[发明专利]一种大型应变测试系统及其性能调试方法

说明书

技术领域：

本发明涉及传感器测试技术、电子技术领域，具体指一种适用于大型应变测试系统实现精确应变测试的方法。

背景技术：

在工程实际中，大型应变测试系统的一个重要特征是应变测试点的数量大，通常可达几百点之多，而在大型应变测试系统的应用中，会使用大量的相关装置和元器件，并且有较多的工作人员参与系统的安装、调试和使用。由于系统采用的众多装置或元器件之间性能的差异，以及工作人员的操作方式与方法之间的差别，使得大型应变测试系统的测试结果出现严重失真，造成被测信号的幅值偏差较大，甚至出现信号的极性错误。

发明内容：

本发明的目的为克服上述现有技术存在的缺失，保证大型应变测试系统在工程应用中不受装置或元器件之间性能的差异、以及工作人员的操作方式与方法之间差别的影响，测得的信号极性正确、幅值偏差小，确保系统的测试结果稳定、准确，实现大型应变测试系统的精确测试，并为系统测试结果的分析提供可靠依据。

本发明一种大型应变测试系统，通常采用如图1所示的结构形式，而其实际上是由若干个应变测试子系统和一台中央计算机组成。图中，应变测试子系统的连接关系：首先在待测结构的测点部位安装电阻应变片组成应变电桥进行结构内部应变信号的采集，然后将应变电桥的信号通过长约5m的四芯测试电缆接入到信号调理器进行信号放大和相关的调理，再将信号调理器输出的已经经过放大的模拟信号采用单芯线输入到对应的一个信号采集器将其转换为数字信号，通过数据通讯方式(可为485通讯)传输到中央计算机。同时，其它应变测试子系统输出的数字信号亦可接入同一根数据通讯线，按数据采集器内单片机的地址格式进行排列传入到中央计算机，最后通过中央计算机将数字信号进行处理、储存并显示给应变测试技术人员进行分析。

在系统中，应变测试的敏感元件应变电桥，其主要由四个单轴电阻应变片按惠登斯电桥模式组成全桥格式进行电压的输入与输出；对应变信号进行放大和其它处理的信号调理器，其主要由信号放大器、供桥电源、调平衡电位器组成；信号放大器用于对采集的应变信号进行放大，供桥电源为调平衡电位器提供供桥电压，调平衡电位器，通过调整电位实现对微弱信号的足够放大；信号采集器，其主要由A/D转换芯片和单片机组成；其中，A/D转换芯片的作用是把经过放大的模拟量应变信号转换为数字信号，单片机的作用是将数字信号进行统一编码，按单片机的数字格式进行数字信号的传输，并利用单片机数据通讯的方式将数字量应变信号传输到中央计算机；中央计算机，其主要作用是把各个应变电桥测得的应变信号进行信号处理、存储、显示等。图中的应变测试的子系统，能够独立完成应变测试的应变信号获取和信号采集。一个大型应变测试系统实际上是由若干个应变测试子系统和一台中央计算机组成。

对于具有数百个测试点的大型应变测试系统来说，其子系统的相关装置或元器件的一致性、以及工作人员的操作方式和方法的一致性显得尤为重要，否则将给系统的安装、调试和使用造成极大的困难。

为了保证大型应变测试系统各子系统测试性能的一致性，在应变测试系统的设计和性能调试中采用了归一化的方法，即：

(1)应变测试所用电阻应变片的贴片、组桥和接线按照统一的规范操作(如图2所示)，确保所有应变电桥输出信号的幅值及极性与被测的应变严格一致。

(2)在信号调理器的应变电桥信号输入电路中(如附图3所示)，统一设置了电桥输出不平衡调整装置-调平衡电位器，以实现对微弱信号的足够放大，并且在测试系统，设置了应变电桥输出不平衡补偿功能(清零功能)的软件。

(3)信号调理器的信号放大倍数(如附图3所示)可以微调。利用统一的高精度真实应变信号源，对信号调理器的放大倍数进行精细调整，使得应变测试系统中的所有信号调理器对同一应变信号经过放大后的信号幅值精确一致，排除了传统的应变测试系统中由于各个信号调理器的供桥电压和放大倍数引起的测量结果差异。

(4)选用高输入阻抗(≥10⁸Ω)、高精度(≥16位)的A/D转换芯片，使A/D转换环节的负载效应引起的测量误差可以忽略不计，并能使得应变测试得到的模拟信号精确地转换为数字信号。

(5)在信号采集器中引入单片机进行数字信号的统一编码，按单片机的数字格式进行数字信号的传输，确定每个数字信号的地址即可确定数字信号的来源，防止串码发生。