主办单位: 共青团中央   中国科协   教育部   中国社会科学院   全国学联  

承办单位: 四川大学     

基本信息

项目名称:
便携式加速度采集系统
小类:
信息技术
简介:
自动测量及实时数据采集是当今社会研究和推广的一个热点,其各种应用技术的研究和推广方兴未艾。自动测量由于自动化程度高、危险系数小、可以实现不间断测量等特点而被人们推崇,三轴(X、Y、Z)加速度实时采集的三轴加速度测量仪,根据其受重力作用且方向始终竖直向下指向地心这一特性制作了拓展应用的模型(建筑物坡度的测量和高层建筑物的摆幅的监测等)
详细介绍:
项目的主要思路是:通过一个电容式传感器中的敏感原件(应变片---电容的一个极板)采集应变片所受的力,并利用牛顿第二定律转换成加速度,再通过后续的处理电路将加速度量转换成电压量,在此过程中利用自动控制理论实现变量的线性化-----以便于后续的处理,利用单片机采集传感器采集到的模拟信号(电压量),并通过单片机转换成数字量进行处理,再转换成模拟量输出;利用无线传输技术,实现数据的实时采集(主要为了解决像测量气垫导轨小车加速度时,导线会给小车额外的力这一问题);通过时间与数据一一对应的关系,可以在电脑上会出实时波形(边测量边绘制-----直观的观察加速度的变化趋势),使得加速度的测量更加直观形象。项目旨在推广和利用自动测量技术来替代人工测量,大大提高测量的准确性和安全性;用电脑采集实时数据取代无限取点,无限逼近的办法;实时绘制波形,可以观察到加速度的变化趋势,利用电脑优越的计算性能实现对物理数据测量产生全新的变革。本项目还采用实时绘图使得人们更方便直观地观察加速度的变化。

作品图片

  • 便携式加速度采集系统
  • 便携式加速度采集系统
  • 便携式加速度采集系统

作品专业信息

设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标

本项目是物理实验与现代自动测量技术和现代质量审定技术的有机结合,通过此项目的训练,使我们能够灵活运用多方面的知识,熟练掌握多种技能,如传感器技术(电容式传感器)、数模转换技术、通信技术、电路的设计与制作技术、焊接技术、故障的分析与排除、仪器检测、程序控制技术,电路控制技术等,并将这些知识和技能在实际工作中得到充分发挥和有效检验。 通过此项目的训练,制作出几款不同的能实现不同用途的加速度测量仪。如:①可用于测量气垫导轨碰撞实验的加速度,②用于建筑上测量坡度的坡度仪,③用于监测高层建筑物的摆幅(②、③是拓展应用,利用LabVIEW优越的控件资源和USB-6009数据采集卡的模数转化精度高等特点(见图⑦)-----节省成本、降低功耗、提高精度,能实时监测大楼摆幅和测量建筑物坡度,并自动记入报表-----LabVIEW调用Excel表格的技术(见附图③),便于后续工作的展开),以此来为自动测量技术的推广,为全社会的自动化和提高生活质量作一点工作。

科学性、先进性

① 通过时间与数据一一对应的关系,可以在电脑上会出实时波形(边测量边绘制-----直观的观察加速度的变化趋势(见附图④)),使得加速度的测量更加直观形象。项目旨在推广和利用自动测量技术来替代人工测量,大大提高测量的准确性和安全性;用电脑采集实时数据取代无限取点,无限逼近的办法;实时绘制波形,可以观察到加速度的变化趋势,利用电脑优越的计算性能实现对物理数据测量产生全新的变革。本项目还采用实时绘图使得人们更方便直观地观察加速度的变化。 ② 通过串口和VB程序将数据在电脑上实时,直观的显示出来。 ③ 利用LabVIEW这一优秀的软件将采集的数据实时记入表格,便于后续的查询和开展工作。

获奖情况及鉴定结果

2010年11月制作的“加速度的实时采集和传输”在江苏省南通市南通大学举办的“中天科技杯”江苏省高校第七届大学生物理及实验科技作品创新竞赛中被江苏省物理学会,江苏省大学生物理与实验竞赛组织委员会评为二等奖。

作品所处阶段

实验室阶段

技术转让方式

作品可展示的形式

模型 图纸 现场演示 图片 录像

使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测

本作品特点: ①采用了电容式三轴加速度传感器来测出物体在空间的X,Y,Z轴的三维分加速度,并通过无线传输和串口通讯,将数据实时传回电脑,并通过VB软件编程,把传回的数据绘制出实时波形,直观及时的显示出三维加速度随时间的变化的曲线。 ②利用采回的实时数据,并结合地球重力加速度在同一地点方向和大小基本不变这一特点,可以换算出物体与水平面,铅垂面之间的夹角,通过这一特点可以测量物体的水平和铅直程度,代替现行空气泡法感性测量的方法。 ③可以利用三角形法则,通过测量角度(分加速度和总加速度的夹角)的变化来测量出被测物体相对于物体本身轴心的摆幅,可以达到实时监视物体的摆动状况,为后续工作提供数据支持,比如测量高层建筑的摆幅是否超过安全摆幅,并制成报表,为建筑的年审提供参考,为居民提供预警。 ④通过X,Y,Z轴的三轴分加速度和总加速的夹角,来判断物体在空间的实时姿态,比如可以让飞行员、坦克驾驶员实时了解飞机、坦克的实时姿态。可以通过测量,了解电梯加速度的变化的变化趋势,找出电梯不舒适的原因。

同类课题研究水平概述

数据采集器是80年代中期出现的先进技术,是一种具有现场记录和离线分析机器设备状态数据功能的便携式分析仪器。它把安装在机器设备上的振动传感器和过程传感器所测得物理量作为输入,配合各种测量分析技术以及多样化的显示格式组成一个监测系统,应用于对机器设备进行定期巡回状态监测和故障诊断。它能和计算机结合在一起成为独立的监测分析系统,是现代机器设备的计算机辅助诊断手段之一。这类技术在我国推广应用后,已取得了良好的效果。据不完全统计,全国目前生产数据采集器的厂已有14家,应用进口或国产数据采集器进行设备状态监测和诊断的企业已有数百家、短短几年,我国的数据采集器技术已从无到有发展到一定水平。
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