一种基于LabVIEW静电电位检测系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明具体地是涉及一种基于LabVIEW静电电位检测系统。
【背景技术】
[0002]静电对人们的日常生产和生活的影响越来越大，静电的应用和危害也日益引起世界的关注，一方面静电技术已被广泛地应用到各行各业，例如电子相机、静电复印机等；另一方面，静电造成的危害甚至灾难也时有发生，例如静电的放电引起爆炸、干扰通信等。因此迫切需要研制方便而有效的静电测量装置。
目前，国内静电测量方法大都采用直接感应式和旋叶式，直接感应式稳定性差、易受干扰；旋叶式运行靠高速电机驱动，功耗多，体积大，可靠性差，不适合长期使用；一般，国外大都采用振动电容式原理测量静电。
【发明内容】
[0003]本发明就是针对上述问题，弥补现有技术的不足，提出一种基于LabVIEW静电电位检测系统。本发明具有具有准确度高，稳定性好、抗干扰等特点，适合长期使用；基于虚拟仪器的静电电位测试系统可以有效解决动态作业中静电电位测试问题。
[0004]为实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案。
[0005]本发明一种基于LabVIEW静电电位检测系统，包括静电电位检测系统、数据采集与控制部分、上位机；其结构要点是:所述静电电位检测系统包括压电陶瓷驱动器、振动电容器，所述压电陶瓷驱动器连接振动电容器；所述数据采集与控制部分包括放大电路模块、数据采集卡、A/D转换模块、USB接口模块；所述静电电位检测系统连接数据采集与控制部分；所述数据采集与控制部分连接上位机，所述数据采集与控制部分的放大电路模块与数据采集卡连接、数据采集卡与A/D转换模块连接、A/D转换模块与USB接口模块连接；其中所述上位机通过串口模块与静电电位检测系统连接。
[0006]作为本发明的一种优选方案，所述上位机采用LabVIEWS.5虚拟软件来进行编程，软件设计采用了结构化、模块化的设计思想，软件由2个模块组成:(1)信号采集模块:用于实现通道数据采集，数据采集卡采集模拟信号，通过软件来控制和启动A/D转换模块，并实时监控数据的采集过程；(2)信号处理模块:对采集的数据进行滤波与实时分析计算，并将处理后的信号波形在上位机的屏幕上显示，同时存储到计算机中。
[0007]作为本发明的另一种优选方案，所述数据采集卡采用基于USB总线的USB2089数据采集卡，直接和计算机的USB接口相连，主要应用于信号采集、过程控制等场合。
[0008]作为本发明的另一种优选方案，所述A/D转换模块采用AD7899转换器，所述AD7899转换器带有16单端模拟信号输入和8双端模拟信号输入。
[0009]本发明的有益效果是。
[0010]本发明利用压电陶瓷的逆压电效应，设计了一种以压电陶瓷驱动器的其中一个极板进行振动，并基于振动电容式原理设计了一种新型非接触静电测量方法，该方法具有准确度高，稳定性好、抗干扰等特点，适合长期使用。虚拟仪器是现代计算机技术、通信技术和测量技术相结合的产物，相对于传统仪器，无论是开发还是应用，灵活性都更好，传统的测试仪器因为功能和模块都是固定，很难解决动态测试中的“实时性”和“复杂性”等问题，而以“软件为核心”的虚拟仪器技术，具有用户定制功能和模块，工作方式灵活，数据分析能力强大，基于虚拟仪器的静电电位测试系统可以有效解决动态作业中静电电位测试问题。
[0011]本发明的基于LabVIEW静电电位检测系统在硬件上利用压电陶瓷效应、振动电容原理设计静电传感器及采用USB接口的数据采集卡，软件上编写LabVIEW程序，调用API函数和DLL函数库的CLF节点，实现了上位机和USB接口之间的通信，同步完成对数据采集卡的驱动，使用滤波器消除噪声，提高其抗干扰能力。该系统具有控制、检测和信号分析处理能力，可以完成对静电电位的检测。综上所述，本发明硬件方面，实现了静电电位的检测；软件方面，实现了在LabVIEW的平台下，通过访问动态链接库DLL来驱动数据采集卡以实现对信号的实时检测，同时将对采集到的数据进行实时的显示、处理和保存。
【附图说明】
[0012]图1是本发明一种基于LabVIEW静电电位检测系统的硬件结构框图。
[0013]图2是本发明一种基于LabVIEW静电电位检测系统的数据采集流程图。
【具体实施方式】
[0014]如图1所示，为本发明一种基于LabVIEW静电电位检测系统的硬件结构框图。其中，包括静电电位检测系统、数据采集与控制部分、上位机；其结构要点是:所述静电电位检测系统包括压电陶瓷驱动器、振动电容器，所述压电陶瓷驱动器连接振动电容器；所述数据采集与控制部分包括放大电路模块、数据采集卡、A/D转换模块、USB接口模块；所述静电电位检测系统连接数据采集与控制部分；所述数据采集与控制部分连接上位机，所述数据采集与控制部分的放大电路模块与数据采集卡连接、数据采集卡与A/D转换模块连接、A/D转换模块与USB接口模块连接；其中所述上位机通过串口模块与静电电位检测系统连接。
[0015]所述静电电位检测系统的压电陶瓷驱动器和振动电容器的基本原理，其中压电陶瓷驱动器的压电陶瓷及其逆压电效应能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料，利用它可以实现电能与机械能的相互耦合转换。压电陶瓷具有体积小，分辨率高，响应快，出力大和功耗低等一系列优点，被广泛应用于各种精密仪器和机电一体化设备中。逆压电效应是指对压电陶瓷施加交变电场引起机械变形的现象。当压电晶体置于外电场中，由于电场的作用，晶体会发生变形，形变的大小和外电场强度的大小成正比，这种由于电场的作用使压电晶体发生形变的现象，称为逆压电效应。当在压电陶瓷上施加一个与极化方向相同的电场E，电场使极化强度增大，压电陶瓷沿极化方向产生伸长变形。同理，如果外加电场的方向与极化方向相反，则压电陶瓷沿极化方向产生缩短变形。
[0016]所述振动电容器原理是通过交变的电容来感知静电电场从而测量静电电位，通过置于静电场中的平板电容器电容值c(t)的改变，使极板上电荷的变化从而产生微弱电流信号，再利用微弱信号检测电路对此信号放大产生电压输出。通过压电陶瓷驱动器驱动振动电容器的一个可振动的金属片，由于机械振动，使得探极与被测体之间的电容周期性变化，在被测体静电感应的作用下，极板上感应的电压也周期性的变化。
[0017]本发明所述上位机采用LabVIEWS.5虚拟软件来进行编程，软件设计采用了结构化、模块化的设计思想，软件主要由2个模块组成:(I)信号采集模块:用于实现通道数据采集，数据采集卡采集模拟信号，通过软件来控制和启动A/D转换模块，并实时监控数据的采集过程；(2)信号处理模块:对采集的数据进行滤波与实时分析计算，并将处理后的信号波形在上位机的屏幕上显示，同时存储到计算机中。虚拟仪器技术以计算机为平台，在程序界面中有用于模拟真实仪器面板的控件可供调用，可用于设置输入数值、观察输出值以及实现图表、文本等显示，具有友好的人机界面。LabVIEW是一个功能强大的集成开发环境，它完整地继承了与GPIB、VX1、RS-232、RS-485和内插式数据采集卡等硬件通信。LabVIEW还具有内置程序库，提供了大量的连接机制，通过DLL、共享库等途径实现与外部程序代码或软件系统的连接，具有强大的数据采集、分析、处理、显示和存储功能。
[0018]本发明所述数据采集卡采用基于USB总线的USB2089数据采集卡，直接和计算机的USB接口相连，主要应用于信号采集、过程控制等场合。所述A/D转换模块采用AD7899转换器，所述AD7899转换器可以对16路精度为14位的模拟信号进行数据采集、AD转换和数据缓存，400KHz采样频率，并带有16单端模拟信号输入和8双端模拟信号输入。USB2089数据采集卡提供了 LabVIEW下的外挂驱动程序。USB2089数据采集卡是伪同步数据采集块，即实际上多通道的数据并行采集，是由时间轮片机实现的单一通道数据读取。连续采集时需要注意缓冲区中数据排列和数据数组对齐的问题，否组，缓冲区的各道数据将被错误的分离出来。为此，每次从数据采集卡FIFO读取数据的长度必须是通道数的整数倍，因此，单通道数每次循环采集到的数据对应的数据是一组组数组，对其处理后波形显示到程序前面板中，并进行数据存储。
【主权项】
1.一种基于LabVIEW静电电位检测系统，包括静电电位检测系统、数据采集与控制部分、上位机；其特征在于:所述静电电位检测系统包括压电陶瓷驱动器、振动电容器，所述压电陶瓷驱动器连接振动电容器；所述数据采集与控制部分包括放大电路模块、数据采集卡、A/D转换模块、USB接口模块；所述静电电位检测系统连接数据采集与控制部分；所述数据采集与控制部分连接上位机，所述数据采集与控制部分的放大电路模块与数据采集卡连接、数据采集卡与A/D转换模块连接、A/D转换模块与USB接口模块连接；其中所述上位机通过串口模块与静电电位检测系统连接。2.根据权利要求1所述的一种基于LabVIEW静电电位检测系统，其特征在于:所述上位机采用LabVIEWS.5虚拟软件来进行编程，软件设计采用了结构化、模块化的设计思想，软件由信号采集模块、信号处理模块组成。3.根据权利要求1所述的一种基于LabVIEW静电电位检测系统，其特征在于:所述数据采集卡采用基于USB总线的USB2089数据采集卡，直接和计算机的USB接口相连，主要应用于信号采集、过程控制等场合。4.根据权利要求1和2所述的一种基于LabVIEW静电电位检测系统，其特征在于:所述A/D转换模块采用AD7899转换器，所述AD7899转换器带有16单端模拟信号输入和8双端模拟信号输入。
【专利摘要】一种基于LabVIEW静电电位检测系统。本发明具有准确度高，稳定性好、抗干扰等特点，适合长期使用；基于虚拟仪器的静电电位测试系统可以有效解决动态作业中静电电位测试问题。包括静电电位检测系统、数据采集与控制部分、上位机；所述静电电位检测系统包括压电陶瓷驱动器、振动电容器，压电陶瓷驱动器连接振动电容器；所述数据采集与控制部分包括放大电路模块、数据采集卡、A/D转换模块、USB接口模块；静电电位检测系统连接数据采集与控制部分,数据采集与控制部分连接上位机；所述数据采集与控制部分的放大电路模块与数据采集卡连接、数据采集卡与A/D转换模块连接、A/D转换模块与USB接口模块连接；其中所述上位机通过串口模块与静电电位检测系统连接。
【IPC分类】G01R19/00
【公开号】CN105629026
【申请号】CN201410581357
【发明人】何志杰
【申请人】何志杰
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2014年10月28日