CN111750795A - 一种分布式蠕变测量系统及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式蠕变测量系统及测量方法，包括电源、光电编码器阵列、第一信号处理模块、第二信号处理模块、数据存储模块和数据显示模块；光电编码器阵列将形变数据传输给第一信号处理模块；第一信号处理模块对脉冲进行双向增减计数得到脉冲数量，第二信号处理模块读取脉冲数量并进行数据处理，得到形变量数据并发送给数据存储模块和第一信号处理模块，第一信号处理模块接收形变数据量并控制数据显示模块实时显示形变量数据；电源为系统供电；本发明实现多点同时测量，精度高、量程大；同时采用基于FPGA的信号处理模块，适用性强；实现对微小形变多点测量、长时间连续自动测量、数据自动存储功能。

Description

一种分布式蠕变测量系统及测量方法

技术领域

本发明涉及一种分布式蠕变测量系统及测量方法，特别是一种采用光电编码器的分布式蠕变测量系统及测量方法，属于测量技术领域。

背景技术

光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90°的两路脉冲信号。根据检测原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。根据其刻度方法及信号输出形式，可分为增量式、绝对式以及混合式三种。光电编码器具有精度高、测量范围广、体积小、重量轻等优点。

金属及复合材料等材料在持续载荷作用下会产生随时间而发展的塑性变形,即蠕变现象，蠕变对于结构的使用性能有着严重的影响，在工程实际中,有时会发生由于材料的蠕变而引起的严重事故。因此在使用材料制作构件时，需要研究其蠕变特性，研究在温度、应力的作用下应变与时间的关系。高精度的蠕变试验是为材料提供准确可靠的蠕变性能的重要手段。而蠕变试验中形变或应变的尺寸往往是微米级的，而且可能还在缓慢的变化着，这种情况下往往还需要对形变或应变进行长时间的不间断测量，而使用传统的测量方式无法对测量对象进行数以月计的连续的长时间的监测测量。而且目前的蠕变试验中通常为单点测量，很难进行多点蠕变同时测量。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种精度高、适用范围广的采用光电编码器的分布式蠕变测量系统及测量方法。

为解决上述技术问题，本发明的一种分布式蠕变测量系统，包括电源、光电编码器阵列、第一信号处理模块、第二信号处理模块、数据存储模块和数据显示模块，光电编码器阵列包含至少2个光电编码器；

光电编码器阵列与第一信号处理模块连接，第二信号处理模块与第一信号处理模块连接，第二信号处理模块与数据存储模块连接；第一信号处理模块与数据显示模块连接，电源为光电编码器阵列、第一信号处理模块、第二信号处理模块和数据显示模块供电；

光电编码器阵列检测待测物体的形变并将脉冲形式的形变数据传输给第一信号处理模块；

第一信号处理模块对接收的脉冲进行双向增减计数，得到代表形变数据的脉冲数量，第一信号处理模块接收形变数据量并控制数据显示模块实时显示形变量数据；

第二信号处理模块读取脉冲数量并进行数据处理，得到形变量数据，将形变量数据发送给数据存储模块和第一信号处理模块。

作为本发明的一种优选方案，第一信号处理模块采用FPGA。

作为本发明的另一种优选方案，第二信号处理模块采用DSP。

作为本发明的再一种优选方案，光电编码器阵列采用差分传输方式，并通过差分转单端芯片与第一信号处理模块连接。

作为本发明的又一种优选方案，光电编码器阵列线采用单端传输方式，并通过电平变换芯片与第一信号处理模块连接。

一种采用上述任一分布式蠕变测量系统的测量方法，包括以下步骤：

步骤(1)：将光电编码器阵列安装在待测物体上；

步骤(2)：光电编码器阵列将以脉冲形式表示的形变数据传输给第一信号处理模块；

步骤(3)：第一信号处理模块利用内部定制的编码器信号处理子模块对脉冲进行双向增减计数,得到代表形变数据的脉冲数量，然后第二信号处理模块读取脉冲数量；

步骤(4)：第二信号处理模块对读取的脉冲数量进行数据处理，得到形变量数据；

步骤(5)：第二信号处理模块将形变量数据发送给第一信号处理模块，第一信号处理模块控制数据显示模块实时显示形变量数据；

步骤(6)：第二信号处理模块将形变量数据发送给数据存储模块；

步骤(7)：数据存储模块存储形变量数据。

本发明的有益效果：本发明采用分布式光电编码器阵列实现多点同时测量，精度高、量程大；同时采用基于FPGA的信号处理模块，适用性强；本发明实现了对微小形变的多点测量、长时间连续自动测量、数据自动存储功能。

附图说明

图1是基于光电编码器的分布式蠕变测量系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明

如图1，基于光电编码器的分布式蠕变测量系统，包括电源、光电编码器阵列、基于FPGA的信号处理模块、基于DSP的信号处理模块和数据存储模块；

光电编码器阵列的信号线与基于FPGA的信号处理模块连接，基于DSP的信号处理模块通过EMIF接口与基于FPGA的信号处理模块连接，基于DSP的信号处理模块通过串口与数据存储模块连接；光电编码器阵列、基于FPGA的信号处理模块、基于DSP的信号处理模块、数据存储模块都与电源连接；

进一步地，光电编码器阵列包括光电编码器1至光电编码器n共n个光电编码器。

进一步地，基于FPGA的信号处理模块中的显示模块和LCD连接，LCD还和电源连接。

进一步地，数据存储模块还与U盘连接。

进一步地，光电编码器阵列的信号线采用差分传输方式时，通过差分转单端芯片与基于FPGA的信号处理模块连接；光电编码器阵列的信号线采用单端传输方式时，通过电平变换芯片与基于FPGA的信号处理模块连接。

基于光电编码器的分布式蠕变测量系统的测量方法，包括如下步骤：

步骤(1)：将光电编码器阵列安装在待测物体上；

步骤(2)：光电编码器阵列将以脉冲形式表示的形变数据通过信号线并经过差分转单端芯片处理后传输给基于FPGA的信号处理模块；

步骤(3)：基于FPGA的信号处理模块利用内部定制的编码器信号处理子模块对代表形变数据的脉冲进行双向增减计数,得到代表形变数据的脉冲个数，然后基于DSP的信号处理模块通过EMIF接口读取该脉冲个数；

步骤(4)：基于DSP的信号处理模块根据使用光电编码器的对读取得到的脉冲数进行分析计算，得到形变量数据；

步骤(5)：基于DSP的信号处理模块通过EMIF接口将形变量数据发送给基于FPGA的信号处理模块中的显示模块，显示模块控制LCD显示形变量数据；

步骤(6)：基于DSP的信号处理模块将形变量数据通过串口发送给数据存储模块；

步骤(7)：数据存储模块存储形变量数据，然后数据存储模块通过文件管理控制芯片将形变量数据写入U盘。

实施例1：光电编码器阵列采用KS15拉绳位移传感器，光电编码器阵列的信号线采用差分传输通过RS422-TTL芯片与基于FPGA的信号处理模块连接，数据存储模块的文件管理控制芯片采用CH376，U盘采用金士顿USB2.0接口16G容量U盘。

本发明以多个光电编码器作为测量微小形变的传感器，它们输出的多路形变信号经过以FPGA+DSP为核心的信号处理电路处理后在LCD上显示出来，实现一种高精度的对多路微小形变实时显示的测量系统。同时该系统还可以以一定的时间间隔将测量的数据存入U盘中，以实现无人值守的情况下长时间连续测量，系统可以连续工作数以月计，将这段时间内的测量数据统统存入U盘中，工作人员可以将数据统一读入计算机以供后续的分析与处理。

以上所述并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种分布式蠕变测量系统，其特征在于：包括电源、光电编码器阵列、第一信号处理模块、第二信号处理模块、数据存储模块和数据显示模块，光电编码器阵列包含至少2个光电编码器；

光电编码器阵列与第一信号处理模块连接，第二信号处理模块与第一信号处理模块连接，第二信号处理模块与数据存储模块连接；第一信号处理模块与数据显示模块连接，电源为光电编码器阵列、第一信号处理模块、第二信号处理模块和数据显示模块供电；

所述光电编码器阵列检测待测物体的形变并将脉冲形式的形变数据传输给第一信号处理模块；

所述第一信号处理模块对接收的脉冲进行双向增减计数，得到代表形变数据的脉冲数量，第一信号处理模块接收形变数据量并控制数据显示模块实时显示形变量数据；

所述第二信号处理模块读取脉冲数量并进行数据处理，得到形变量数据，将形变量数据发送给数据存储模块和第一信号处理模块。

2.根据权利要求1所述的一种分布式蠕变测量系统，其特征在于：第一信号处理模块采用FPGA。

3.根据权利要求1所述的一种分布式蠕变测量系统，其特征在于：第二信号处理模块采用DSP。

4.根据权利要求2所述的一种分布式蠕变测量系统，其特征在于：光电编码器阵列采用差分传输方式，并通过差分转单端芯片与第一信号处理模块连接。

5.根据权利要求2所述的一种分布式蠕变测量系统，其特征在于：光电编码器阵列线采用单端传输方式，并通过电平变换芯片与第一信号处理模块连接。

6.一种采用权利要求1至5任一分布式蠕变测量系统的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)：将光电编码器阵列安装在待测物体上；

步骤(2)：光电编码器阵列将以脉冲形式表示的形变数据传输给第一信号处理模块；

步骤(3)：第一信号处理模块利用内部定制的编码器信号处理子模块对脉冲进行双向增减计数,得到代表形变数据的脉冲数量，然后第二信号处理模块读取脉冲数量；

步骤(4)：第二信号处理模块对读取的脉冲数量进行数据处理，得到形变量数据；

步骤(5)：第二信号处理模块将形变量数据发送给第一信号处理模块，第一信号处理模块控制数据显示模块实时显示形变量数据；

步骤(6)：第二信号处理模块将形变量数据发送给数据存储模块；

步骤(7)：数据存储模块存储形变量数据。

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