CN202149751U - 一种无线式瞬态应变存储测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种无线式瞬态应变存储测试系统，特别涉及一种用于外场爆炸冲击试验的无线式瞬态应变存储测试系统，属于信号检测技术领域。系统包括控制中心节点和一个及一个以上的测试节点，测试节点由应变片、存储测试模块和第一无线传输模块构成；控制中心节点由第二无线传输模块和计算机接口模块构成。本实用新型采用无线技术，消除可长引线电阻误差，减小环境温度湿度长引线的影响，减小外场试验中爆炸反应时冲击波以及电离场对引线的干扰，提高了测试可靠性；测试节点增减方便，不受导线限制；应变数据采集更加方便快捷可靠，不需要建设或寻找仪器的庇护场所，不需要现场布设测试线缆，节省了人力、物力。

Description

一种无线式瞬态应变存储测试系统

技术领域

本实用新型涉及一种无线式瞬态应变存储测试系统，特别涉及一种用于外场爆炸冲击试验的无线式瞬态应变存储测试系统，属于信号检测技术领域。

背景技术

瞬态应变测试不同于准静态或动态应变测试，主要是用来测量爆炸或冲击引起的被测目标瞬态应变变化，其特点是作用时间短，信号频率快，应变测试的方法主要有光测法，磁测法以及电测法，由于电测法简单方便用途广泛，动态特性好，测量范围大适应性强而得到了广泛应用。

然而目前电测法采用的是传统的引线式设计方法：即测试时将电阻应变片置于爆炸测试现场的试件上，应变仪、示波器等二次记录仪表置于远离现场的测量室，瞬态应变信号作用于电阻应变片所产生的电信号通过长电缆传输到测量室的测试仪器上，经应变仪将信号转换及放大后由示波器显示并进行判读。该引线式测试系统在实验室进行试验时，引线距离不远，引线误差比较小；测试环境单纯，没有强冲击波场和强电离场等干扰噪声通过引线进入测试系统，因此在实验室进行试验时，系统可以正常工作。但是利用该仪器在进行外场试验时，由于引线距离加大、加之环境恶劣，系统体现出测试的不可靠性，以及使用的不便利性，具体体现在以下几个方面：

1.测量误差加大：长导线电阻与应变片电阻相比不可忽略，造成应变的测量值偏小；外场的环境温度和湿度变化较大，导线电阻的温漂会随着环境温度的变化而变化，导线分布电容由于环境湿度引起的绝缘电阻的变化也很大，从而造成测量值产生漂移或读数误差比较大。

2.干扰噪声大：爆炸冲击波通常伴随有强火光、强冲击波场和强电离场，这些都会严重干扰被测信号。模拟信号的长线传输极易引入外部环境中各种噪声的串模和共摸干扰；另外，冲击波作用于信号传输电缆会因“电缆效应”产生虚假信号，从而叠加在被测信号上引起干扰。

3.系统标定和校准复杂：组成测试系统的应变传感器、信号传输电缆、前置适配器、示波器等彼此都是分离的，而且目前使用的应变仪需要手动调平衡，手动自检，因此整个测试系统的标定繁琐，校准困难。

4.现场布设不方便：冲击波破坏性较大，传输电缆及其接插件常常遭到破坏，并且传输电缆及其接插件的质量、爆炸现场电缆的安装敷设工艺直接影响到测试数据的精度，对现场固定和保护要求高，造成布设非常不方便，工作量大。

实用新型内容

本实用新型为了克服现有技术的缺陷，解决长引线电阻引起的测试电桥误差，减小环境温度及湿度对引线电阻及电容的影响，提出了一种用于外场试验的无线式瞬态应变存储测试系统。

本实用新型是通过以下技术方案实现的。

本实用新型的一种用于外场爆炸冲击试验的无线式瞬态应变存储测试系统，包括控制中心节点和一个及一个以上的测试节点，测试节点由应变片、存储测试模块和第一无线传输模块构成，其中存储测试模块包括应变信号处理电路、控制器、存储器和第一处理器，第一无线传输模块包括第一无线数据收发电路、第一信号放大电路和第一天线；控制中心节点由第二无线传输模块和计算机接口模块构成，其中第二无线传输模块包括第二天线、第二无线数据收发电路和第二处理器，计算机接口模块包括接口控制电路和计算机；

测试节点分布于外场的试验现场，测试节点上的应变片置于测试试件之上，应变片的分布根据数值计算所得到的试验试件的测点上，应变片经小于3米的电缆与存储测试模块相连，存储测试模块和第一无线传输模块安装于试验现场的地面以下，存储测试模块和无线传输模块的外壳均为钢结构外壳，第一无线传输模块中的第一天线的外壳为有机塑料外壳，经无线传输模块上的开口露出地面的长度范围为2公分至3公分；控制中心节点位于安全距离之外的掩体内，通过其计算机接口与计算机相连，第二天线所处的位置要满足其无线收发范围覆盖系统测试区域，以便接收测试节点的无线数据。

应变信号处理电路包括测量电桥、信号放大电路、高频滤波电路和A/D转换电路，应变片与测量电桥连接并作为测量电桥的一个桥臂工作；存储测试模块将应变数据的模拟信号转换为数字信号；控制器控制存储器的工作时序以及地址控制，实现将存储测试模块读取的应变数据存入存储器中；第一处理器向控制器和存储器发送控制指令以协调两者的运行，并读取存储器中的应变数据并送给第一无线数据收发电路，第一处理器和第一无线数据收发电路之间的连接信号包括控制信号、指令信号、数据信号和状态信号，第一无线数据收发电路将接收到的应变数据经第一信号放大电路放大后由第一天线发送给控制中心节点，第一无线数据收发电路接收第一天线收到的指令信号，该指令信号由控制中心节点的第二天线发出；

第二天线接收由第一天线发出的应变数据，并将该数据经第二信号放大电路放大后送至第二无线数据收发电路，由第二处理器对应变数据进行读取，第二处理器和第二无线数据收发电路之间的连接信号包括控制信号、指令信号、数据信号和状态信号，第二处理器将应变数据将接口控制器送至计算机，第二天线接收第二无线数据收发电路发出的指令信号并通过无线发送给测试节点的第二天线；

上述第一天线和第二天线均为采用微功率无线通信技术的天线；

上述控制器采用CPLD，存储器采用低功耗SDRAM存储器，第一处理器和第二处理器均采用微功耗MCU；

本实用新型的一种用于外场试验的无线式瞬态应变测试系统，其工作过程为：

1)系统上电后，控制中心节点和测试节点首先进行初始化，初始化完成后，控制中心节点与测试节点均建立正常链接，系统进入正常工作状态，其中测试节点进入接收状态，等待来自控制中心节点的控制指令；

2)操作人员通过控制中心节点对测试节点发送控制指令，控制指令用于进行测试前的电桥平衡、标定和工作参数设定，测试节点在收到该指令后，调用参数设定子程序，完成对存储测试系统的参数设定，并回传“设置完成”指令，报告参数设置结果；

3)对测试节点的各项设置完成后，测试节点中的第一无线传输模块进入到“待机”状态，存储测试模块进入待触发状态。

4)存储测试模块采用自触发方式，当爆炸发生后冲击波作用于测试试件上并使测试试件产生形变，传感器探测到该形变且信号大于设定的阈值时，存储测试模块自动触发并进行记录，记录结束后，存储测试模块进入“待机”状态；

5)等待测试结束，控制中心节点发送“读数”指令，测试节点在收到该指令后，再次唤醒无线传输模块，并与控制中心节点配合完成存储数据的无线传输；

6)传输完毕后，操作员通过控制中心节点发送“休眠”指令，控制中心节点和测试节点均进入等待状态，准备下一次试验。

有益效果

本实用新型采用无线技术，消除可长引线电阻误差，减小环境温度湿度长引线的影响，减小外场试验中爆炸反应时冲击波以及电离场对引线的干扰，提高了测试可靠性；测试节点增减方便，不受导线限制；应变数据采集更加方便快捷可靠，不需要建设或寻找仪器的庇护场所，不需要现场布设测试线缆，节省了人力、物力。

附图说明

图1为本实用新型的测试节点的原理示意图；

图2为本实用新型的中心控制节点的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。

实施例

一种用于外场爆炸冲击试验的无线式瞬态应变存储测试系统，包括控制中心节点和5个测试节点，如图1所示，每个测试节点由应变片、存储测试模块和第一无线传输模块构成，其中存储测试模块包括应变信号处理电路、控制器、存储器和第一处理器，第一无线传输模块包括第一无线数据收发电路、第一信号放大电路和第一天线；如图2所示，控制中心节点由第二无线传输模块和计算机接口模块构成，其中第二无线传输模块包括第二天线、第二无线数据收发电路和第二处理器，计算机接口模块包括接口控制电路和计算机；

该系统应用于抗暴门外场试验，5个测试节点分别分布于抗暴门四条边框的中心，以及门面中心，控制中心节点所在的安全掩体与试验现场的距离为150米最终实现了抗暴门在爆炸冲击情况下，其结构应变的测试实验。

该系统融入无线技术、动态存储测试技术以及智能控制技术来解决瞬态应变测试技术。无线技术用于解决长引线带来的测试系统误差，以及布线带来的繁琐的工作量；动态存储测试技术用于解决爆炸发生时强电磁场对无线传输模块强烈干扰；智能控制技术解决远端控制中心节点对存储测试模块的参数设置、自动平衡调节等过程控制。

以上所述为本实用新型的较佳实施例而已，本实用新型不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。凡是不脱离本实用新型所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本实用新型保护的范围。

Claims (3)

1.一种无线式瞬态应变存储测试系统，其特征在于：包括控制中心节点和一个及一个以上的测试节点，测试节点由应变片、存储测试模块和第一无线传输模块构成，其中存储测试模块包括应变信号处理电路、控制器、存储器和第一处理器，第一无线传输模块包括第一无线数据收发电路、第一信号放大电路和第一天线；控制中心节点由第二无线传输模块和计算机接口模块构成，其中第二无线传输模块包括第二天线、第二无线数据收发电路和第二处理器，计算机接口模块包括接口控制电路和计算机；

测试节点分布于外场的试验现场，测试节点上的应变片置于测试试件之上，应变片经小于3米的电缆与存储测试模块相连，存储测试模块和第一无线传输模块安装于试验现场的地面以下，存储测试模块和无线传输模块的外壳均为钢结构外壳，第一无线传输模块中的第一天线的外壳为有机塑料外壳，经无线传输模块上的开口露出地面的长度范围为2公分至3公分；控制中心节点位于安全距离之外的掩体内，通过其计算机接口与计算机相连，第二天线所处的位置要满足其无线收发范围覆盖系统测试区域；

应变信号处理电路包括测量电桥、信号放大电路、高频滤波电路和A/D转换电路，应变片与测量电桥连接并作为测量电桥的一个桥臂工作；存储测试模块将应变数据的模拟信号转换为数字信号；控制器控制存储器的工作时序以及地址控制，实现将存储测试模块读取的应变数据存入存储器中；第一处理器向控制器和存储器发送控制指令以协调两者的运行，并读取存储器中的应变数据并送给第一无线数据收发电路，第一处理器和第一无线数据收发电路之间的连接信号包括控制信号、指令信号、数据信号和状态信号，第一无线数据收发电路将接收到的应变数据经第一信号放大电路放大后由第一天线发送给控制中心节点，第一无线数据收发电路接收第一天线收到的指令信号，该指令信号由控制中心节点的第二天线发出；

第二天线接收由第一天线发出的应变数据，并将该数据经第二信号放大电路放大后送至第二无线数据收发电路，由第二处理器对应变数据进行读取，第二处理器和第二无线数据收发电路之间的连接信号包括控制信号、指令信号、数据信号和状态信号，第二处理器将应变数据将接口控制器送至计算机，第二天线接收第二无线数据收发电路发出的指令信号并通过无线发送给测试节点的第二天线。

2.根据权利要求1所述的一种无线式瞬态应变存储测试系统，其特征在于：所述第一天线和第二天线均为采用微功率无线通信技术的天线。

3.根据权利要求1所述的一种无线式瞬态应变存储测试系统，其特征在于：所述控制器采用CPLD，存储器采用低功耗SDRAM存储器，第一处理器和第二处理器均采用微功耗MCU。

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