微機(jī)萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)的微機(jī)控制之

信號(hào)放大與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

   本篇介紹了微機(jī)萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)的微機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括信號(hào)放大與采集系統(tǒng)、三閉環(huán)直流伺服系統(tǒng)和軟件操作平臺(tái)等．并且分別討論了各個(gè)組成部分的功能特點(diǎn)．

           微機(jī)萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)的微機(jī)控制系統(tǒng)由硬件部分和軟件操作平臺(tái)組成．硬件部分主要包括信號(hào)放大與Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、ＰＷＭ直流伺服系統(tǒng)、Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)以及相應(yīng)的接口電路；軟件操作平臺(tái)是基于Ｗｉｎｄｏｗｓ９５，９８的一套應(yīng)用軟件，模擬原來(lái)的硬件操作面板， 實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制，包括電機(jī)速度給定、放大器自動(dòng)調(diào)零和自動(dòng)換檔，以及對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集．顯示、分析和打印．

信號(hào)放大與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

   該環(huán)節(jié)主要用以測(cè)量和采集試驗(yàn)材料受力過(guò)程中的應(yīng)力、應(yīng)變值，以及由這兩種參數(shù)引伸出的其它參數(shù)．微機(jī)萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)過(guò)程中需要采集的數(shù)據(jù)主要有載荷、橫梁數(shù)位移、試件變形等。

載荷信號(hào)和試件變形的信號(hào)分別由應(yīng)變式負(fù)荷傳感器和應(yīng)變式引申計(jì)來(lái)完成，試驗(yàn)信號(hào)在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換之前需要放大，考慮到材料試驗(yàn)對(duì)精度的要求較高，放大電路應(yīng)采用差分放大線路，并且具有多種放大倍數(shù)，放大部分的原理圖（以兩種放大倍數(shù)為例）如圖1所示。

圖1 放大線路原理圖

   由于材料試驗(yàn)對(duì)于精度要求較高，而試驗(yàn)速度較慢，因此在Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器的選擇上可以采用精度較高的雙積分型Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器．例如ＩＣＬ７１０９．ＩＣＬ７１０９是一種高精度，低噪聲、低漂移、價(jià)格低廉的雙積分式１２位Ａ/Ｄ轉(zhuǎn)換器，該芯片由模擬電路和數(shù)字電路兩部分組成，其中模擬部分包括模擬輸入、振蕩電路、積分比較電路和基準(zhǔn)電壓；數(shù)字電路由時(shí)鐘振蕩器、導(dǎo)步通信握手邏輯，轉(zhuǎn)換控制，計(jì)數(shù)器，鎖存器和三態(tài)門組成．ＩＣＬ７１０９配有較強(qiáng)的接口功能，能方便地與各種微控制器相連．ＩＣＬ７１０９的部分引腳及常用外部連接電路如圖２所示．其中ＳＴＡＴＵＳ：狀態(tài)輸出，高電平表示輸入為正；ＯＲ：過(guò)程量輸出，高電平為過(guò)程量；ＢＩ－Ｂ１２：三態(tài)轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出； 

   圖２  ICL７１０９及其外部連接圖 

    ＨＢＥＮ／ＬＢＥＮ：高／低字節(jié)使能端：ＣＥ／ＬＯＡＤ：片選端；ＩＮＬＯ：差分輸入低；ＩＮＨＩ：差分輸入高；ＲＥＦＯＵＴ：參考電壓輸出，一般為２．８Ｖ；ＲＥＦＩＮ＋：正差分參考輸入端；ＲＥＦＩＮ一：負(fù)差分參考輸入端．

    為節(jié)約空間，充分利用微機(jī)的硬件資源，Ａ／Ｄ板采用內(nèi)置式。即插于微機(jī)擴(kuò)展槽上；轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量可以直接進(jìn)入微機(jī)的數(shù)據(jù)總線．對(duì)于干擾較大的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)需經(jīng)過(guò)光電隔離器后再進(jìn)入數(shù)據(jù)總線．由微機(jī)控制的信號(hào)放大與數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)原理圖如圖３（以載荷信號(hào)為例）．

    橫梁位移的測(cè)量是利用光電編碼器檢測(cè)傳動(dòng)絲杠的轉(zhuǎn)角，產(chǎn)生正比于位移量的脈沖序列，對(duì)該脈沖計(jì)數(shù)就可得到位移量．考慮到在多數(shù)場(chǎng)合下為降低成本，常使用分辨率較低的編碼器（即每旋轉(zhuǎn)一圈發(fā)出的脈沖數(shù)較少）．為保證測(cè)量精度，在計(jì)數(shù)之前可以對(duì)位移脈沖Ⅳ倍頻（Ⅳ視精度要求而定）．同時(shí)為了區(qū)分橫粱的上下運(yùn)動(dòng)，需要對(duì)位移脈沖進(jìn)行鑒相．倍頻和鑒相功能均由相應(yīng)的硬件電路完成，但為    了使用方便，采用可編程的ＧＡＬ器件實(shí)現(xiàn)這兩種功能，使得電路設(shè)計(jì)更加靈活，也進(jìn)一步降低了成本．

   圖３  信號(hào)放大與數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)原理圍 

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