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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 便攜式加速度采集系統(tǒng)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 自動(dòng)測(cè)量及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集是當(dāng)今社會(huì)研究和推廣的一個(gè)熱點(diǎn)，其各種應(yīng)用技術(shù)的研究和推廣方興未艾。自動(dòng)測(cè)量由于自動(dòng)化程度高、危險(xiǎn)系數(shù)小、可以實(shí)現(xiàn)不間斷測(cè)量等特點(diǎn)而被人們推崇，三軸（X、Y、Z）加速度實(shí)時(shí)采集的三軸加速度測(cè)量?jī)x，根據(jù)其受重力作用且方向始終豎直向下指向地心這一特性制作了拓展應(yīng)用的模型（建筑物坡度的測(cè)量和高層建筑物的擺幅的監(jiān)測(cè)等）
- 詳細(xì)介紹：
- 項(xiàng)目的主要思路是：通過(guò)一個(gè)電容式傳感器中的敏感原件（應(yīng)變片---電容的一個(gè)極板）采集應(yīng)變片所受的力，并利用牛頓第二定律轉(zhuǎn)換成加速度，再通過(guò)后續(xù)的處理電路將加速度量轉(zhuǎn)換成電壓量，在此過(guò)程中利用自動(dòng)控制理論實(shí)現(xiàn)變量的線性化-----以便于后續(xù)的處理，利用單片機(jī)采集傳感器采集到的模擬信號(hào)（電壓量），并通過(guò)單片機(jī)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量進(jìn)行處理，再轉(zhuǎn)換成模擬量輸出；利用無(wú)線傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集（主要為了解決像測(cè)量氣墊導(dǎo)軌小車加速度時(shí)，導(dǎo)線會(huì)給小車額外的力這一問(wèn)題）；通過(guò)時(shí)間與數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，可以在電腦上會(huì)出實(shí)時(shí)波形（邊測(cè)量邊繪制-----直觀的觀察加速度的變化趨勢(shì)），使得加速度的測(cè)量更加直觀形象。項(xiàng)目旨在推廣和利用自動(dòng)測(cè)量技術(shù)來(lái)替代人工測(cè)量，大大提高測(cè)量的準(zhǔn)確性和安全性；用電腦采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)取代無(wú)限取點(diǎn)，無(wú)限逼近的辦法；實(shí)時(shí)繪制波形，可以觀察到加速度的變化趨勢(shì)，利用電腦優(yōu)越的計(jì)算性能實(shí)現(xiàn)對(duì)物理數(shù)據(jù)測(cè)量產(chǎn)生全新的變革。本項(xiàng)目還采用實(shí)時(shí)繪圖使得人們更方便直觀地觀察加速度的變化。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 本項(xiàng)目是物理實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)代自動(dòng)測(cè)量技術(shù)和現(xiàn)代質(zhì)量審定技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，通過(guò)此項(xiàng)目的訓(xùn)練，使我們能夠靈活運(yùn)用多方面的知識(shí)，熟練掌握多種技能，如傳感器技術(shù)（電容式傳感器）、數(shù)模轉(zhuǎn)換技術(shù)、通信技術(shù)、電路的設(shè)計(jì)與制作技術(shù)、焊接技術(shù)、故障的分析與排除、儀器檢測(cè)、程序控制技術(shù)，電路控制技術(shù)等，并將這些知識(shí)和技能在實(shí)際工作中得到充分發(fā)揮和有效檢驗(yàn)。 通過(guò)此項(xiàng)目的訓(xùn)練，制作出幾款不同的能實(shí)現(xiàn)不同用途的加速度測(cè)量?jī)x。如：①可用于測(cè)量氣墊導(dǎo)軌碰撞實(shí)驗(yàn)的加速度，②用于建筑上測(cè)量坡度的坡度儀，③用于監(jiān)測(cè)高層建筑物的擺幅（②、③是拓展應(yīng)用，利用LabVIEW優(yōu)越的控件資源和USB-6009數(shù)據(jù)采集卡的模數(shù)轉(zhuǎn)化精度高等特點(diǎn)（見圖⑦）-----節(jié)省成本、降低功耗、提高精度，能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大樓擺幅和測(cè)量建筑物坡度，并自動(dòng)記入報(bào)表-----LabVIEW調(diào)用Excel表格的技術(shù)（見附圖③），便于后續(xù)工作的展開），以此來(lái)為自動(dòng)測(cè)量技術(shù)的推廣，為全社會(huì)的自動(dòng)化和提高生活質(zhì)量作一點(diǎn)工作。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- ① 通過(guò)時(shí)間與數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，可以在電腦上會(huì)出實(shí)時(shí)波形（邊測(cè)量邊繪制-----直觀的觀察加速度的變化趨勢(shì)（見附圖④）），使得加速度的測(cè)量更加直觀形象。項(xiàng)目旨在推廣和利用自動(dòng)測(cè)量技術(shù)來(lái)替代人工測(cè)量，大大提高測(cè)量的準(zhǔn)確性和安全性；用電腦采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)取代無(wú)限取點(diǎn)，無(wú)限逼近的辦法；實(shí)時(shí)繪制波形，可以觀察到加速度的變化趨勢(shì)，利用電腦優(yōu)越的計(jì)算性能實(shí)現(xiàn)對(duì)物理數(shù)據(jù)測(cè)量產(chǎn)生全新的變革。本項(xiàng)目還采用實(shí)時(shí)繪圖使得人們更方便直觀地觀察加速度的變化。 ② 通過(guò)串口和VB程序?qū)?shù)據(jù)在電腦上實(shí)時(shí)，直觀的顯示出來(lái)。 ③ 利用LabVIEW這一優(yōu)秀的軟件將采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)記入表格，便于后續(xù)的查詢和開展工作。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2010年11月制作的“加速度的實(shí)時(shí)采集和傳輸”在江蘇省南通市南通大學(xué)舉辦的“中天科技杯”江蘇省高校第七屆大學(xué)生物理及實(shí)驗(yàn)科技作品創(chuàng)新競(jìng)賽中被江蘇省物理學(xué)會(huì)，江蘇省大學(xué)生物理與實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽組織委員會(huì)評(píng)為二等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 模型 圖紙 現(xiàn)場(chǎng)演示 圖片 錄像
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 本作品特點(diǎn)： ①采用了電容式三軸加速度傳感器來(lái)測(cè)出物體在空間的X，Y，Z軸的三維分加速度，并通過(guò)無(wú)線傳輸和串口通訊，將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳回電腦，并通過(guò)VB軟件編程，把傳回的數(shù)據(jù)繪制出實(shí)時(shí)波形，直觀及時(shí)的顯示出三維加速度隨時(shí)間的變化的曲線。 ②利用采回的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并結(jié)合地球重力加速度在同一地點(diǎn)方向和大小基本不變這一特點(diǎn)，可以換算出物體與水平面，鉛垂面之間的夾角，通過(guò)這一特點(diǎn)可以測(cè)量物體的水平和鉛直程度，代替現(xiàn)行空氣泡法感性測(cè)量的方法。 ③可以利用三角形法則，通過(guò)測(cè)量角度（分加速度和總加速度的夾角）的變化來(lái)測(cè)量出被測(cè)物體相對(duì)于物體本身軸心的擺幅，可以達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)視物體的擺動(dòng)狀況，為后續(xù)工作提供數(shù)據(jù)支持，比如測(cè)量高層建筑的擺幅是否超過(guò)安全擺幅，并制成報(bào)表，為建筑的年審提供參考，為居民提供預(yù)警。 ④通過(guò)X,Y,Z軸的三軸分加速度和總加速的夾角，來(lái)判斷物體在空間的實(shí)時(shí)姿態(tài)，比如可以讓飛行員、坦克駕駛員實(shí)時(shí)了解飛機(jī)、坦克的實(shí)時(shí)姿態(tài)?？梢酝ㄟ^(guò)測(cè)量，了解電梯加速度的變化的變化趨勢(shì)，找出電梯不舒適的原因。
同類課題研究水平概述
- 數(shù)據(jù)采集器是80年代中期出現(xiàn)的先進(jìn)技術(shù),是一種具有現(xiàn)場(chǎng)記錄和離線分析機(jī)器設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)功能的便攜式分析儀器。它把安裝在機(jī)器設(shè)備上的振動(dòng)傳感器和過(guò)程傳感器所測(cè)得物理量作為輸入,配合各種測(cè)量分析技術(shù)以及多樣化的顯示格式組成一個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),應(yīng)用于對(duì)機(jī)器設(shè)備進(jìn)行定期巡回狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷。它能和計(jì)算機(jī)結(jié)合在一起成為獨(dú)立的監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng),是現(xiàn)代機(jī)器設(shè)備的計(jì)算機(jī)輔助診斷手段之一。這類技術(shù)在我國(guó)推廣應(yīng)用后,已取得了良好的效果。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),全國(guó)目前生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集器的廠已有14家,應(yīng)用進(jìn)口或國(guó)產(chǎn)數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和診斷的企業(yè)已有數(shù)百家、短短幾年,我國(guó)的數(shù)據(jù)采集器技術(shù)已從無(wú)到有發(fā)展到一定水平。
