專利名稱：智能化動態(tài)測試儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及機械靜、動態(tài)特性的相關參數(shù)的測試、測量方面的儀器，以及檢測儀表、設備領域。
背景技術：
工程機械、農(nóng)業(yè)機械和礦山機械等施工作業(yè)機械，大多是在惡劣的環(huán)境中作業(yè)，產(chǎn)品的開發(fā)與研究都需要對樣機作現(xiàn)場的實時檢測與測量，以獲得相應的性能參數(shù)，作為驗證或改進設計的理論依據(jù)。由于作業(yè)條件的惡劣，現(xiàn)場測試又常常受到時間、氣候、季節(jié)和地形等自然條件的影響。且這種現(xiàn)場條件復雜多變，很多時候是不能保留，因而工程上極需要一種性能好、功能全，結構緊湊、能便攜式的智能化動態(tài)測試儀。不僅能實時處理現(xiàn)場測試結果，而且還能對內(nèi)存的當前測量工況點的大量數(shù)據(jù)樣本進行復制，以實現(xiàn)工況點的非現(xiàn)場恢復，以供所測樣本的再處理。近年來，國內(nèi)該領域內(nèi)的有關專家，一直在進行這方面的技術和產(chǎn)品的研究工作，也取得了一定的進展。其中，農(nóng)機研究部門曾推出一款新型動態(tài)應變儀，已能部分解決以上要求，但由于放大器的測量精度較低，增益選擇范圍小，限制了其產(chǎn)品的使用。西南某科學儀器廠所生產(chǎn)的另一種動態(tài)測試儀，盡管功能較強，因過分強調(diào)信號分析，致使智能化不足，實際上該儀器更接近于動態(tài)信號分析專用儀器。而且造價偏高，體積也較大，因而不太適應于野外或惡劣環(huán)境下的現(xiàn)場測試操作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于發(fā)明一種適合惡劣的環(huán)境使用、體積小、重量輕、成本低的智能化動態(tài)測試儀。
本發(fā)明主要由單片機、四個應變模塊、兩個脈沖信號模塊、數(shù)據(jù)存貯模塊、輸出設備、系統(tǒng)電源組成，單片機具有對現(xiàn)場的四個應變信息和兩個脈沖信號進行實時采集，作出幅域、時域的實時分析軟件，四個應變模塊通過應變放大器連接在單片機的A/D接口，兩個脈沖信號模塊連接在單片機的A/D接口，數(shù)據(jù)存貯模塊通過并行輸入、輸出接口與單片機連接，輸出設備連接在單片機的輸出端，系統(tǒng)電源分別連接在單片機、四個應變模塊、兩個脈沖信號模塊、和輸出設備的供電電路上。
本發(fā)明中，由應變傳感器產(chǎn)生的四路應變信號，通過四個應變模塊經(jīng)應變放大器放大后送至系統(tǒng)硬件中的A/D接口，信號處理系統(tǒng)以一定的采樣速率對這些信號進行采集和實時處理，最后由輸出設備(LCD顯示器或打印機)輸出處理結果；于此同時，對兩個脈沖信號模塊傳輸出的脈沖信號進行處理，顯示或打印頻率的均值。本發(fā)明除了裝備有實時處理系統(tǒng)軟件，在測量現(xiàn)場對四個應變通道和兩個脈沖通道的信號進行實時采集，作出幅域、時域的實時分析外，特別設計了配套的數(shù)據(jù)存貯模塊，可進行存貯或?qū)⒛K內(nèi)的數(shù)據(jù)讀入儀器內(nèi)存中，即可恢復現(xiàn)場。
本發(fā)明以高精度的測量放大器、具有較大增益選擇范圍，集單片計算機、應變測量放大器為一體的模塊化結構，并配以系統(tǒng)處理軟件，信噪比高，適用于田間、野外和各種惡劣環(huán)境下使用，其體積小、重量輕、成本低，便于普及、推廣的便攜式非電量應變測量設備。
本發(fā)明還設置了RS-232接口電路，RS-232接口電路連接在單片機的一個輸出端?？梢酝ㄟ^儀器的RS-232串行口，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)微機中，便于用戶作深度處理，以滿足不同用戶的需求。
本發(fā)明的應變放大器設置在單片機內(nèi)。采用模塊式結構，集單片機、應變測量放大器為一體，在四線應變通道和單片機系統(tǒng)中，為保證測量精度和技術要求這一前提，設計、選用了體積更小、性能更強的元器件，從而使結構緊湊，達到便攜化。
另，本發(fā)明還在單片機的一個接口設置了應變模擬輸出口，將本發(fā)明的四個應變測量通道所測的應變信號模擬量，通過應變模擬輸出接口輸出，以供其他數(shù)據(jù)處理設備進行分析、處理或保存。
本發(fā)明還在單片機的另一個接口設置了應變模擬輸入口，將其他應變測量儀器或放大器的(±5V)應變信號模擬量，通過四個應變測量通道輸入接口輸入，供本發(fā)明的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后，用數(shù)據(jù)處理軟件進行分析或處理。


圖1為本發(fā)明的結構與工作原理框圖。
具體實施例方式
在功率測試中的應用。
傳感器設計、選擇傳感器軸或所測的彈性元件。
彈性元件材料通常選用具有高強度、均勻而穩(wěn)定的結晶組織，較小而恒定的彈性模數(shù)，較小的線膨脹系數(shù)，以及良好的機械加工和熱處理性能。承受動載荷尤其是高頻交變載荷的彈性元件，需要具有高的疲勞強度。
結構設計時應使粘貼應變片處的應變足夠大。
彈性元件制造工藝過程毛坯鍛造→預先熱處理→粗加工→熱處理(淬火、回火)→精加工→動載和靜載處理→人工時效。
動載處理是在三分之一量程至滿量程(或超載20％)下，以每秒四次的頻率加載。
靜載處理是在額定載荷的125％下保持4～6小時，或額定載荷的110％下保持18～20小時。
人工時效是在160～180℃溫度下保持18～20小時。
根據(jù)所測試工況(最高轉(zhuǎn)速、最大扭矩)，設計傳感器軸，一般應具備150％過載能力，但不低于120％。
貼片仔細挑選合適的應變片(如阻值350歐姆)，粘貼前通以電流或置于恒溫箱中以一定的溫度進行老化處理。
用水蒸氣對彈性元件應變片粘貼處進行表面清理。
在圓周180度對應位置與軸線成45度方向的圓軸表面上互相垂直粘貼四片應變片，組成全橋測量電路，一方面解決溫度補償，增加電橋輸出，另一方面消除彎矩影響。
粘貼時應嚴格按固化工藝規(guī)程進行操作。
通常傳感器上應變片與傳感器體的絕緣電阻為5000～10000兆歐。
靜態(tài)機械標定根據(jù)儀器準確度等級，選擇在相應的扭矩標準機上進行機械標定，以獲得扭矩測量的比例尺。
對傳感器測量橋四個頂點按順序編號，與集流環(huán)相應接線柱連接，裝于扭矩標準機上，連接本發(fā)明。
選擇適當?shù)臉驂骸⒌屯V波和增益。使得滿量程時盡量分布在整個量化層(測量單向量時)。
設置零點(如10)、采樣周期(如100ms)、標定系數(shù)(如1)。根據(jù)測量時扭矩加載方向，在傳感器全量程內(nèi)分5段逐級加載，至超過額定載荷為一個分段值的10～20％(此點無需記錄)，然后再逐級卸載，記錄所加載荷及由本發(fā)明顯示結果，記入表。重復3～5次，計算每段平均值，畫出標定曲線(最小二乘法擬合)，最后計算標定系數(shù)，即每個量化層代表的物理量，這里為xx.xx Nm/量化層。
還可以計算傳感器其它技術指標，如非線性、滯后、蠕變、重復性等等。
其重復性、穩(wěn)定性必須符合相關規(guī)定的要求。
功率測試假定測試系統(tǒng)已與機組連接。
測量過程與標定過程類似。
本發(fā)明的設置參數(shù)橋壓、增益必須和標定時一致。標定系數(shù)見標定結果，其它參數(shù)則根據(jù)測試需要設置。
轉(zhuǎn)速測量若測試盤齒數(shù)不等于60，則需要換算。
選擇測量方式，如手動或自控測試。測試完后打印結果。。
數(shù)據(jù)處理功率的測量是靠測量軸的扭矩M(Nm)和轉(zhuǎn)速n(r/min)，將之代入函數(shù)式 N＝M·n/9550 (kW)而得到的。
若連接上不同的傳感器，即可進行相應的技術參數(shù)測量。
主要技術性能應變信號放大增益系數(shù)為100檔步進任選，橋壓三檔任選，低通濾波器3檔和直通四檔可調(diào)，每一通道具有零點和溢出指示。
信號處理對應變信號作時域和幅域的實時處理，給出極值、均值、標準偏差和幅度、概率密度。
對脈沖信號作實時處理，給出脈沖頻率在采集時間內(nèi)的均值。
參數(shù)預置預置應變通道數(shù)、采樣周期、標定系數(shù)和零點(可手動或可自動零點)等。
輸出可顯示輸出或打印輸出。
信號采集的控制方式統(tǒng)計方式和樣本方式。
本發(fā)明的相關參數(shù)信噪比60dB分辨度1/4096線性誤差±0.02％外形尺寸310mm×200mm×90mm總重量4.5kg成本不超過2500元現(xiàn)有的產(chǎn)品信噪比20dB分辨度1/1024線性誤差±0.05％外形尺寸0.042m3總重量10kg以上成本8000元以上
權利要求
1.智能化動態(tài)測試儀，其特征在于主要由單片機、四個應變模塊、兩個脈沖信號模塊、數(shù)據(jù)存貯模塊、輸出設備、系統(tǒng)電源組成，單片機具有對現(xiàn)場的四個應變信息和兩個脈沖信號進行實時采集，作出幅域、時域的實時分析軟件，四個應變模塊通過應變放大器連接在單片機的A/D接口，兩個脈沖信號模塊連接在單片機的A/D接口，數(shù)據(jù)存貯模塊通過并行輸入、輸出接口與單片機連接，輸出設備連接在單片機的輸出端，系統(tǒng)電源分別連接在單片機、四個應變模塊、兩個脈沖信號模塊、和輸出設備的供電電路上。
2.根據(jù)權利要求1所述智能化動態(tài)測試儀，其特征在于在單片機的一個輸出端連接RS-232接口電路。
3.根據(jù)權利要求1或2所述智能化動態(tài)測試儀，其特征在于所述應變放大器設置在單片機內(nèi)。
全文摘要
智能化動態(tài)測試儀，涉及機械靜、動態(tài)特性的相關參數(shù)的測試、測量方面的儀器，以及檢測儀表、設備領域。主要由單片機、四個應變模塊、兩個脈沖信號模塊、數(shù)據(jù)存貯模塊、輸出設備、系統(tǒng)電源組成，單片機具有對現(xiàn)場的四個應變信息和兩個脈沖信號進行實時采集，作出幅域、時域的實時分析軟件，本發(fā)明以高精度的測量放大器、具有較大增益選擇范圍，集單片計算機、應變測量放大器為一體的模塊化結構，并配以系統(tǒng)處理軟件，信噪比高，適用于田間、野外和各種惡劣環(huán)境下使用，其體積小、重量輕、成本低，便于普及、推廣的便攜式非電量應變測量設備。
文檔編號G01M13/00GK101034037SQ20071001974
公開日2007年9月12日 申請日期2007年2月9日 優(yōu)先權日2007年2月9日
發(fā)明者顧玲, 管榮根, 張瑞宏 申請人:揚州大學