实验一轴心轨迹测量实验
一、实验目的
通过本实验了解和掌握电涡流传感器测量的原理和方法，利用电涡流传感器的涡流效应，进行轴的振动、位移以及轴心轨迹测量实验。 二、实验原理
电涡流传感器由平面线圈和金属涡流片组成，当线圈中通以高频交变电流后，在与其平行的金属片上感应产生电涡流，电涡流的大小影响线圈的阻抗Z，而涡流的大小与金属涡流片的电阻率，导磁率、厚度、温度以及与线圈的距离X有关，当平面线圈、被测体（涡流片）、激励源确定，并保持环境温度不变，阻抗Z只与距离X有关，将阻抗变化转为电压信号V输出，则输出电压是距离X的单值函数。
构成基本工作系统的部件包括探头、（延伸电缆）、前置器及被测体。前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈，在探头头部的线圈中产生交变的磁场。如果在这一交变磁场的有效范围内没有金属材料靠近，则这一磁场能量会全部损失；当有被测金属体靠近这一磁场，则在此金属表面产生感应电流，称之为电涡流。电涡流传感器是能静态和动态地非接触、高线性度、高分辨力地测量被测金属导体距探头表面的距离。利用电涡流传感器的涡流效应，进行轴的振动、位移以及轴心轨迹测量实验。
图1 电涡流传感器工作原理图
三、实验仪器和设备
多功能转子实验台、电涡流传感器、电源、电压表、示波器
四、实验步骤和内容
1、电涡流传感器的静态标定
（1）将传感器与前置器连接，再将前置器与能提供24V的电源相连，重要的是输入电压应是-24V。
（2）将传感器器安装到百分表检定仪上，转动千分尺，每隔一定距离进行一次读数，并做记录。原理如图2所示。
图2电涡流传感器原理图
建议每隔0.1mm读一次数，到线性严重变坏为止。根据实验数据，画出V-X 曲线，指出大致的线性范围。用误差理论的方法求出线性范围内的线性度、灵敏度。
实验前，先将千分尺归零，然后将量块位置移动到与传感器测头足够接近，此刻开始读数。为了保证测量数据的准确，可以对位移上升和位移下降两种情况分别予以测量记录。
先对传感器5632进行标定，当百分表量块远离传感器测头时，标定数据记录在表1所示。
表1传感器5632位移上升时的数据
当百分表量块靠近传感器测头时，标定数据记录在表2所示。
表2传感器5632位移下降时的数据
观察上述所测得的数据，位移若在某一值以后电压值基本保持恒定，则取线形范围内的数据。
2、轴心轨迹测量
（1）在多功能转子实验台上安装电涡流传感器探头（X、Y向互成90度），将输出电缆与前置器相连，信号经前置器处理后经过数据采集仪输入计算机或者可以通过示波器观察轴心轨迹曲线变化。
（2）调节电机转速，观察随着转速的变化，轴心轨迹曲线的变化情况，分析并记录实验结果。 图3 转子实验台－电涡流传感器轴心轨迹测量实验
五、实验报告
1、简述实验目的和原理。
2、根据实验步骤要求，整理和分析相应的波形和特性曲线。
六、注意事项
1、安装电涡流探头时，必须首先把初始间隙调好。
2、探头以及延伸电缆和前置器连接时，要注意型号要一致。
七、思考题
1、电涡流传感器有什么特性？可以用在那些特征量的监测上。
实验二位移测控实验
一、实验目的
1、了解位移控制系统的工作原理，掌握测控程序的设计与调试；
2、提高应用系统的设计和调试能力。
3、利用计算机编写程序控制工作台的移动。
二、位移测控系统简介
本系统主要由PC机、控制卡、电机控制器、电动移动台（机座、步进电机、螺旋传动机构、工作台）、光栅尺等构成。在程序的控制下PC机接受限位开关、光栅尺等反馈信号，向驱动器送出控制信号控制步进电机的转动。丝杠在步进电机的带动下驱动位移工作台移动。PC机可控制三轴位移。图1所示为控制一轴的系统结构图。
位移控制卡如图2所示，该卡可控制三轴的位移，使用时插在PC机的一个标准ISA总线插槽中。卡上有37针的标准接口插座供各轴与控制卡连用。
图1 系统结构图
图2 位移控制卡
位移控制卡的主要功能是：
（1）按软件要求输出方向信号以控制各轴位移方向，输出脉冲信号控制位移速度及位移量。
（2）采样限位信号以控制位移终点。
（3）利用光栅信号进行反馈控制。
用通用阵列逻辑器件GAL16V8和比较器74LS688来完成译码工作。高6位地址与比较器相连。当A9=1，A8＝1，A7=0，A6=0，A5=0，A4=0时，比较器的输出信号使GAL被选中，根据低4位地址A3-A0的组合，GAL输出相应的片选信号。地址范围为310～-31f。地址分析如下：
A9A8A7A6A5A4 A3A2 A1 A0
1 1 0 0 0 1 X X X X
三、控制卡编程说明：
编程时首先向地址312H送控制字0x09，对各I/O口进行初始化。
控制第一轴电机所用的8253的计算器的地址为此314H，315H。其中314H用来产生方波，315H用来
控制脉冲个数。具体编程时应该参照以下语句：outp(0x317,0x36) /*设定314H的工作方式，317H是控制字寄存器地址，用以设定8253的3个计数器的工作方式*/
outp(0x314，整型数%256) /*向314H送控制字的低8位*/
outp(0x314，整型数/256) /*向314H送控制字的高8位*/
上述语句设定了方波的频率，也就是电机的转动频率．8253的输入时钟是1MHz，因此方波频率=1M/整型数。
outp(0x317,0x70) /*设定315H的工作方式*/
outp(0x315，整型数%256) /*向315H送控制字的低8位*/
频率控制字outp(0x315，整型数/256) /*向315H送控制字的高8位*/
上述语句设定了方波的个数，也就是电机的转动步数。
设定完8253的计数器之后，需要向输出口310H送控制字0x40或0x41，其作用是设定电机的转动方向，并使8253计数器开始工作，即令电机开始转动．若需要使电机停止，向310H送控制字0x00即可。
也就是说，在设置完电机的转动频率和步数之后，还需要设置电机的转动方向，并将电机转动允许位设置为高电平（即要将地址说明书中的响应轴向的GATE门设置为高电平），电机才能运转。具体编程时由以下语句完成：
outp（0x310, 0x40）；/*设定电机转动方向，并使电机运转；若使电机反向转动．向310H送040*/
outp（0x310, 0x00)；/*使电机停止*/
第一轴的限位开关状态的采集由输入口310H的第0位和第1位来实现。当限位开关没有被按下时，这两位输入口均为高电平；当限位开关被按下时，相应位变成低电平。具体编程可用如下语句完成：
limit =inp（0x310）0x03；/*为事先定义过的变量*/
第一轴的光栅尺输入信号计数器地址是319H，这也是8253芯片上的计数器。为使计数器319H能够对光栅尺的输入脉冲进行计数，必须将其工作方式设为方式0。具体语句如下：
outp（0x31b, 0x70)；/*设定319H工作方式如下*/
outp（0x319，整型值%256）；
outp（0x319，整型值/256)；/*根据实际距离设定计数值*/
outp（0x311，0xff )；/*使319H开始计数*/
按上述语句设定后，319H即可接收光栅尺的方波，并进行倒计数，当计数初值减为0，输出高电平至输入口311H的第2位。所以可以通过查询311H的相应位来判断移动台是否移动到位。具体语句如下：
aa=(0x311)&0x40；/*读取311H的第2位的电平信号，判断光栅尺的输出脉冲
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