参数设置功能，实现64个通道的静态数据及24个通道的动态数据的采集、显示和保存。具有符合用户需求的数据分析处理功能。软件功能划分如图3.1所示。
图3.1数据采集系统软件模块
(1) 64通道的静态数据采集
①选择通道，进行通道参数设置(放大倍数，滤波频率)。
②采样频率在采集卡的允许范围内可选。
③采用低通数字滤波，抑制工频干扰。
④采样数据长度根据需要可选。
⑤采集数据的文件存储格式有文本和二进制两种，兼容后续处理。
⑥采集数据的曲线显示。
⑦数据采集和保存。
(2)24通道的动态数据采集
①选择通道，进行通道参数设置(放大倍数，同步方式，滤波频率)。
②采样频率在采集卡的允许范围内可选。
③采样数据长度根据需要可选。
④数据采集文件存储格式兼容后续处理。
位论文风洞数据采集系统设计与实现
⑤采集数据的曲线显示设置与曲线显示。
⑥数据采集和保存。
(3)试验数据的分析和处理
根据用户的需求进行试验数据的分析、处理和浏览。
(4)文件管理模块
①试验运行计划管理。在不同的状态下，编辑、浏览、调度试验计划，保存所有的试验模式和相应的参数;
②保存采集的试验数据文件;
③保存试验数据的分析和处理结果文件;
(5)通信模块
通信功能的实现基于以太网、采用TCP/IP协议完成数据测量子系统与速压子系统、模型姿态及试验辅助子系统之间的数据通信。
3.3软件流程设计
根据用户需求和软件功能模块，对于一个试验车次的开车流程有了清晰的理
解，可以根据试验车次任务的性质，用试验条件控制、数据采集、试验数据分析与处理和试验数据管理等任务来架构数据采集系统软件。其基本过程如下: (1)选取试验模式，试验计划预先编制好，以Exoel表的形式存放，根据试验模式读取试验计划表;
(2)向模型姿态控制系统、速压控制系统传递试验模式信息，并读取速压稳定信号(等待返回信号);当模型姿态到位，速压到达指定条件时，即可开始采集数据，否则一直等待:
(3)采集通道设置与通道参数设置;
(4)采集数据;
(5)采集完毕信号发给模型姿态控制系统、速压控制系统;
(6)判断该试验模式是否结束;
(7)数据处理和分析;
(8)重新开始试验模式选择，进行新的试验车次运行;若不选择，则停车。
将上述过程进行归纳，最后得到风洞数据采集的流程如下图。
图3.2 动态数据处理软件留下横设计
3.4 软件界面设计
（1）主控模块界面
主控模块界面功能主要是实现静态、动态数据采集选择，并将试验基本信息作一记录。
图3.3 主控模块界面
（2）动态数据采集界面
（3）通道测试界面
流体压强的测量 1.1 流体粘度测量 1、 毛细管粘度计 毛细管粘度计是根据圆管层流的泊肃叶定律设计的。图1.1是一种毛细管粘度计的结构示意图。当被测流体定常地流过毛细管时，流量Q 与两端压差Δp 、管径R 、毛细管长度l 及流体粘度μ有关，在确定的毛细管上测量一定压差作用下的流量，即可计算流体粘度μ： （C3.4.11） 对非牛顿流体，用毛细管粘度计测得的是表观粘度μa 。毛细管粘度计结构简单，价格低，常用于测定较高切变率（ >102 s –1）下的粘度。缺点是试测费时间，不易清洗，由于管截面上切变率分布不均匀、试样液面表面张力及管径突然变化对结果可造成误差。主要适用于牛顿流体。有的毛细管粘度计采用平板狭缝式。 图3.1.1 图3.1.2 2、落球粘度计 Q P l R ?πμ84=γ
刚性圆球在粘性流体中匀速运动时阻力可用斯托克斯公式计算，相应的粘度为 （1.1） 上式中 d 为圆球直径，W 为圆球重量，V 为运动速度。落球粘度计就是根据此原理设计的，方法简单易行，但精度较低，一般用于粘度较大的流体(图3.1.2)。 3、同轴圆筒粘度计 同轴圆筒粘度计属于旋转式粘度计，结构如图1.3所示，主要由两个同轴的圆柱筒组成，筒间隙内充满被测液体。当外圆筒以一定角速度旋转时，间隙内液体作纯剪切的库埃塔流动，因此同轴圆筒粘度计又称库埃塔粘度计。测量外圆筒的旋转角速度ω及内圆筒的偏转力矩M 可计算液体的粘度（或表观粘度）及其他参数。 对牛顿流体，ω-M 曲线是通过原点的斜直线，由其斜率M / ω计算粘度 （1.2） 式中a 、b 、h 分别为内外圆筒半径和液柱高。对非牛顿流体测得的是表观粘度μa ，并可根据测得的流动曲线计算非牛顿流体的各种特征参数。 圆筒粘度计的主要缺点是圆筒间隙内的切变率分布不均匀，为减少测量非牛顿流体表观粘度的误差, 间隙应尽量小。圆筒粘度计适用于各种粘度、各种切变率的牛顿粘度测量，容易校准，使用方便，得到广泛应用。 V d W π3=μωμM b a h )11(π4122-=
动态压力风洞实验数据处理软件 使用手册
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第一章绪论 1.1风洞数据采集系统特点 风洞是进行空气动力学研究的重要试验装置。风洞试验装置包括测量系统、数据采集系统、模型姿态及控制系统、风速控制系统等。风洞试验中要采集大量的数据，主要有试验模型的升力、阻力、力矩、模型表面压、温度、洞体压力、模型角度等，这些数据依靠热线风速仪、压力扫描阀、应变天平、激光位移计、加速度传感器等进行量测。早期，风洞试验为人工读数和手动方式，试验周期长，数据量大，试验精度低，处理周期长。为了提高风洞试验效率、试验精度及试验水平，从20世纪70年代开始，各风洞逐步引入了数据采集系统。由数据采集系统负责将来自天平或压力传感器等测量系统的电信号转化成数据，通过多通道数据采集板，把传感器送出的模拟信号转化成数字信号送计算机存储。 风洞数据采集系统具有如下特点: (1)高速、高精度、具有强的抗干扰能力 风洞试验数据的精度直接影响到试验对象的空气动力学设计的正确性。风洞数据采集系统应具有高速、高精度、具有强的抗干扰能力。气动力系数中模型的阻尼系数△CX的试验精度要达到0.0001，风洞各参数测量精度要求为总压精度0.07%，静压精度0.07%，总温精度1%，法向力精度0.08%，轴向力精度0.08%，迎角精度0.01%。 目前计算机技术在速度和内存量等方面不断提高，为高速、高精度、多路并行采集以及实时数据传输等创造了必要的条件。单路A/D数据采集系统来分时采集的多路数据采集系统在风洞试验中己成为基本配置，但其不能满足真正的实时、同步采集的要求。并行动态数据采集系统已成为一个基本的发展趋势。它将多路A/D采集电路并行处置，用同一个触发信号同时启动各路A/D进行编码，保证了各路信号采集的严格同步性，对某瞬态时刻各路信号的分析具有十分重要的意义。同时由于不再使用模拟开关，使各路信号间的串模干扰减到了最小，系统精度可获得进一步提高。 (2)采集参数多，点数多
数字显示压力测量系统设计 一、数字显示仪表的设计原理 工业生产过程中常用的数字式仪表有数字式温度计、数字式压力计、数字流量计、数字电子秤等。数字式仪表的出现适应了科学技术及自动化生产过程中高速、高准确度测量的需要，它具有模拟仪表无法比拟的优点。数字仪表的主要特点有：准确度高、分辨率高、无主观读数误差、测量速度快、能以数码形式输出结果。同时数字量传输信息，可使得传输距离不受限制。 数字仪表按工作原理可分为：带微处理器的和不带微处理器的。不带微处理器的仪表，通常用运算放大器和中、大规模集成电路来实现；带微处理器的仪表，是借助软件的方式来实现有关功能。 1.传感器输出信号的特点： （1）传感器的输出会受温度的影响，有温度系数变化。 （2）传感器的输出顺着输入的变化而变化，但之间的关系不一定是线性比例关系。 （31传感器的动态范围很宽。 （4）传感器的种类多，输出的形式也多种多样。 （5）传感器的输出阻抗较高，到测量电路时会产生较大的信号衰减。 2.传感器信号的二次变换 根据上述的传感器输出信号的特点来看，传感器输出的信号一般是能直接用于仪器、仪表显示作控制信号用，往往需要通过专门的电子电路对传感器输出信号进行“加工处理”。如将微弱的信号给予放大，经过滤波器将有害的杂波信号滤掉，将非线性的特性曲线线性化，如有必要再加温度补偿电路。这种信号变换一般称为二次变换。完成二次变换的电路称为传感器电子电路，一般也称为测量电路，仪表电子电路或调理电路。
3.传感器二次变换的组成 传感器电子电路主要是模拟电路，它与数字电路一样，是由一些单元电路组成。这些单元电路有：各种信号放大电路、有源及无源滤波电路、绝对值检测电路、峰值保持电路、采样.保持电路、A/D及D/A 变换电路、V/F及F/V变换电路、调制解调电路温度补偿电路及非线性特性化补偿电路等。 4.传感器信号的调理电路 信号调理是指测量系统的组成部分，它的输入时传感器的输出信号，输出为适合传输、显示、记录或者能更好的满足后续标准设备或装置要求的信号。信号调理电路通常具有放大、电平移动、阻抗匹配、滤波、解调功能。 传感器输出信号通常可以分为模拟量和数字量两类。对模拟量信号进行调整匹配时，传感器的信号调理环节相对复杂些，通常需要放大电路、调制与解调电路、滤波电路、采样保持电路、A/D及AD/A 转换电路等。而对于数字量信号进行调理匹配时，通常只需使信号通过比较器电路及整形电路，控制計数器技术即可。 5.DVM的概述 模拟式电压表具有电路简单、成本低、测量方便等特点，但测量精度较差。数字电压表（DVM），以其功能齐全、精度高、灵敏度高、显示直观等突出优点深受用户欢迎。DVM应用单片机控制，组成智能仪表；与计算机接口，组成自动测试系统。目前，DVM多组成多功能式的，因此又称数字多用表。 DVM是将模拟电压变换为数字显示的测量仪器，这就要求将模拟量变换成数字量。这实质上是个量化过程，即将连续的无穷多个模拟量用有限个数字表示的过程，完成这种变换的核心部件是A/D转换器，最后用电子计数器计数显示，因此，DVM的基本组成是A/D 转换器和电子计数器。 二、压力测量数显系统设计 测量系统的整机电路包括：P3000S-102A压力传感器、恒流源、
第五节垂直角的测量方 法 一、垂直角测量原理 1．垂直角的概念 在同一铅垂面，观测视线与水平线之间的夹角，称为垂直角，又称倾角，用α表示。其角值围为0?～±90?。如图3-11所示，视线在水平线的上方，垂直角为仰角，符号为正（+α）；视线在水平线的下方，垂直角为俯角，符号为负（－α）。
图3-11 垂直角测量原理 2．垂直角测量原理 同水平角一样，垂直角的角值也是度盘上两个方向的读数之差。如图3-11所示，望远镜瞄准目标的视线与水平线分别在竖直度盘上有对应读数，两读数之
差即为垂直角的角值。所不同的是，垂直角的两方向中的一个方向是水平方向。无论对哪一种经纬仪来说，视线水平时的竖盘读数都应为90?的倍数。所以，测量垂直角时，只要瞄准目标读出竖盘读数，即可计算出垂直角。 二、竖直度盘构造 如图3-12所示，光学经纬仪竖直度盘的构造包括竖直度盘、竖盘指标、竖盘指标水准管和竖盘指标水准管微动螺旋。
图3-12 竖直度盘的构造 竖直度盘固定在横轴的一端，当望远镜在竖直面转动时，竖直度盘也随之转动，而用于读数的竖盘指标则不动。 当竖盘指标水准管气泡居中时，竖盘指标所处的位置称为正确位置。 光学经纬仪的竖直度盘也是一个玻璃圆环，分划与水平度盘相似，度盘刻度0?～360?的注记有顺时针方向和逆时针方向两种。如图3-13a所示为顺时针方向注记，如图3-13b所示为逆时针方向注记。
竖直度盘构造的特点是：当望远镜视线水平，竖盘指标水准管气泡居中时，盘左位置的竖盘读数为90?，盘右位置的竖盘读数为270?。 三、垂直角计算公式 由于竖盘注记形式不同，垂直角计算的公式也不一样。现在以顺时针注记的竖盘为例，推导垂直角计算的公式。 a ） b ） 图3-13 竖直度盘刻度注记（盘左位置）
压力表工作原理及结构 用来测量气体或液体压力的工业自动化仪表，又称压力表或压力计。垂直均匀地作用于单位面积上的力称为压力，又称压强。压力表可以指示、记录压力值并可附加报警或控制装臵。仪表所测压力包括绝对压力、大气压力、正压力（习惯上称表压）、负压 (习惯上称真空)和差压。 图1各种压力间的关系表示各种压力间的关系。工程技术上所测量的多为表压。压力的国际单位为帕(Pa)。压力的其他单位还有：工程大气压(kgf/cm2)、巴(bar)、毫米水柱(mmH2O)、毫米汞柱(mmHg)(即托)等。 压力是工业生产中的重要参数。如高压容器的压力超过额定值时便是不安全的，必须进行测量和控制。在某些工业生产过程中，压力还直接影响产品的质量和生产效率，如生产合成氨时，氮和氢不仅须在一定的压力下合成，而且压力的大小直接影响产量高低。此外，在一定的条件下，测量压力还可间接得出温度、流量和液位等参数。 弹性式压力测量仪表利用各种不同形状的弹性元件在压力下产生变形的原理制成的压力测量仪表。弹性式压力测量仪表按采用的弹性元件不同分为弹簧管压力表、膜片压力表、膜盒压力表和波纹管压力表等；按功能不同分为指示式压力表、电接点压力表和远传压力表等。这类仪表的特点是结构简单，结实耐用，测量范围宽(-0.1～1500兆帕)，是压力测量仪表中应用最多的一种。 一、压力表 1.1、压力表的工作原理 弹簧管压力表又称为波登管压力表。压力表中的弹簧的自由端是封闭的，它通过拉杆带动扇形齿轮转动。测压时，弹簧管在被测压力作用下产生变形，因而弹簧管自由端产生位移，位移量与被测压力的大小成正比，使指针偏转，在度盘上指示出压力值。如果表壳内通有大气，压力表测出的压力为正压或负压;如果将表壳密封并抽真空,压力表测出的压力就是绝对压力。弹簧管压力表带有隔离装臵时，尚可测量温度较高或腐蚀性、粘稠状、易结晶和粉尘状介质的压力。在精确度较高（如0.25级以上）的弹性式压力测
固体表面动态接触角的测定 一．目的与要求 1.了解固体表面接触角的测量及表面能的计算原理。 2.掌握润湿周长、接触角、表面能的实验测试方法及实验操作。 二．仪器与药品 DCA-150界面分析仪 正己烷（A.R.）；无水乙醇（A.R.）；二次蒸馏水；聚苯乙烯（Pst）样品 三．基本原理 接触角是表征固体物质润湿性最基本的参数之一，据测量的原理的不同，接触角又可分成平衡接触角和动态接触角（dynamic contact angle），动态接触角（包括前进接触角（advancing contact angle）和后退接触角（receding contact angle）两种。 早在20世纪初期，Wilhelmy测试液体表面张力及接触角的方法：将一定的待测液体装在特定容器中，尽可能垂直固定悬挂的铂金板，升起液面至刚好与铂金板的下边缘相接触，此时铂金板受到液面向下的拉力即为液体的表面张力r r ＝ F w / (L·cosθ) （1） r－液体表面张力（Dyn /cm）；F w —吊片所受的力（Dyn）；L—润湿周长（cm）；θ—接触角（°）； 由于绝大多数的液体对于°铂金是完全润湿的，即接触角θ为0°，所以只要知道润湿周长，就可从（1）式很方便计算得到液体的表面张力 1.平衡接触角 又叫静态接触角，根据Wilhelmy理论，只要将待测固体加工成规定尺寸的片状样品，然后垂直悬挂与已知表面张力的液面接触，同样可以依据（1）计算得到液体在固体表面的平衡接触角。 2.动态接触角 Wilhelmy法：如图2依据Wilhelmy理论，把样品板插入到液体中然后抽出来，通过测量样品板受力变化计算得到液体在固体表面的动态接触角的大小。
一、垂直角测量原理 1．垂直角的概念 在同一铅垂面内，观测视线与水平线之间的夹角，称为垂直角，又称倾角，用α表示。其角值范围为0?～±90?。如图3-11所示，视线在水平线的上方，垂直角为仰角，符号为正（+α）；视线在水平线的下方，垂直角为俯角，符号为负（－α）。
图3-11 垂直角测量原理 2．垂直角测量原理 同水平角一样，垂直角的角值也是度盘上两个方向的读数之差。如图3-11所示，望远镜瞄准目标的视线与水平线分别在竖直度盘上有对应读数，两读数之差即为垂直角的角值。所不同的是，垂直角的两方向中的一个方向是水平方向。无论对哪一种经纬仪来说，视线水平时的竖盘读数都应为90?的倍数。所以，测量垂直角时，只要瞄准目标读出竖盘读数，即可计算出垂直角。 二、竖直度盘构造 如图3-12所示，光学经纬仪竖直度盘的构造包
括竖直度盘、竖盘指标、竖盘指标水准管和竖盘指标水准管微动螺旋。 竖直度盘固定在横轴的一端，当望远镜在竖直面内转动时，竖直度盘也随之转动，而用于读数的竖盘指标则不动。 当竖盘指标水准管气泡居中时，竖盘指标所处的位置称为正确位置。 光学经纬仪的竖直度盘也是一个玻璃圆环，分划与水平度盘相似，度盘刻度0?～360?的注记有顺时针方向和逆时针方向两种。如图3-13a所示为顺时针 图3-12 竖直度盘的构造
方向注记，如图3-13b 所示为逆时针方向注记。 竖直度盘构造的特点是：当望远镜视线水平，竖盘指标水准管气泡居中时，盘左位置的竖盘读数为90?，盘右位置的竖盘读数为270?。 三、垂直角计算公式 由于竖盘注记形式不同，垂直角计算的公式也不一样。现在以顺时针注记的竖盘为例，推导垂直角计算的公式。 a ） b ） 图3-13 竖直度盘刻度注记（盘左位置）
一、 RTK的作业过程 1.启动基准站 将基准站架设在空旷的控制点上,正确连接各仪器电缆,打开仪器,把基准站设置为动态测量模式。 2、建立新工程,定义坐标系统 新建一个文件夹,设置好测量参数,如椭球参数、投影参数等。这个文件夹中包括许多小文件,它们分别就是测量的成果文件与各种参数设置文件,如*、dat、*、cot、*、rtk、*、ini 等 打开手簿到主页面,点击设置—单位设置 第一项，设置坐标显示格式设置,即中央经线设置 1)在“中央经线”项里输入您当地的中央子午线经度,在“尺度比 (Scale)”里输入1、0000000 2)在“横坐标平移量(False Easting)”里输入+500000,在“纵坐标平 移量(False Northing)”输入0、0。 这几个参数输入后把光标移到下面的Save(保存),这时,位置显示格式设置好了,即以投影坐标形式显示,单位就是“米”,选这种格式显示的好处就就是:显示的结果与地形图上的坐标一致,在实际工作中便于定位。 第二项，“坐标系统(Map Datum)”, 点击它,在出现的列表项里选择“用户(User)”,点击后出现“用户参数(User Datum)” 参数项包括:DX,DY,DZ,DA,DF,这组参数各地的值都不一样, 要到当地测绘部门获取,设置好参数后,同样点击“保存”。 第三项，“距离与速度”单位,我们选择“米制(Metric)
第四项，高度单位选择“米(Meters)”; 第五项，“压力单位”,选择“毫巴(Millibars)”,至此,您的手持GPS 机已经根据您的需要设置好了,点击页面切换键返回到主菜单3、坐标转换即点校正 GPS测量的为WGS-84系坐标,而我们通常需要的就是在流动站上实时显示国家坐标系或当地独立坐标系下的坐标,因此要进行转换。点校正可以通过两种方式进行。 (1)在已知转换参数的情况下。如果有当地坐标系统与W CS84坐标系统的转换七参数,则可以在测量控制器中直接输入,建立坐标转换关系。如果上作就是在国家大地坐标系统下进行,而且知道椭球参数与投影方式以及基准点坐标,则可以直接定义坐标系统,建议在RTK测量中最好加入1-2个点校正,避免投影变形过大,提高数据可靠性。 (2)在不知道转换参数的情况下。如果在局域坐标系统中工作或任何坐标系统进行测量与放样工作,可以直接采用点校正方式建立坐标转换方式,平面至少3个点,如果进行高程拟合则至少要有4个水准点参与点校正。 4、流动站开始测量 (1)单点测量:在主菜单上选择“测量”图标打开,测量方式选择“RTK”,再选择“测量点”选项,即可进行单点测量。注意要在“固定解”状态下,才开始测量。 (2)放样测量:在进行放样之前,根据需要“键入”放样的点。当初始化完成后,在主菜单上选择“测量”图标打开,测量方式选择“RTK”,再选择“放样”选项,即可进行放样测量作业。在作业时,在手薄控制器上显示箭头及目前位置到放样点的方位与水平距离,观测值只需根据箭头的指示放
膜片和膜盒 diaphragm and diaphragm capsule 压力测量仪表中的测压弹性元件。由金属或非金属材料制成、周边固定而受力后中心可移动的、具有一定型面的薄片称为膜片。按型面的形状不同膜片可分为平膜片、波纹膜片和球形膜片。型面平坦无波纹的膜片为平膜片；型面具有同心环形波纹的膜片为波纹膜片。将两个膜片的外边缘密封而构成的盒体称为膜盒（见图）。 在压力、轴向力作用下，膜片、膜盒均能产生位移。膜片、膜盒主要用作压力测量仪表的测量元件。膜盒用于测量微小压力。膜片用于测量不超过数兆帕的低压；也可用作隔离元件。在相同的条件下，平膜片位移最小，波纹膜片次之，膜盒最大。如需更大位移，可将数个膜盒串联成膜盒组。 弹簧管 bourdon tube 一端封闭的特种成型管，当管内和管外承受不同压力时，则在其弹性极限内产生变形。弹簧管是压力测量仪表中的一种压力检出元件。它是用弹性材料制作的、弯成C形、螺旋形和盘簧形等形状的中空管。 最早的弹簧管弯成C形，因为法国人E.波登所发明，故又称波登管，现代仍大量应用。它的自由端可移动，开口端固定。管中通入流体，在流体压力作用下，弹簧管发生变形，自由端产生线位移或角位移。 弹簧管的测量范围可由数十千帕至一吉帕以上。常见的截面形状有椭圆形、扁形、圆形（见图）。其中扁管适用于低压，圆管适用于高压，盘成螺旋形弹簧管可用于要求弹簧管有较大位移的仪表中。
波纹管 bellows 压力测量仪表中的一种测压弹性元件。它是具有多个横向波纹的圆柱形薄壁折皱的壳体，波纹管具有弹性，在压力、轴向力、横向力或弯矩作用下能产生位移。波纹管在仪器仪表中应用广泛，主要用途是作为压力测量仪表的测量元件，将压力转换成位移或力。波纹管管壁较薄，灵敏度较高，测量范围为数十帕至数十 兆帕。 另外，波纹管也可以用作密封隔离元件，将两种介质分隔开来或防止有害流体进入设备的测量部分。它还可以用作补偿元件，利用其体积的可变性补偿仪器的温度误差。有时也用作为两个零件的弹性联接接头等。波纹管按构成材料可分为金属波纹管、非金属波纹管两种；按结构可分为单层和多层。 单层波纹管（见图）应用较多。多层波纹管强度高，耐久性好，应力小，用在重要的测量中。波纹管的材料一般为青铜、黄铜、不锈钢、蒙乃尔合金和因康镍 尔合金等。 【电测式压力测量仪表】 这类仪表利用金属或半导体的物理特性直接将压力转换为电压、电流信号或频率信号输出，或是通过电阻应变片等将弹性体的形变转换为电压、电流信号输出。代表性产品有由压电式、压阻式、振频式、电容式和应变式等压力传感器所构成的电测式压力测量仪表。精确度可达0.02级，测量范围从数十帕至700兆帕不 等。 图4为压阻式压力传感器的原理示意。它是利用半导体材料硅受压后电阻率改变与所受压力有一定关系的原理制做的。用集成电路工艺在单晶硅膜片的特定晶向上扩散一组等值应变电阻，将电阻接成电桥形式。当压力发生变化时，单晶硅产生应变，应变使电阻值发生与被测压力成比例的变化，电桥失去平衡，输出 一电压信号至显示仪表显示。
透析动态几何问题思考角度与分析方法 【摘要】以运动的观点来探索几何图形部分规律的问题称之为动态几何问题，本文主要通过动点问题和动线问题来分析解决动态几何存在的问题。 【关键词】几何问题；几何图形；动态几何；动点问题；动线问题；动图问题 以运动的观点来探索几何图形部分规律的问题称之为动态几何 问题,其特点是图形中的某个元素(点、线段、角等)或整个几何图形按某种规律运动,图形的各个元素在运动变化的过程中互相依存、和谐统一，体现了数学中的“变”与“不变”及由简单到复杂、由特殊到一般的辩证思想，它集代数与几何、概率统计等众多知识于一体，渗透了分类讨论、转化、数形结合、函数、方程等重要数学思想方法，问题具有开放性、综合性，近几年来，从中考考题上看，以动点问题、平面图形的平移、翻折、旋转、剪拼问题等为代表的动态几何题频频出现在填空、选择、解答等各种题型中，考查同学们对图形的直觉能力以及从变化中看到不变实质的数学洞察力，更重要的是考查探索创新能力。 解决动态几何题的策略是：把握运动规律，寻求运动中的特殊位置；在“动”中求“静”，在“静”中探求“动”的一般规律。通过探索、归纳、猜想，获得图形在运动过程中是否保留或具有某种性质。
有关动态问题主要要有三类：动点问题、动线问题、动图问题。题型一：点动型 点动型就是在三角形、矩形、梯形等一些几何图形上，设计一个或几个动点，并对这些点在运动变化的过程中产生的等量关系、变量关系、图形的特殊状态、图形间的特殊关系等进行研究。 解决此类动点几何问题常常用的是“类比发现法”，也就是通过对两个或几个相类似的数学研究对象的异同进行观察和比较，从一个容易探索的研究对象所具有的性质入手，去猜想另一个或几个类似图形所具有的类似性质，从而获得相关结论。类比发现法大致可遵循如下步骤：①根据已知条件，先从动态的角度去分析观察可能出现的情况。②结合某一相应图形，以静制动，运用所学知识（常见的有三角形全等、三角形相似等）得出相关结论。③类比猜想出其他情况中的图形所具有的性质。 例1：（1）如图①，当点m在点b左侧时，请你判断en与mf有怎样的数量关系？点f是否在直线ne上？都请直接写出结论，不必证明或说明理由； （2）如图②，当点m在bc上时，其它条件不变，（1）的结论中en与mf的数量关系是否仍然成立?若成立，请利用图②证明；若不成立，请说明理由； （3）若点m在点c右侧时，请你在图③中画出相应的图形，并判断（1）的结论中en与mf的数量关系是否仍然成立?若成立?请
本章通过一个压力测控系统的综合设计实例，说明单片机应用系统设计的方法和步骤。 12.1 系统要求 设计一压力测控系统，系统的具体要求如下： （1）压力检测 检测来自压力传感器输出的电压信号（0～5V），通过 A/D 转换器进行转换。 （2）工程变换 将转换结果进行工程变换，即将转换结果再转换为压力大小（仅保留整数部分）。 （3）键盘 用于设置压力的报警值和当前时间。 （4）数码 LED显示 用于显示压力报警值的上限和下限，并显示当前压力值。压力值在 0～100之间。 （5）当前压力值超过报警值时，通过蜂鸣器报警，并控制电机执行相应的动作。压力 值低于下限时，合上控制电机正转的继电器，控制电机正转，压力升高，压力值升高到正常 范围后，打开正转继电器，电机停转；压力值高于上限时，合上控制电机反转的继电器，控 制电机反转，压力值下降到正常范围后，打开反转继电器，电机停转。没有超过报警值时， 继电器都打开，电机不转。 （6）上位机监控软件设计 通过计算机显示当前的压力值以及报警值。 12.2 需求分析 需求分析是进行系统设计的基础，主要包括以下几个方面： 1．单片机选型 进行单片机选型时，应尽量了解较多种类单片机的性能指标和所集成的资源。根据系统 的要求，选用合适的单片机。目前许多单片机具有较高的集成度，因此，如果有模拟量检测 的要求时，应尽量选择带有 A/D 转换模块的单片机。并且，应该注意所设计系统的应用场合， 选择适当的芯片等级（军用级、工业级和商用级）。 STC12C5410AD 单片机片内集成了 8 通道 10 位高速模数转换器，并且，具有较多的通 用 I/O 和片上外设 （定时器、 UART等）， 因此， 在本系统的设计中， 可以采用 STC12C5410AD 作为系统的检测与控制中心。 2．人机接口的设计选型 系统要求使用键盘设置压力的报警上限值和下限值，使用 LED 进行显示。在此，使用 4 、当前值 个按键作为系统键盘，选用 8 位 LED 显示，用以显示压力的报警值（上限、下限） 和当前时间。 传统的键盘和 LED 显示电路设计，一般采用扫描的方式。即，键盘采用扫描方式，LED 显示采用动态扫描方式。键盘和 LED 设计时，公用其中的某些口线。在本例中，键盘采用扫 描方式，而 LED采用串行－并行转换芯片 74HC595进行显示。 259
第七讲角地测量方法 水平角地测量方法 一、测回法 1．测回法地观测方法（测回法适用于观测两个方向之间地单角） 如图3-9所示,设O为测站点,A、B为观测目标,用测回法观测OA与OB 两方向之间地水平角β,具体施测步骤如下. （1）在测站点O安置经纬仪,在A、B两点竖立测杆或测钎等,作为目标标志. （2）将仪器置于盘左位置,转动照准部,先瞄准左目标A,读取水平度盘读数a L,设读数为0?01′30″,记入水平角观测手簿表3-1相应栏.松开照准部制动螺旋,顺时针转动照准部,瞄准右目标B,读取水平度盘读数b L,设读数为98?20′48″,记入表3-1相应栏. 以上称为上半测回,盘左位置地水平角角值（也称上半测回角值）βL为：βL=b L－a L=98?20′48″－0?01′30″=98?19′18″（3）松开照准部制动螺旋,倒转望远镜成盘右位置,先瞄准右目标B,读取水平度盘读数b R,设读数为278?21′12″,记入表3-1相应栏.松开照准部制动螺旋,逆时针转动照准部,瞄准左目标A,读取水平度盘读数a R,设读数为180?01′42″,记入表3-1相应栏. 以上称为下半测回,盘右位置地水平角角值（也称下半测回角值）βR为：
βR=b R－a R=278?21′12″－180?01′42″=98?19′30″上半测回和下半测回构成一测回.
表3-1 测回法观测手簿 6
认为观测合格.此时,可取上、下两半测回角值地平均值作为一测回角值β. 在本例中,上、下两半测回角值之差为： △β=βL －βR =98?19′18″－98?19′30″=－12″ 一测回角值为： ( 21 )(2 1=+=R L βββ98?19′18″+98?19′30″=)98?19′24″ 将结果记入表3-1相应栏. 注意：由于水平度盘是顺时针刻划和注记地,所以在计算水平角时,总是用右目标地读数减去左目标地读数,如果不够减,则应在右目标地读数上加上360?,再减去左目标地读数,决不可以倒过来减. 当测角精度要求较高时,需对一个角度观测多个测回,应根据测回数n ,以180?/n 地差值,安置水平度盘读数.例如,当测回数n =2 时,第一测回地起始方向读数可安置在略大于0?处；第二测回地起始方向读数可安置在略大于（180?/2）=90?处.各测回角值互差如果不超过±40″（对于DJ 6 型）,取各测回角值地平均值作为最后角值,记入表3-1相应栏. 2．安置水平度盘读数地方法 先转动照准部瞄准起始目标；然后,按下度盘变换手轮下地保险手柄,将手轮推压进去,并转动手轮,直至从读数窗看到所需读数；最后,将手松开,手轮退出,把保险手柄倒回. 二、方向观测法 方向观测法简称方向法,适用于在一个测站上观测两个以上地方向. 1．方向观测法地观测方法
简述系统动态特性及其测定方法 系统的特性可分为静态特性和动态特性。其中动态特性是指检测系统在被测量随时间变化的条件下输入输出关系。一般地，在所考虑的测量范围内，测试系统都可以认为是线性系统，因此就可以用一定常线性系统微分方程来描述测试系统以及和输入x (t)、输出y (t)之间的关系。 1) 微分方程：根据相应的物理定律（如牛顿定律、能量守恒定律、基尔霍夫电 路定律等），用线性常系数微分方程表示系统的输入x 与输出y 关系的数字方程式。 a i 、 b i (i=0,1,…)：系统结构特性参数，常数，系统的阶次由输出量最高微分阶次决定。 2) 通过拉普拉斯变换建立其相应的“传递函数”，该传递函数就能描述测试装 置的固有动态特性，通过傅里叶变换建立其相应的“频率响应函数”，以此来描述测试系统的特性。 定义系统传递函数H(S)为输出量与输入量的拉普拉斯变换之比，即 式中S 为复变量，即ωαj s += 传递函数是一种对系统特性的解析描述。它包含了瞬态、稳态时间响应和频率响应的全部信息。传递函数有一下几个特点： （1）H(s)描述系统本身的动态特性，而与输入量x (t)及系统的初始状态无关。 （2）H(S)是对物理系统特性的一种数学描述，而与系统的具体物理结构无关。H(S)是通过对实际的物理系统抽象成数学模型后，经过拉普拉斯变换后所得出的，所以同一传递函数可以表征具有相同传输特性的不同物理系统。 （3）H(S)中的分母取决于系统的结构，而分子则表示系统同外界之间的联系，如输入点的位置、输入方式、被测量以及测点布置情况等。分母中s 的幂次n 代表系统微分方程的阶数，如当n =1或n =2 时，分别称为一阶系统或二阶系统。 一般测试系统都是稳定系统，其分母中s 的幂次总是高于分子中s 的幂次(n>m)。
课程设计报告 题目：压力测量系统的设计 院系：信息与电气工程学院 姓名： 学号：12894040 专业：电气工程及其自动化 指导老师：
目录 1设计内容及要求…………………………………………………………………………2智能电子天平的总体设计分析……………………………………………………………… 2.1 智能电子天平的基本结构 2.2智能电子天平系统的工作原理 2.3 智能电子天平设计的基本思路 3硬件设计………………………………………………………………….. 3.1 总体规划 3.2 主控制器电路 3.3 电源变换电路 3.4 信号放大电路 3.5信号变换电路 3.6 显示电路 4软件设计………………………………………………………………… 4.1 系统应用程序组成 4.2 主程序流程图 4.3 AD采样程序块 4.4 液晶显示程序块 5心得体会………………………………………………………………………………
1设计内容及要求 设计一个智能电子天平，可以同时测量两个物体的重量并进行比较。该系统应具有数码管显示、键盘设定、数据存储等功能。 设计要求：①测量范围：0~5kg ②测量精度：正负0.1kg ③测量通道：2通道（被测物体重量1通道，参照物体重量1通道） ④供电电源：220V AC 2 、智能电子天平设计总体分析 2.1智能电子天平的基本结构 所谓智能电子天平，即可以同时测量两个物体的重量并进行比较的装置。它和电子称的原理类似，都是是利用物体的重力作用来确定物体质量（重量）。智能电子天平可以说是电子称的改进装置，把原有的电子称压力传感器测量端换成两个，相继的数据处理等后续装置做一定的改进即可。 2.2 系统的工作原理 电子天平称重系统的工作原理。首先是通过两个压力传感器分别采集到两个被测物体的重量并将其转换成电压信号。输出电压信号通常很小，需要通过前端信号处理电路进行准确的线性放大。放大后的模拟电压信号分别经A/D转换电路转换成数字量通过两个通道被送入到主控电路的单片机中，单片机通过程序结合按键控制译码显示器，从而显示出某个被测物体的重量或是比较结果。在实际应用中，为提高数据采集的精度并尽量减少外界电气干扰，还需要在传感器与A/D芯片之间加上信号调整电路。 2.3 系统设计基本思路 按照设计的基本要求，系统可分为四大模块，电源转换模块、数据采集模块、控制器模块、显示器模块。其中数据采集模块由压力传感器、信号的前级处理和A/D转换部分组成。转换后的数字信号送给控制器处理，由控制器完成对该数字量的处理，驱动显示模块完成人机间的信息交换。此部分对软件的设计要求比较高，系统的大部分功能都需要软件来控制。 3、硬件电路设计 3.1 总体规划 按照本设计功能的要求，系统由5个部分组成：控制器部分、两个相同的测量部分、
水平角的测量方法 一、测回法 1．测回法的观测方法（测回法适用于观测两个方向之间的单角） 如图3-9所示，设O为测站点，A、B为观测目标，用测回法观测OA与OB两方向之间的水平角β，具体施测步骤如下。 （1）在测站点O安置经纬仪，在A、B两点竖立测杆或测钎等，作为目标标志。 （2）将仪器置于盘左位置，转动照准部，先瞄准左目标A，置零、读取水平度盘读数a L，设读数为0?01′30″，记入水平角观测手簿表3-1相应栏内。松开照准部制动螺旋，顺时针转动照准部，瞄准右目标B，读取水平度盘读数b L，设读数为98?20′48″，记入表3-1相应栏内。 以上称为上半测回，盘左位置的水平角角值（也称上半测回角值）βL为：
βL=b L－a L=98?20′48″－0?01′30″=98?19′18″ （3）松开照准部制动螺旋，倒转望远镜成盘右位置，先瞄准右目标B，读取水平度盘读数b R，设读数为278?21′12″，记入表3-1相应栏内。松开照准部制动螺旋，逆时针转动照准部，瞄准左目标A，读取水平度盘读数a R，设读数为180?01′42″，记入表3-1相应栏内。 以上称为下半测回，盘右位置的水平角角值（也称下半测回角值）βR为： βR=b R－a R=278?21′12″－180?01′42″=98?19′30″ 上半测回和下半测回构成一测回。 表3-1 测回法观测手簿 6 均值作为一测回角值β。
在本例中，上、下两半测回角值之差为： △β=βL －βR =98?19′18″－98?19′30″=－12″ 一测回角值为： 98?19′18″+98?19′30″98?19′24″ 将结果记入表3-1相应栏内。 注意：由于水平度盘是顺时针刻划和注记的，所以在计算水平角时，总是用右目标的读数减去左目标的读数，如果不够减，则应在右目标的读数上加上360?，再减去左目标的读数，决不可以倒过来减。 当测角精度要求较高时，需对一个角度观测多个测回，应根据测回数n ，以180?/n 的差值，安置水平度盘读数。例如，当测回数n =2 时，第一测回的起始方向读数可安置在略大于0?处；第二测回的起始方向读数可安置在略大于（180?/2）=90?处。各测回角值互差如果不超过±40″（对于DJ 6 型），取各测回角值的平均值作为最后角值，记入表3-1相应栏内。 ( 21 )(2 1=+=R L βββ=)测回法观测水平角 观测程序： 盘左 瞄准J ，读数j 左 瞄准K ，读数k 左 盘右 瞄准K ，读数k 右 瞄准J ，读数j 右 β左=k 左-j 左 β右=k 右-j 右
压力传感器灵敏度的动态标定及超压测量摘要：介绍了测试爆炸冲击波超压所用传感器灵敏度的动态标定方法，简介了爆炸冲击波超压的测试技术，给出了一种爆炸冲击波超压实验数据处理的方法。 1 引言 用压电或压阻传感器对空中爆炸冲击波进行测量，可以评定炸药或战斗部的爆炸安全性，推算爆炸波的TNT 当量。传感器是进行空中爆炸冲击波测量的关键设备，目前，生产厂家提供的传感器灵敏度多是静态灵敏度，在试验前必须使用标准的TNT 炸药球对传感器的灵敏度进行动态标定。 2 传感器灵敏度的动态标定 根据有关爆炸冲击波超压测试规程，在正式测试战斗部的爆炸冲击波超压前，必须用标准炸药球对压力传感器作两发以上爆炸标定，并且使各个传感器在标定试验中所受的压力与正式测试时所受的压力大体相同，其目的是检查测试系统的状态并提供现场测试系统的动态灵敏度。标定试验所用的仪器、设备、电缆线型号及长度等均应与正式测试时完全一致，不能作任何改动。 标准炸药球在空中爆炸，根据理论或经验公式计算出不同距离处的超压pmax, 较为精确的计算TNT炸药球空中爆炸冲击波超压的经验公式为： 式中： p max为峰值超压， p a为现场大气压；对比距离Z = R /W 1 /3 , 其中R 为测点距爆心距离， W 为战斗部的TNT 当量。在标准大气压和温度为15 ℃（T0 = 288 K ）时的标准状态下可用（ 1）式计算。爆炸现场为非标准状态时，对比距离必须进行校准。 式中： f d为距离校正系数，标准大气压p0 = 101. 3 kPa, Ta为实验现场温度，标准大气温度T0 =288 K。 用示波器记录对应点的最大输出电压U max , 传感器的灵敏度Sv 按（ 2）式进行计算。 作两发以上标定实验，取灵敏度的平均值作为该传感器的测试系统动态灵敏度。 3 超压测试 杀爆战斗部的主要杀伤效应来自战斗部的弹丸，爆炸冲击波对地面目标的致伤效应也是战斗部的杀伤机制之一。爆炸冲击波传至地面时入射或反射峰值超压随地面距离的变化规律是衡量这种致伤能力和致伤面积的基本参数。 3. 1 测试系统
动态接触角及接触角滞后性的测量 用座滴法测量动态接触角有二种基本的方法： 1) 加液/减液法 就是在形成液滴后，再继续以很低的速度往液滴加入液体，使其体积不断增大。开始时，液滴与固体表面的接触面积并不发生变化，但接触角渐渐增大。当液滴的体积增大到某一临街值时，液滴在固体表面的三相接触线发生往外移动，而在发生移动前瞬间的接触角，被称为前进角。在此之后，接触角基本保持不变。 反之如果从一形成的液滴不断地以很低的速度把液体移走，使其体积减小。开始时，液滴与固体表面的接触面积也并不发生变化，但接触角渐渐减小。当液滴的体积减小到一定值时，液滴在固体表面的固/液/气三相接触线开始往里移动。在发生这一移动前夕的 接触角，就是后退角。在此之后，接触角也应基本保持不变。 1）加液/减液法测量前进/后退接触角 在运用这一方法时，必须注意以下几点： ?体积变化的速度应足够低，尽量保证液滴在整个过程有足够的时间来松弛，使得测量能在准平衡下进行。 ?由于这一过程中一般都有针头/毛细管的卷入以加入/移走液体，针头/毛细管的直径一定要（与液滴相比）足够小，使液体在针管/毛细管外壁上的润湿不会对液滴在固体表面的接触角产生影响。这一点尤其是对后退角的测量更为突出，否则测得的值将严重偏离真实值。 ?同样由于过程中针头/毛细管的卷入，使得液滴一般不再呈现中心轴对称，也不再能被看作是圆或椭圆的一部分，所以基于Young-Laplace或圆或椭圆方程式的计算方法都将遇到困难，带来较大误差。此时一般使用广义切线法，但此方法往往对少量的背景噪音较敏感。
2) 倾斜板（tilting plate）法 将一足够大体积的液滴置于待测的样品表面后，把样品表面朝一方缓慢、不断地倾 斜。当开始时液滴不发生移动，而只是其中的液体由后方向前方转移，使得前方的接触角不断增大，而后方的不断缩小。当倾斜到一定角度时，液滴开始发生滑动。发生滑动 前夕液滴的前角就是前进角，后角则为后退角。 2）倾斜板（tilting plate）测量前进/后退/起始滚动角 倾斜板法有二种实现方法： ?整体倾斜法：将整套测量仪置于摇篮状的倾斜架上，让包括摄像机，光学镜头，样品台，样品和光源等组件的整套仪器同时倾斜。这种构造和操作的主要优点在于：液滴相对于摄像机和光学镜头在整个过程中保持相对不倾斜，这样软件开发上就不必特殊处理，计算比较容易。而其缺点也很为明显：仪器越大、样品越大/越重，所需要的倾斜架也越大，显得很笨重；由于仪器上的所有东西都跟着一起倾斜，使得有些液体会倒出来，同时使得在倾斜作态无法加液产生液滴，也即液滴必须在倾斜前已经被置于样品表面。 ?局部倾斜法：只倾斜样品台和其上面的样品包括可能已放置上去的液滴，其它的所有部件均不倾向，保持不动。这样做法的优点显而易见，可以避免上面提到的所有缺点，使得仪器精巧，硬件制造成本降低，也能容许在任何倾斜角度下加液形成新液滴，或往已经形成的液滴加入液体。但其也对软件的开发提出了新的挑战，增加了不少难度和复杂性。
序号: 课程设计 ( 微机原理及应用A) 二○一一年七月八日
课程设计任务书及成绩评定 课题名称压力测控系统的设计 I、题目的目的和要求: 设计一个对压力传感器的信号进行检测并在LED数码显示器上显示压力值的系统, 当压力低于30pa时, 黄灯闪烁, 闪烁周期为1秒。当压力高于150pa 时, 红灯闪烁。LED的显示内容为P=XXX。X为测试值。 II、设计进度及完成情况
III、主要参考文献及资料 《微型计算机原理及应用》清华大学出版社郑学坚周斌 《微型计算机技术及应用》清华大学出版社史嘉权 《微机原理与接口技术基础与应用》海洋出版社邓振杰 《微机原理与接口技术实验及课程设计》西南交通大学出版社杨斌《单片机原理及接口技术》清华大学出版社梅丽凤王艳秋 学科部主任( 签字) Ⅵ、成绩评定:
设计成绩: ( 教师填写) 指导老师: ( 签字) 二○一一年七月八 日 一、设计要求 设计一个对压力传感器的信号进行检测并在LED数码显示器上显示压力值的系统, 当压力低于30pa时, 黄灯闪烁, 闪烁周期为1秒。当压力高于150pa时, 红灯闪烁。LED的显示内容为P=XXX。X为测试值。 二.设计思想 压力测试系统的设计, 必然要牵涉到压力的感应与转化, 因此必须要有压力传感与A/D转换器。将自然中的模拟量转化为电压信号, 再转化位数字信号进行处理。一个小型的微机系统, 必须要有8086cpu来进行整体的控制, 将其经过8255与A/D传感器进行连接。这就是这个系统的主要框架。 而具体的应用框架则是在主要的框架上添加。要当压力低于30pa时, 黄灯闪烁。当压力高于150pa时, 红灯闪烁。则应添加8255。模块。经过编程来控制黄灯与红灯的亮灭情况, 考虑到要进行比较, 因此我用了两个比较器进行数据的比较。同时, 由于灯要闪烁, 闪烁周期要一秒, 因此我们考虑到还要加一个8253芯片去控制。但根据个人情况, 这个模块我省略了。而至于LED显示, 且显示内容为三位。我只在程序之中体现, 而在硬件图中没有去