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钢丝绳拉力实验数据力与位移测量系统

来源:拉力试验机厂家    发布时间:2014-09-30 08:26
钢丝绳拉力实验数据力与位移测量系统
位移与力测量系统主要是指将实验过程中的压力、位移等模拟量采集后,然后传送到计算机系统进行存储处理前转换成数字量。该钢丝绳拉力试验机所需要采集的数据主要有:钢丝绳加载测量、运动小车的位移量及钢丝绳的变形量。
钢丝绳拉力实验数据采集的过程:
1.通过压力传感器将被测载荷,通过光电编码器将位移量转化成电压信号。
2.将采集到的电压信号通过光电隔离放大器和A/D转换器,然后把信号传到单片机中。
3.通过单片机将数字信号进行处理,然后传到微机系统中。
4.通过计算机将处理后的信号进行整体分析。

3.1 载荷测量

拉力实验加载过程中,钢丝绳被拉伸,随着载荷的增加,钢丝绳发生弹性变形,最后断裂。此过程中,所加载的负荷需要被测量,采用压力传感器进行数据收集。压力传感器采用电阻应变式传感器,精度高,方便制造以及结构简单等。
压力传感器
压力传感器是通过外力使其中的薄片弯曲变形而产生压阻效应。是采用电阻应变原理,其中有四个电阻应变片,分别粘在传感器的弹性梁上,组成电桥平衡电路,原理图如图3.1所示
电桥平衡电路原理图
图3.1 电桥平衡电路原理图
在外力作用下,弹性梁发生弹性变形,而粘贴在其上的电阻应变片也发生变形,电阻应变片变形,其电阻将会改变,采集电路将电阻的变化转化成电压信号,间接地将外力的变化转化成了电压的变化。能够使电桥的输出电压U与弹性梁的所受力即施加载荷F成正比。
压力传感器选用TYC301-S型,主要技术指标如表3.1所示:
                      表3.1 TYC301-S技术指标
型号 TYC301-S
供电电压(V) 9~12
灵敏度(mv/v) 2.0±0.02
安全过载(%额定载荷) 150
温度零点飘零(%FS/10℃) 0.03
工作温度(℃) -35~+65
输入阻抗(MΩ) 700±7
输出阻抗(MΩ) 700±7
精度等级 C2
综合误差(%FS) 0.03
采用电阻应变式压力传感器,安装方便,结构简单,抗干扰性强等。在实验过程中,压力传感器与钢丝绳位于同一直线上,能够使传感器所受压力与钢丝绳所受载荷达到一致,提高测量的精度。
压力传感器所产生的电压信号必须经过带通滤波器过滤,将无用的信号过滤掉,然后经过信号放大电路将微弱的电压信号放大,然后才能传送到A/D转换器中。传感器所产生信号经路如图3.2所示:
信号滤波及放大
                  图3.2 信号滤波及放大

3.2 位移测量

在拉伸试验过程中,随着对钢丝绳施加的载荷越来越大,钢丝绳也会不断地伸长,直到钢丝绳被拉断。此过程中,钢丝绳的伸长量需要被测量,即伸长量测量使用光电编码器。光电编码器主要是间接地测量钢丝绳的伸长量,输出的是与钢丝绳伸长量成对应的脉冲个数。然后进行转换,通过计算机进行处理。
光电编码器采用增量式,其中有一码盘式位移-角度-数字检测软件。实验过程中,码盘旋转,输出一系列脉冲,然后用计数器进行计数,最后转化成角位移量。
增量式光电编码器:码盘、光源、光电检测元件、检测光栅以及转换电路等几部分,如图3.3所示:
增量式光电编码器
                图3.3 增量式光电编码器
在码盘上有缝隙,缝隙节距相等,形状为辐射状。每两缝隙间为一个固定的增量周期。与码盘上相对应,在检测光栅上同样有两组透光缝隙,是用来阻挡或通过光电检测元件和光源之间的光线。其缝隙节距与码盘上缝隙节距相等,两组缝隙相差1/4节距,使输出信号相差90°电度角的相位。, 
    光电编码器安装在液压缸柱塞杆右端的小车上,另一端由线连在支架上,线连在码盘上,在钢丝绳拉力试验过程中,液压缸向右运动,线带动码盘转动,而检测光栅不动,光线透过两者上的缝隙照射在光电检测器件上,因此检测器件将输出两组相差90°的相位,电信号近似正弦波。光电编码器检测角位移时分辨率为θ=360°/2n。N是计数器输出二进制数码的位数,通过对θ计数,就可以得到总的角位移Nθ,有L=NθR得出总的位移量与计数脉冲个数N成正比。工作原理如图3.4所示: 
位移光电编码器工作原理
                图3.4 位移光电编码器工作原理
位移光电编码器直接接在单片机上,信号通过单片机处理后,在上位PC机上显示。光电编码器与单片机连接如图3.5所示:
 位移光电编码器与单片机连接
 
               图3.5 位移光电编码器与单片机连接
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