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动态数据采集卡在应变测试中的应用

  应变测量是研究起重机箱形梁强度问题的重要手段。过去对起重机箱形梁应变的实验研究基本上都是在静态或准静态下进行的,以测量系统的输出量来估价被测量,重点分析测量数值的误差,结果是输入与输出的数值上的对应关系,不具备信息分析与实时处理功能。

  应变测量是研究起重机箱形梁强度问题的重要手段。过去对起重机箱形梁应变的实验研究基本上都是在静态或准静态下进行的,以测量系统的输出量来估价被测量,重点分析测量数值的误差,结果是输入与输出的数值上的对应关系,不具备信息分析与实时处理功能。而起重机在实际工作中处于一定的运动状态,另外由于重物的晃动、轨道不平等原因,其应变是随时间动态变化的。传统的静态测量系统就不能准确地模拟结构的动态应变。随着生产和科学的发展,现代测试技术经历了人的动感、思维等器官参与测试的人工测试阶段。传感、驱动装置、单板机等构成的测试系统的自动测试阶段;而现代以计算机与测试软件主导测试的计算机辅助测试系统(CAT系统)阶段,能够准确地模拟起重机箱形梁在实际工况中应变的变化情况。

  在起重机箱形梁制造过程中、完工交付前、使用过程中的各个阶段,常常根据不同的安全目的,需要对箱形梁进行与实物力学测试相关的安全检测;此外,为了制定现有箱形梁的检修规程及其优化设计,需对现有箱形梁或实物模型在现有工作环境下进行多点载荷谱或应力响应的测定,因此动态应变数据采集系统广泛应用于起重运输机械中。

  应变动态数据采集系统如图1所示。应变动态数据采集系统的特点是开环控制、多点测量,主要元件包括电阻式应变计、动态电阻应变计、OB25芯转接器、数据采集卡、测试屏蔽导线及计算机系统(操作系统软件、数据采集分析软件、打印机、网络等)。计算机在系统中的主要作用包括:设计实验参数、初始化实验装t;发生程控激励信号、控制实验测试过程;对测试响应信号进行数据的实时采集、实时显示和实时存储,在实验中完成复杂逻辑运算与判断和在实验后辅助完成实验规律分析等后处理任务;利用计算机网络,可完成实验数据、实验图像远距离实时传输与实验控制以及完成异地协同测试。

  试件应变E可由电阻式应变计的敏感栅电阻丝转化为电阻变化△R,△R是个很小的值,直接测量十分困难。可以利用特定的电路将电阻的变化线性地转化为电压的变化,并将电压信号放大到容易分辨的程度来间接实现应变的测量。这些本系统中的丫6OL一1型应变仪来完成。过应变仪转换成的电压变化△u,一般在微伏到毫伏级,要处理该信号,就要求放大器有足够高的增益,特别是前置放大器,其漂移和噪声要极小。△u经过丫6OL一1型应变仪的前皿放大器和输出放大器后,其额定输出电压为IOV。

  本动态数据采集系统是16通道,要将,6根信号线尸数据采集卡上十分困难,且线路繁杂,因此有必要在应变仪与数据采集卡之间设置一个DB25的转接器。DB25转接器共有16个通道,各通道与AC1057的P1插头针脚相对应。

  通过OB25转接器输出的△u是一个模拟信号。数字信号处理时首先要将一个模拟信号转变为一个数字信号,这一转变是通过对模拟信号的采样来完成的,而信号的采样是由模数转换电路(周O)来实施的。对于信号采样来说,采样率的选择至关重要。对一个一定长度的模拟信号,若对它的采样间隔小,亦即采样率高,则采样的数据t大,要求计算机具有较大内存及较长的处理时间。若采样率过低即采样间隔过大,则系列的离散时间序列可能不能真实反映原始信号的波形特征,在频域处理时会出现频率混淆现象。不同的采样率使信号采样结果各异。

  对数字信号处理来说,当一个信号中包含多个频率成分时,为避免亚加产生,要求的采样频率fs必须高于信号频率成分中最高频率了ma、的两倍。

  在本数据采集系统中,信号在进入周O转换器(ACIO57P数据采集卡)之前,先通过了一个模拟低通滤波器。此滤波器为应变仪所自带。这样就滤除了信号中不加以考虑的高频成分,降低信号中的最高频率,从而也降低了采样频率。

  A/D转换器(数据采集)是将模拟量转换为一定进制的数字t。周O转换器大多是将电压t转换为正比的二进制数字量,乘以转化系数后可获得电压的数值量,也有先将电压,转换为时间或频率,然后再经计数得到电压的数值量。A/D转换器的电路主要由时钟脉冲发生器、逻辑电路、移位寄存器气

  本数据采集系统A/O转换采用ACIO57户采集卡,适合测量变送器输出、直流电压等场合的测量应用。通过其程控放大功能可以获得较高的系统动态范围。AC1057P具有32路开关量16路输出及16路输入,输出的驱动能力较强同时固定的输入、输出具有较高的抗干扰能力。AC1057P卡译码占用10条PC一ISA总线)地址线一Ag决定,其中AgAS被AC1057P固定为AgAS=ZH,即AC1057P的l/O空间为200H一ZFFH。52按二进制方法来确定,52的1号跳线4号对应A7。AC1057P共有16个l/O地址,所有操作为8位读写操作。

  ACIO57P的12位寄存器中二进制数据设为bl,红。bl气,它分为高、中、低4位(bllb,。气气、红气气忆、忆气bl气),按以下格式对应着户C计算机总线位二进制数据线路:

  将AC1057户数据寄存器的高、中、低4位二进制数据按上述格式送入PC计算机的16位二进制数据寄存器a、b、c中,A/D所采集数据可由以下方法获得:

  则对应周O某通道寄存器中所采集到的二进制数据b11b10b10b10的十进制数值为:

  12位A/D电压量程对应的二进制数为0一111111111(212一11=4095),应理解为从)对入口电信号叠加了电压Kv,使A/D的参考电压范围成为0一2Kv,该范围对应着数值范围0一1,故欲还原信号,则转换后的数值电压须扣除量程电压Kv,即:

  AC1057的Pl为DB25芯插头,在输入的插头上标有对应的号码。定义如下(通道0一15,即NO:1一16)。输入定义:

  进行控制。在操作软件中已经有l/O动态链接库VBIOX.O比,调用前必须对其进行调用声明。数据采集过程框图如图3。

  加载系统,无论是对箱形梁样件抑或是整机所作的应变测试,获得的实验数据都能准确模拟起重机箱形梁在实际工况中的应变变化,可对现有箱形梁检修规程的制定及其优化设计,提供有益的参考数据。

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