CN101034037A - 智能化动态测试仪 - Google Patents

Abstract

智能化动态测试仪，涉及机械静、动态特性的相关参数的测试、测量方面的仪器，以及检测仪表、设备领域。主要由单片机、四个应变模块、两个脉冲信号模块、数据存贮模块、输出设备、系统电源组成，单片机具有对现场的四个应变信息和两个脉冲信号进行实时采集，作出幅域、时域的实时分析软件，本发明以高精度的测量放大器、具有较大增益选择范围，集单片计算机、应变测量放大器为一体的模块化结构，并配以系统处理软件，信噪比高，适用于田间、野外和各种恶劣环境下使用，其体积小、重量轻、成本低，便于普及、推广的便携式非电量应变测量设备。

Description

智能化动态测试仪

技术领域

本发明涉及机械静、动态特性的相关参数的测试、测量方面的仪器，以及检测仪表、设备领域。

背景技术

工程机械、农业机械和矿山机械等施工作业机械，大多是在恶劣的环境中作业，产品的开发与研究都需要对样机作现场的实时检测与测量，以获得相应的性能参数，作为验证或改进设计的理论依据。由于作业条件的恶劣，现场测试又常常受到时间、气候、季节和地形等自然条件的影响。且这种现场条件复杂多变，很多时候是不能保留，因而工程上极需要一种性能好、功能全，结构紧凑、能便携式的智能化动态测试仪。不仅能实时处理现场测试结果，而且还能对内存的当前测量工况点的大量数据样本进行复制，以实现工况点的非现场恢复，以供所测样本的再处理。近年来，国内该领域内的有关专家，一直在进行这方面的技术和产品的研究工作，也取得了一定的进展。其中，农机研究部门曾推出一款新型动态应变仪，已能部分解决以上要求，但由于放大器的测量精度较低，增益选择范围小，限制了其产品的使用。西南某科学仪器厂所生产的另一种动态测试仪，尽管功能较强，因过分强调信号分析，致使智能化不足，实际上该仪器更接近于动态信号分析专用仪器。而且造价偏高，体积也较大，因而不太适应于野外或恶劣环境下的现场测试操作。

发明内容

本发明目的在于发明一种适合恶劣的环境使用、体积小、重量轻、成本低的智能化动态测试仪。

本发明主要由单片机、四个应变模块、两个脉冲信号模块、数据存贮模块、输出设备、系统电源组成，单片机具有对现场的四个应变信息和两个脉冲信号进行实时采集，作出幅域、时域的实时分析软件，四个应变模块通过应变放大器连接在单片机的A/D接口，两个脉冲信号模块连接在单片机的A/D接口，数据存贮模块通过并行输入、输出接口与单片机连接，输出设备连接在单片机的输出端，系统电源分别连接在单片机、四个应变模块、两个脉冲信号模块、和输出设备的供电电路上。

本发明中，由应变传感器产生的四路应变信号，通过四个应变模块经应变放大器放大后送至系统硬件中的A/D接口，信号处理系统以一定的采样速率对这些信号进行采集和实时处理，最后由输出设备(LCD显示器或打印机)输出处理结果；于此同时，对两个脉冲信号模块传输出的脉冲信号进行处理，显示或打印频率的均值。本发明除了装备有实时处理系统软件，在测量现场对四个应变通道和两个脉冲通道的信号进行实时采集，作出幅域、时域的实时分析外，特别设计了配套的数据存贮模块，可进行存贮或将模块内的数据读入仪器内存中，即可恢复现场。

本发明以高精度的测量放大器、具有较大增益选择范围，集单片计算机、应变测量放大器为一体的模块化结构，并配以系统处理软件，信噪比高，适用于田间、野外和各种恶劣环境下使用，其体积小、重量轻、成本低，便于普及、推广的便携式非电量应变测量设备。

本发明还设置了RS-232接口电路，RS-232接口电路连接在单片机的一个输出端。可以通过仪器的RS-232串行口，将数据传输到系统微机中，便于用户作深度处理，以满足不同用户的需求。

本发明的应变放大器设置在单片机内。采用模块式结构，集单片机、应变测量放大器为一体，在四线应变通道和单片机系统中，为保证测量精度和技术要求这一前提，设计、选用了体积更小、性能更强的元器件，从而使结构紧凑，达到便携化。

另，本发明还在单片机的一个接口设置了应变模拟输出口，将本发明的四个应变测量通道所测的应变信号模拟量，通过应变模拟输出接口输出，以供其他数据处理设备进行分析、处理或保存。

本发明还在单片机的另一个接口设置了应变模拟输入口，将其他应变测量仪器或放大器的(±5V)应变信号模拟量，通过四个应变测量通道输入接口输入，供本发明的A/D转换器转换后，用数据处理软件进行分析或处理。

附图说明

图1为本发明的结构与工作原理框图。

具体实施方式

在功率测试中的应用。

传感器：

设计、选择传感器轴或所测的弹性元件。

弹性元件材料通常选用具有高强度、均匀而稳定的结晶组织，较小而恒定的弹性模数，较小的线膨胀系数，以及良好的机械加工和热处理性能。承受动载荷尤其是高频交变载荷的弹性元件，需要具有高的疲劳强度。

结构设计时应使粘贴应变片处的应变足够大。

弹性元件制造工艺过程：毛坯锻造→预先热处理→粗加工→热处理(淬火、回火)→精加工→动载和静载处理→人工时效。

动载处理是在三分之一量程至满量程(或超载20％)下，以每秒四次的频率加载。

静载处理是在额定载荷的125％下保持4～6小时，或额定载荷的110％下保持18～20小时。

人工时效是在160～180℃温度下保持18～20小时。

根据所测试工况(最高转速、最大扭矩)，设计传感器轴，一般应具备150％过载能力，但不低于120％。

贴片：

仔细挑选合适的应变片(如阻值350欧姆)，粘贴前通以电流或置于恒温箱中以一定的温度进行老化处理。

用水蒸气对弹性元件应变片粘贴处进行表面清理。

在圆周180度对应位置与轴线成45度方向的圆轴表面上互相垂直粘贴四片应变片，组成全桥测量电路，一方面解决温度补偿，增加电桥输出，另一方面消除弯矩影响。

粘贴时应严格按固化工艺规程进行操作。

通常传感器上应变片与传感器体的绝缘电阻为5000～10000兆欧。

静态机械标定：

根据仪器准确度等级，选择在相应的扭矩标准机上进行机械标定，以获得扭矩测量的比例尺。

对传感器测量桥四个顶点按顺序编号，与集流环相应接线柱连接，装于扭矩标准机上，连接本发明。

选择适当的桥压、低通滤波和增益。使得满量程时尽量分布在整个量化层(测量单向量时)。

设置零点(如10)、采样周期(如100ms)、标定系数(如1)。根据测量时扭矩加载方向，在传感器全量程内分5段逐级加载，至超过额定载荷为一个分段值的10～20％(此点无需记录)，然后再逐级卸载，记录所加载荷及由本发明显示结果，记入表。重复3～5次，计算每段平均值，画出标定曲线(最小二乘法拟合)，最后计算标定系数，即每个量化层代表的物理量，这里为xx.xx Nm/量化层。

还可以计算传感器其它技术指标，如非线性、滞后、蠕变、重复性等等。

其重复性、稳定性必须符合相关规定的要求。

功率测试：

假定测试系统已与机组连接。

测量过程与标定过程类似。

本发明的设置参数桥压、增益必须和标定时一致。标定系数见标定结果，其它参数则根据测试需要设置。

转速测量：若测试盘齿数不等于60，则需要换算。

选择测量方式，如手动或自控测试。测试完后打印结果。。

数据处理：

功率的测量是靠测量轴的扭矩M(Nm)和转速n(r/min)，将之代入函数式              N＝M·n/9550  (kW)而得到的。

若连接上不同的传感器，即可进行相应的技术参数测量。

主要技术性能

应变信号放大：增益系数为100档步进任选，桥压三档任选，低通滤波器3档和直通四档可调，每一通道具有零点和溢出指示。

信号处理：对应变信号作时域和幅域的实时处理，给出极值、均值、标准偏差和幅度、概率密度。

对脉冲信号作实时处理，给出脉冲频率在采集时间内的均值。

参数预置：预置应变通道数、采样周期、标定系数和零点(可手动或可自动零点)等。

输出：可显示输出或打印输出。

信号采集的控制方式：统计方式和样本方式。

本发明的相关参数

信噪比：60dB

分辨度：1/4096

线性误差：±0.02％

外形尺寸：310mm×200mm×90mm

总重量：4.5kg

成本：不超过2500元

现有的产品

信噪比：20dB

分辨度：1/1024

线性误差：±0.05％

外形尺寸：0.042m³

总重量：10kg以上

成本：8000元以上

Claims (3)

1、智能化动态测试仪，其特征在于主要由单片机、四个应变模块、两个脉冲信号模块、数据存贮模块、输出设备、系统电源组成，单片机具有对现场的四个应变信息和两个脉冲信号进行实时采集，作出幅域、时域的实时分析软件，四个应变模块通过应变放大器连接在单片机的A/D接口，两个脉冲信号模块连接在单片机的A/D接口，数据存贮模块通过并行输入、输出接口与单片机连接，输出设备连接在单片机的输出端，系统电源分别连接在单片机、四个应变模块、两个脉冲信号模块、和输出设备的供电电路上。

2、根据权利要求1所述智能化动态测试仪，其特征在于在单片机的一个输出端连接RS-232接口电路。

3、根据权利要求1或2所述智能化动态测试仪，其特征在于所述应变放大器设置在单片机内。

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