CN113253712A - 一种试验加载控制系统及校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种试验加载控制系统包括主控单元、桥压负调理电路、桥压负驱动电路、桥压负电压跟随放大器、桥压正调理电路、桥压正驱动电路、桥压正电压跟随放大器、传感器、差分输入放大电路、信号调理电路、A/D转换电路；所述桥压负调理电路、信号调理电路为运算放大电路，基于此系统的校准方法通过改变电阻值的方式调整运算放大电路增益，从而对桥压和传感器反馈测量精度进行校准，确保试验加载控制系统所有控制通道的桥压精度、传感器反馈测量精度均能满足系统使用要求，而且调整率极小，不改变桥压调理电路和传感器反馈测量电路的相位，从而保证试验加载控制系统的稳定裕度不变。

Description

一种试验加载控制系统及校准方法

技术领域

本发明涉及控制系统检测校准技术领域，尤其涉及一种试验加载控制系统及校准方法。

背景技术

试验加载控制系统是目前国际上主流的飞机结构强度试验，耐久性及损伤容限试验、载荷标定试验的载荷控制设备，是当今世界最先进的飞机结构强度试验关键设备。系统采用全数字化架构，功能先进且实现多通道同步协调加载控制，系统精度高、可靠性好、安全保护策略完善，适用于飞机全机和部件静力及疲劳等高风险试验。

试验加载控制系统在工业现场高频率使用一段时间后，设备部分器件老化现象明显，系统出现部分通道传感器桥压输出精度较差、传感器反馈测量通道精度较差等问题，严重影响试验质量。因此，需要对试验加载控制系统进行定期检查并对精度较差通道进行校准，以满足试验要求，确保试验质量。

目前，部分试验加载控制系统不支持校准功能，且部分试验加载控制系统的校准方式是采用更换硬件板卡的形式以维持系统的精度，造成系统使用和维护的成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种试验加载控制系统及校准方法，以确保试验加载控制系统所有控制通道的桥压精度、传感器反馈测量精度均能满足系统使用要求。

本发明提供了一种试验加载控制系统，包括主控单元、传感器桥压管理电路、传感器反馈测量电路及传感器；所述传感器桥压管理电路包括桥压负调理电路、桥压负驱动电路、桥压负电压跟随放大器、桥压正调理电路、桥压正驱动电路、桥压正电压跟随放大器；所述传感器反馈测量电路包括差分输入放大电路、信号调理电路、A/D转换电路；

所述主控单元输出的桥压值输入桥压负调理电路；所述桥压负调理电路的输出端与所述桥压负驱动电路的输入端连接；所述桥压负驱动电路的一路输出连接传感器的桥压负供电端，所述桥压负驱动电路的另一路输出经桥压负电压跟随放大器连接桥压负调理电路，形成深度负反馈；同时，所述桥压负电压跟随放大器的另一路输出与桥压正调理电路的输入端连接；所述桥压正调理电路的输出端与所述桥压正驱动电路的输入端连接；所述桥压正驱动电路的一路输出连接传感器的桥压正供电端，所述桥压正驱动电路的另一路输出经桥压正电压跟随放大器连接桥压正调理电路，形成深度负反馈；

所述传感器的输出信号发送到差分输入放大电路，所述差分输入放大电路、信号调理电路、A/D转换电路依次连接，将测量的反馈信号发送至主控单元；

所述传感器桥压管理电路、所述传感器反馈测量电路共同组成传感器桥压管理及传感器反馈测量单元。

本发明通过改变桥压负调理电路中实际输入电阻值调理桥压输出值进行桥压校准，因此关于桥压负调理电路的设计主要有三种方案。

第一种，在输入电阻上并联桥压调理电阻。此时，所述桥压负调理电路包括运算放大器U1、输入电阻R1、输入电阻R2、接地电阻R3、桥压调理电阻、电容C1；所述主控单元输出的桥压值经输入电阻R1输入所述运算放大器U1的负输入端V-，所述桥压负电压跟随放大器的负反馈信号经输入电阻R2输入所述运算放大器U1的负输入端V-；所述运算放大器U1的正输入端V+经接地电阻R3接地；所述电容C1安装在所述运算放大器U1的输出端Vb-与负输入端V-之间；所述桥压调理电阻与所述输入电阻R1或者所述输入电阻R2并联。

第二种，直接调节输入电阻的阻值。此时，所述桥压负调理电路包括运算放大器U1、输入电阻R1、输入电阻R2、接地电阻R3、电容C1；所述主控单元输出的桥压值经输入电阻R1输入所述运算放大器U1的负输入端V-，所述桥压负电压跟随放大器的负反馈信号经输入电阻R2输入所述运算放大器U1的负输入端V-；所述运算放大器U1的正输入端V+经接地电阻R3接地；所述电容C1安装在所述运算放大器U1的输出端Vb-与负输入端V-之间；所述输入电阻R1、输入电阻R2均为可调电阻。

第三种，更换不同阻值的输入电阻。此时，所述桥压负调理电路包括运算放大器U1、输入电阻R1、输入电阻R2、接地电阻R3、电容C1；所述主控单元输出的桥压值经输入电阻R1输入所述运算放大器U1的负输入端V-，所述桥压负电压跟随放大器的负反馈信号经输入电阻R2输入所述运算放大器U1的负输入端V-；所述运算放大器U1的正输入端V+经接地电阻R3接地；所述电容C1安装在所述运算放大器U1的输出端Vb-与负输入端V-之间；所述输入电阻R1、输入电阻R2可拆卸安装在所述桥压负调理电路中，便于更换不同阻值。

本发明通过改变信号调理电路中实际反向输入电阻值调理传感器反馈测量值进行传感器反馈测量通道精度校准，因此关于信号调理电路的设计主要有三种方案。

第一种，在反向输入电阻上并联反馈信号调理电阻。此时，所述信号调理电路包括运算放大器U20、输入电阻R10、反向输入电阻R20、反馈信号调理电阻、电容C20；所述差分输入放大电路的输出值经输入电阻R10输入所述运算放大器U20的负输入端V-；所述运算放大器U20的正输入端V+接地；所述反向输入电阻R20、电容C20并联安装在所述运算放大器U20的输出端VOUT与负输入端V-之间；所述反馈信号调理电阻与所述输入电阻R10或者所述反向输入电阻R20并联。

第二种，直接调节反向输入电阻的阻值。此时，所述信号调理电路包括运算放大器U20、输入电阻R10、反向输入电阻R20、电容C20；所述差分输入放大电路的输出值经输入电阻R10输入所述运算放大器U20的负输入端V-；所述运算放大器U20的正输入端V+接地；所述反向输入电阻R20、电容C20并联安装在所述运算放大器U20的输出端VOUT与负输入端V-之间；所述输入电阻R10、反向输入电阻R20均为可调电阻。

第三种，更换不同阻值的反向输入电阻。此时，所述信号调理电路包括运算放大器U20、输入电阻R10、反向输入电阻R20、电容C20；所述差分输入放大电路的输出值经输入电阻R10输入所述运算放大器U20的负输入端V-；所述运算放大器U20的正输入端V+接地；所述反向输入电阻R20、电容C20并联安装在所述运算放大器U20的输出端VOUT与负输入端V-之间；所述输入电阻R10、反向输入电阻R20可拆卸安装在所述信号调理电路中。

本发明中桥压负调理电路、信号调理电路均属于运算放大电路。

本发明还提供了一种试验加载控制系统的校准方法，对上述试验加载控制系统进行精度校准。所述校准方法包括：

步骤A：主控单元输出的一个给定的桥压输出值经传感器桥压管理电路输出至传感器的桥压供电端，通过万用表测量传感器桥压正供电端、桥压负供电端之间的电压得到桥压测量值，并反馈至主控单元；传感器作为基准信号源形成的传感器逐级输出值经传感器反馈测量电路输出至主控单元，由主控单元获取传感器逐级反馈测量值；并由主控单元记录桥压输出值、桥压测量值、传感器逐级输出值、传感器逐级反馈测量值；

步骤B：主控单元通过桥压输出值和测量得到的桥压测量值计算桥压误差；同时，主控单元通过传感器逐级输出值和获得的传感器逐级反馈测量值计算传感器反馈测量误差；

步骤C：根据步骤B获得的桥压误差、传感器反馈测量误差情况进行校准：若桥压误差超过系统使用要求，则执行步骤C1通过传感器桥压管理电路中的桥压负调理电路调理桥压输出值，直至桥压误差满足使用要求；若传感器反馈测量误差超过系统使用要求，则执行步骤C2通过传感器反馈测量电路中的信号调理电路调理传感器反馈测量值，直至传感器反馈测量误差满足使用要求；

所述步骤C1是通过改变桥压负调理电路中实际输入电阻值调理桥压输出值进行桥压校准；所述步骤C2是通过改变信号调理电路中实际反向输入电阻值调理传感器反馈测量值进行传感器反馈测量通道精度校准。

进一步地，所述步骤A中，按传感器8输出量程范围的10%作为一级而逐级输入形成对应的传感器逐级输出值。

本发明的有益效果如下：

（1）本发明提供的试验加载控制系统设置有传感器桥压管理电路、传感器反馈测量电路，对桥压输出值和传感器反馈测量值进行测量，并通过改变电阻值的方式调整运算放大电路增益，从而对桥压和传感器反馈测量精度进行校准，确保试验加载控制系统所有控制通道的桥压精度、传感器反馈测量精度均能满足系统使用要求；

（2）本发明提供的校准方法，调整率极小，不改变桥压调理电路和传感器反馈测量电路的相位，因此试验加载控制系统的稳定裕度不变；

（3）本发明提供的校准方法，可操作性好，能够有效降低系统的使用和维护的成本。

附图说明

图1为试验加载控制系统的电路图。

图2为桥压负调理电路未安装桥压调理电阻的电路原理示意图。

图3为桥压负调理电路中安装桥压调理电阻的电路原理示意图。

图4为信号调理电路未安装反馈信号调理电阻的电路原理示意图。

图5为信号调理电路中安装反馈信号调理电阻的电路原理示意图。

图6为A口信号调理电路未安装反馈信号调理电阻的电路原理示意图。

图7为A口信号调理电路中安装反馈信号调理电阻的电路原理示意图。

图8为B口信号调理电路未安装反馈信号调理电阻的电路原理示意图。

图9为B口信号调理电路中安装反馈信号调理电阻的电路原理示意图。

图10为校准前试验加载控制系统检测数据表。

图11为校准后试验加载控制系统检测数据表。

图12为实施例1中多通道试验加载控制系统的电路结构框图。

图中：1、主控单元；2、桥压负调理电路；3、桥压负驱动电路；4、桥压负电压跟随放大器；5、桥压正调理电路；6、桥压正驱动电路；7、桥压正电压跟随放大器；8、传感器；9、差分输入放大电路；10、信号调理电路；11、A/D转换电路。

具体实施方式

以下结合实施例的具体实施方式，对本发明的上述内容再做进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本发明的范围内。

实施例1：

如图1所示，本实施例公开了一种试验加载控制系统，包括：主控单元1、传感器桥压管理电路、传感器反馈测量电路及传感器8；所述传感器桥压管理电路包括桥压负调理电路2、桥压负驱动电路3、桥压负电压跟随放大器4、桥压正调理电路5、桥压正驱动电路6、桥压正电压跟随放大器7；所述传感器反馈测量电路包括差分输入放大电路9、信号调理电路10、A/D转换电路11；所述传感器桥压管理电路、所述传感器反馈测量电路共同组成传感器桥压管理及传感器反馈测量单元。

所述试验加载控制系统的校准方法具体包括以下步骤：

步骤A：主控单元1输出的一个给定的桥压输出值经传感器桥压管理电路输出至传感器8的桥压供电端，通过万用表测量传感器8桥压正供电端、桥压负供电端之间的电压得到桥压测量值，并反馈至主控单元1；传感器8作为基准信号源形成的传感器逐级输出值经传感器反馈测量电路输出至主控单元1，由主控单元1获取传感器逐级反馈测量值；并由主控单元1记录桥压输出值、桥压测量值、传感器逐级输出值、传感器逐级反馈测量值；

步骤B：主控单元1通过桥压输出值和测量得到的桥压测量值计算桥压误差；同时，主控单元1通过传感器逐级输出值和获得的传感器逐级反馈测量值计算传感器反馈测量误差；

步骤C：根据步骤B获得的桥压误差、传感器反馈测量误差情况进行校准：若桥压误差超过系统使用要求，则执行步骤C1通过传感器桥压管理电路中的桥压负调理电路2调理桥压输出值，直至桥压误差满足使用要求；若传感器反馈测量误差超过系统使用要求，则执行步骤C2通过传感器反馈测量电路中的信号调理电路10调理传感器反馈测量值，直至传感器反馈测量误差满足使用要求；

所述步骤C1是通过改变桥压负调理电路2中实际输入电阻值调理桥压输出值进行桥压校准；

所述步骤C2是通过改变信号调理电路10中实际反向输入电阻值调理传感器反馈测量值进行传感器反馈测量通道精度校准。

所述试验加载控制系统中传感器桥压管理电路、传感器反馈测量电路均是由基于集成运算放大器电路和积分电路构建而成的测量管理电路。

所述传感器8为桥路等效应变源，具有桥压负供电端V-、桥压正供电端V+、信号端S+、信号端S-。

所述桥压负调理电路2的输入来自于所述主控单元1输出的设定的桥压值，所述桥压负调理电路2输出至所述桥压负驱动电路3，所述桥压负调理电路2的一路输出连接在所述传感器8的桥压负供电端V-；同时，所述桥压负驱动电路3的另一路输出经所述桥压负电压跟随放大器4输入回所述桥压负调理电路2，所述桥压负调理电路2、桥压负驱动电路3、桥压负电压跟随放大器4共同形成一组深度负反馈电路，保持负桥压的稳定。所述桥压正调理电路5的输入来自于所述桥压负电压跟随放大器4的另一路输出，所述桥压正调理电路5输出至所述桥压正驱动电路6，所述桥压正驱动电路6的一路输出连接传感器8的桥压正供电端V+；同时，所述桥压正驱动电路6的另一路输出经所述桥压正电压跟随放大器7输入回所述桥压正调理电路5，所述桥压正调理电路5、桥压正驱动电路6、桥压正电压跟随放大器7共同形成一组深度负反馈电路，保持正桥压的稳定。

所述传感器8的输出信号从信号端S+、信号端S-发送到差分输入放大电路9，依次经差分输入放大电路9、信号调理电路10、A/D转换电路11，将测量的反馈信号发送至主控单元1。

其中，所述桥压负调理电路2是桥压校准的关键电路；所述信号调理电路10是传感器反馈测量校准的关键电路。所述桥压负调理电路2、所述信号调理电路10均为运算放大电路。

校准的技术思路是：对所述桥压负调理电路2、所述信号调理电路10这类运算放大电路的增益系数进行计算，通过调整运算放大电路输入电阻值或反馈电阻值，进行运算放大电路的增益修正，从而实现桥压校准和传感器反馈测量精度的校准。

而改变运算放大电路输入电阻值或反馈电阻值的方式主要有三类：在原电阻上并联新电阻、调整原电阻的阻值、之间更换不同电阻值的电阻。

进一步地，所述试验加载控制系统包括多组试验加载控制单元，记为：1#试验加载控制单元、2#试验加载控制单元、3#试验加载控制单元、……、N#试验加载控制单元，N为正整数。如图12所示，所述主控单元1对应设置为：1#主控单元1、2#主控单元1、3#主控单元1、……、N#主控单元1；所述传感器桥压管理及传感器反馈测量单元对应设置为：1#传感器桥压管理及传感器反馈测量单元、2#传感器桥压管理及传感器反馈测量单元、3#传感器桥压管理及传感器反馈测量单元、……、N#传感器桥压管理及传感器反馈测量单元；所述传感器对应设置为：1#传感器、2#传感器、3#传感器、……、N#传感器。其中，N#主控单元1、N#传感器桥压管理及传感器反馈测量单元、N#传感器组成一组N#试验加载控制单元，与一个通道对应连接。

以一套系统设置有120套通讯双通道为例，该系统就设置有120组A通道、B通道共240个通道。此时，本实施例提供的一种试验加载控制系统，就需要配置至少240套主控单元1、桥压负调理电路2、桥压负驱动电路3、桥压负电压跟随放大器4、桥压正调理电路5、桥压正驱动电路6、桥压正电压跟随放大器7、传感器8、差分输入放大电路9、信号调理电路10、A/D转换电路11；每一套对应一个通道。

而且在进行校准时，先对存在桥压误差的通道进行桥压校准，再对存在传感器反馈测量误差的通道进行传感器反馈测量通道精度校准。若同时有多个通道存在桥压误差而需要校准，则多个通道的桥压校准不分先后顺序；同样，若同时有多个通道存在传感器反馈测量误差而需要校准，则多个通道的传感器反馈测量通道精度校准不分先后顺序。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上进行更详细的说明。本实施例中，如图2所示，所述桥压负调理电路2未安装桥压调理电阻时，包括：运算放大器U1、输入电阻R1、输入电阻R2、接地电阻R3、桥压调理电阻、电容C1；所述主控单元1输出的桥压值经输入电阻R1输入所述运算放大器U1的负输入端V-，所述桥压负电压跟随放大器4的负反馈信号经输入电阻R2输入所述运算放大器U1的负输入端V-；所述运算放大器U1的正输入端V+经接地电阻R3接地；所述电容C1安装在所述运算放大器U1的输出端Vb-与负输入端V-之间。

基于上述桥压负调理电路2，采用并联电阻方式进行桥压校准时，为桥压负调理电路2配置桥压调理电阻。通常，所述桥压调理电阻为一系列电阻值不完全相同的电阻，根据需要从中选择1个或2个安装到桥压负调理电路2中，进行桥压校准。如图3所示的桥压负调理电路2，在输入电阻R1上并联桥压调理电阻RA，提高桥压；在输入电阻R2上并联桥压调理电阻RB，降低桥压。

本实施例的其他部分与实施例1相同，故不再赘述。

实施例3：

本实施例在实施例1或实施例2的基础上进行更详细的说明。本实施例中，如图4所示，所述信号调理电路10包括运算放大器U20、输入电阻R10、反向输入电阻R20、反馈信号调理电阻、电容C20；所述差分输入放大电路9的输出值经输入电阻R10输入所述运算放大器U20的负输入端V-；所述运算放大器U20的正输入端V＋接地；所述反向输入电阻R20、电容C20并联安装在所述运算放大器U20的输出端VOUT与负输入端V-之间。

基于上述信号调理电路10，采用并联电阻方式进行传感器反馈测量通道精度校准时，为信号调理电路10配置反馈信号调理电阻。通常，所述反馈信号调理电阻包括一系列电阻值不同的电阻，根据需要从中选择1个或2个安装到信号调理电路10中，进行传感器反馈测量通道精度校准。如图5所示的信号调理电路10，在输入电阻R10上并联反馈信号调理电阻RM，提高通道增益；在输入电阻R20上并联反馈信号调理电阻RN，降低通道增益。

进一步地，A/B双通道中A口对应的信号调理电路10，校准前如图6所示，包括运算放大器U21、输入电阻R11、反向输入电阻R21、电容C21，所述运算放大器U21与输入电阻R11、反向输入电阻R21构成反向放大电路工作模式。如图7所示，为A口信号调理电路10配置反馈信号调理电阻：在输入电阻R11上并联反馈信号调理电阻Rm，增大A口增益；在反向输入电阻R21上并联反馈信号调理电阻Rn，减小A口增益。同理，A/B双通道中B口对应的信号调理电路10，校准前如图8所示，包括运算放大器U22、输入电阻R12、反向输入电阻R22、电容C22，所述运算放大器U22与输入电阻R12、反向输入电阻R22构成反向放大电路工作模式。如图9所示，为B口信号调理电路10配置反馈信号调理电阻：在输入电阻R12上并联反馈信号调理电阻Rm’，增大B口增益；在反向输入电阻R22上并联反馈信号调理电阻Rn’，减小B口增益。由此，实现各通道A口、B口的校准。

与上述信号调理电路10情况相同，桥压负调理电路2也是针对一组A/B双通道中A口、B口分别设置一个，因结构、工作原理相同，故不再赘述。

本实施例的其他部分与实施例1或实施例2相同，故不再赘述。

实施例4：

本实施例在实施例1-实施例3任一项的基础上进行更详细的说明。本实施例提供了一种试验加载控制系统的校准方法，包括校准前试验加载控制系统精度测试、试验加载控制系统桥压校准、试验加载控制系统传感器反馈测量通道精度校准、校准后试验加载控制系统精度测试四大部分。校准过程中，可根据试验加载控制系统精度测试情况反复迭代，直至系统精度达到出厂时的精度要求或用户使用精度要求。

一、校准前试验加载控制系统精度测试

分别检测并记录各通道桥压值及传感器反馈测量通道输出各级电压值，并计算出误差，确定各通道的精度超差情况。

以桥路等效应变源作为标准的传感器8。传感器8最大允许误差是：DCV：±0.025%；根据不同设备和使用环境，选取桥压值。例如，本实施例中根据国内外主流测力传感器灵敏度系数要求，选取桥路等效应变源的灵敏度系数为2mV/V，桥压：10V。

用于测量传感器8供电端V+、V-之间桥压输出值的万用表采用数字电压表，数字电压表的最大允许误差是：DCV：±0.01%；根据国内外主流测力传感器灵敏度系数要求,选取桥路等效应变源的灵敏度系数为2mV/V，桥压：10V。当然不同设备和使用环境可选取其他电压值。

测试内容见图10，包含各通道桥压输出值、传感器反馈测量通道各级电压值、桥压误差、传感器反馈测量通道误差。

传感器反馈测量通道各级电压值，具体是指按桥路等效应变源输出量程范围的10%作为一级逐级输入，对应的通道输出测量值。

桥压误差，具体是指桥压测量值与桥压输出真值之差除以桥压输出真值×100%。

传感器反馈测量通道误差，具体是指通道各级测量值与通道各级真值之差除以通道输出最大真值×100%；取传感器反馈测量通道误差中最大的误差值作为通道误差。

二、试验加载控制系统桥压校准

依据图10系统各通道误差检测结果，对桥压误差大于设备使用精度要求的通道开展桥压校准，将桥压输出误差校准到系统使用精度要求以内。

传感器桥压校准关键电路是桥压负调理电路2。所述桥压负调理电路2未安装桥压调理电阻时，包括：运算放大器U1、输入电阻R1、输入电阻R2、接地电阻R3、桥压调理电阻、电容C1；所述主控单元1输出的桥压值经输入电阻R1输入所述运算放大器U1的负输入端V-，所述桥压负电压跟随放大器4的负反馈信号经输入电阻R2输入所述运算放大器U1的负输入端V-；所述运算放大器U1的正输入端V+经接地电阻R3接地；所述电容C1安装在所述运算放大器U1的输出端Vb-与负输入端V-之间。

桥压校准硬件增益参数计算方法如下：

桥压负调理电路2的运算放大器U1工作在加法积分电路模式，开环工作方式下它的增益在106以上，通过不断的积分，在Vb-端处会得到一个不断增加的反向电压，即桥压值VB。经过桥压负驱动电路3，并反馈到桥压负电压跟随放大器4，构成了一个以桥压负调理电路2、桥压负驱动电路3、桥压负电压跟随放大器4为基础的深度负反馈电路；电路达到稳态时，运算放大器U1的负输入端V-一定为0V，

即：

；

变式：

；

其中：VDAC是主控单元1给定的桥压值；VB是桥压值；r1是输入电阻R1的电阻值，即运算放大器U1的负输入端V-的输入电阻值；r2是输入电阻R2的电阻值，即桥压负反馈的输入电阻值。

通过在输入电阻R1上并联桥压调理电阻RA可提高桥压值VB，通过在输入电阻R2上并联桥压调理电阻RB可降低桥压值VB。

进一步地，桥压正调理电路5、桥压正驱动电路6、桥压正电压跟随放大器7构成桥压的正向端，并且随桥压值VB的变化而变化。因此，由主控单元1固定输出VDAC情况下，通过在输入电阻R1或输入电阻R2上并联大电阻的方法来实现桥压校准。

桥压校准的实施原则：保持电路逻辑的原始状态；在输入电阻R1和/或输入电阻R2上并联电阻温漂小于10ppm；并联电阻与原电阻封装尺寸相同；输入电阻R1和输入电阻R2阻值调整率小于1%，保持原系统桥压电路工作的稳定裕度。

三、试验加载控制系统传感器反馈测量通道精度校准

依据图10系统各通道误差检测结果，对传感器反馈测量误差大于设备使用精度要求的通道开展传感器反馈测量通道精度校准，将传感器反馈测量误差校准到系统使用精度要求以内。

所述传感器反馈测量电路包括差分输入放大电路9、信号调理电路10、A/D转换电路11；所述传感器8的输出信号从信号端S+、信号端S-发送到差分输入放大电路9，依次经差分输入放大电路9、信号调理电路10、A/D转换电路11，将测量的反馈信号发送至主控单元1。

A/B双通道中A口信号调理电路10，校准前如图6所示，包括运算放大器U22、输入电阻R21、电容C21，所述运算放大器U21与输入电阻R11、反向输入电阻R21构成反向放大电路工作模式。同理，A/B双通道中B口信号调理电路10，校准前如图8所示，包括运算放大器U22、输入电阻R12、反向输入电阻R22、电容C22，所述运算放大器U22与输入电阻R12、反向输入电阻R22构成反向放大电路工作模式。如图8、图9，为A口信号调理电路10、B口信号调理电路10分别配置反馈信号调理电阻。

输入电阻R11的电阻值为r11；反向输入电阻R21的电阻值为r21；输入电阻R12的电阻值为r12；反向输入电阻R22的电阻值为r22。

通道硬件增益参数计算结果如下：

A口的增益系数：

；

B口的增益系数：

；

其中，

为A通道增益系数；在输入电阻R11上并联反馈信号调理电阻Rm，增大A口增益；在反向输入电阻R21上并联反馈信号调理电阻Rn，减小A口增益。同理，

为B通道增益系数；在输入电阻R12上并联反馈信号调理电阻Rm’，增大B口增益；在反向输入电阻R22上并联反馈信号调理电阻Rn’，减小B口增益。因此，通过在输入电阻、反向输入电阻上并联大电阻的方法实现各通道A口、B口的校准。

传感器反馈测量通道校准原则：保持系统电路逻辑的原始状态；在输入电阻R11、反向输入电阻R21、输入电阻R12、反向输入电阻R22上并联的大电阻温漂小于10ppm；并联电阻与原电阻封装尺寸相同；电阻输入电阻R11、反向输入电阻R21、输入电阻R12、反向输入电阻R22阻值调整率小于1%，保持原测量电路工作的稳定裕度。

四、校准后试验加载控制系统精度测试

再次对校准后的试验加载控制系统各个通道的桥压和传感器反馈测量通道进行精度检测，按图11的表格内容，分别测试并记录各个通道对应的桥压测量值、桥压输出值、传感器反馈逐级测量值和传感器反馈测量通道各级电压值，并计算出桥压误差、传感器反馈测量通道误差。如校准后经检测仍有桥压误差或传感器反馈测量通道误差不满足系统使用要求的通道，可重复上述校准步骤进行校准，直到系统各通道的桥压误差或传感器反馈测量通道误差均满足系统使用要求，试验加载控制系统校准完成。

其中：桥压误差=（桥压测量值-桥压输出值）/桥压输出值×100%；

传感器反馈测量通道误差=（传感器反馈逐级测量值-传感器反馈测量通道各级电压值）/传感器反馈测量通道各级电压值×100%；选取其中最大的误差值作为通道误差。

本实施例提供的试验加载控制系统的校准方法，解决试验加载控制系统传感器桥压及传感器反馈测量精度超差的工程问题，以确保试验加载控制系统所有控制通道的精度满足使用要求，同时降低使用维护成本。

Claims (8)

1.一种试验加载控制系统，其特征在于，包括主控单元（1）、传感器桥压管理电路、传感器反馈测量电路及传感器（8）；所述传感器桥压管理电路包括桥压负调理电路（2）、桥压负驱动电路（3）、桥压负电压跟随放大器（4）、桥压正调理电路（5）、桥压正驱动电路（6）、桥压正电压跟随放大器（7）；所述传感器反馈测量电路包括差分输入放大电路（9）、信号调理电路（10）、A/D转换电路（11）；

所述主控单元（1）输出的桥压值输入桥压负调理电路（2）；所述桥压负调理电路（2）的输出端与所述桥压负驱动电路（3）的输入端连接；所述桥压负驱动电路（3）的一路输出连接传感器（8）的桥压负供电端，所述桥压负驱动电路（3）的另一路输出经桥压负电压跟随放大器（4）连接桥压负调理电路（2），形成深度负反馈；同时，所述桥压负电压跟随放大器（4）的另一路输出与桥压正调理电路（5）的输入端连接；所述桥压正调理电路（5）的输出端与所述桥压正驱动电路（6）的输入端连接；所述桥压正驱动电路（6）的一路输出连接传感器（8）的桥压正供电端，所述桥压正驱动电路（6）的另一路输出经桥压正电压跟随放大器（7）连接桥压正调理电路（5），形成深度负反馈；

所述传感器（8）的输出信号发送到差分输入放大电路（9），所述差分输入放大电路（9）、信号调理电路（10）、A/D转换电路（11）依次连接，将测量的反馈信号发送至主控单元（1）；

所述传感器桥压管理电路、所述传感器反馈测量电路共同组成传感器桥压管理及传感器反馈测量单元。

2.根据权利要求1所述的试验加载控制系统，其特征在于，所述桥压负调理电路（2）包括运算放大器U1、输入电阻R1、输入电阻R2、接地电阻R3、桥压调理电阻、电容C1；所述主控单元（1）输出的桥压值经输入电阻R1输入所述运算放大器U1的负输入端V-，所述桥压负电压跟随放大器（4）的负反馈信号经输入电阻R2输入所述运算放大器U1的负输入端V-；所述运算放大器U1的正输入端V+经接地电阻R3接地；所述电容C1安装在所述运算放大器U1的输出端Vb-与负输入端V-之间；所述桥压调理电阻与所述输入电阻R1或者所述输入电阻R2并联。

3.根据权利要求1所述的试验加载控制系统，其特征在于，所述桥压负调理电路（2）包括运算放大器U1、输入电阻R1、输入电阻R2、接地电阻R3、电容C1；所述主控单元（1）输出的桥压值经输入电阻R1输入所述运算放大器U1的负输入端V-，所述桥压负电压跟随放大器（4）的负反馈信号经输入电阻R2输入所述运算放大器U1的负输入端V-；所述运算放大器U1的正输入端V+经接地电阻R3接地；所述电容C1安装在所述运算放大器U1的输出端Vb-与负输入端V-之间；所述输入电阻R1、输入电阻R2均为可调电阻，或者所述输入电阻R1、输入电阻R2可拆卸安装在所述桥压负调理电路（2）中。

4.根据权利要求1所述的试验加载控制系统，其特征在于，所述信号调理电路（10）包括运算放大器U20、输入电阻R10、反向输入电阻R20、反馈信号调理电阻、电容C20；所述差分输入放大电路（9）的输出值经输入电阻R10输入所述运算放大器U20的负输入端V-；所述运算放大器U20的正输入端V+接地；所述反向输入电阻R20、电容C20并联安装在所述运算放大器U20的输出端VOUT与负输入端V-之间；所述反馈信号调理电阻与所述输入电阻R10或者所述反向输入电阻R20并联。

5.根据权利要求1所述的试验加载控制系统，其特征在于，所述信号调理电路（10）包括运算放大器U20、输入电阻R10、反向输入电阻R20、电容C20；所述差分输入放大电路（9）的输出值经输入电阻R10输入所述运算放大器U20的负输入端V-；所述运算放大器U20的正输入端V+接地；所述反向输入电阻R20、电容C20并联安装在所述运算放大器U20的输出端VOUT与负输入端V-之间；所述输入电阻R10、反向输入电阻R20均为可调电阻，或者所述输入电阻R10、反向输入电阻R20可拆卸安装在所述信号调理电路（10）中。

6.根据权利要求1-5任一项所述的试验加载控制系统，其特征在于，所述传感器（8）采用桥路等效应变源。

7.一种试验加载控制系统的校准方法，采用如权利要求1所述的试验加载控制系统进行所有通道的精度校准；其特征在于，所述校准方法包括：

步骤A：主控单元（1）输出的一个给定的桥压输出值经传感器桥压管理电路输出至传感器（8）的桥压供电端，通过万用表测量传感器（8）桥压正供电端、桥压负供电端之间的电压得到桥压测量值，并反馈至主控单元（1）；传感器（8）作为基准信号源形成的传感器逐级输出值经传感器反馈测量电路输出至主控单元（1），由主控单元（1）获取传感器逐级反馈测量值；并由主控单元（1）记录桥压输出值、桥压测量值、传感器逐级输出值、传感器逐级反馈测量值；

步骤B：主控单元（1）通过桥压输出值和测量得到的桥压测量值计算桥压误差；同时，主控单元（1）通过传感器逐级输出值和获得的传感器逐级反馈测量值计算传感器反馈测量误差；

步骤C：根据步骤B获得的桥压误差、传感器反馈测量误差情况进行校准：若桥压误差超过系统使用要求，则执行步骤C1通过传感器桥压管理电路中的桥压负调理电路（2）调理桥压输出值，直至桥压误差满足使用要求；若传感器反馈测量误差超过系统使用要求，则执行步骤C2通过传感器反馈测量电路中的信号调理电路（10）调理传感器反馈测量值，直至传感器反馈测量误差满足使用要求；

所述步骤C1是通过改变桥压负调理电路（2）中实际输入电阻值调理桥压输出值进行桥压校准；所述步骤C2是通过改变信号调理电路（10）中实际反向输入电阻值调理传感器反馈测量值进行传感器反馈测量通道精度校准。

8.根据权利要求7所述的一种试验加载控制系统的校准方法，其特征在于，所述步骤A中，按传感器（8）输出量程范围的10%作为一级而逐级输入形成对应的传感器逐级输出值。

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