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微机材料试验机的微机控制之

信号放大与数据采集系统

本篇介绍了微机材料试验机的微机控制系统结构，包括信号放大与采集系统、三闭环直流伺服系统和软件操作平台等．并且分别讨论了各个组成部分的功能特点．

微机材料试验机的微机控制系统由硬件部分和软件操作平台组成．硬件部分主要包括信号放大与Ａ／Ｄ转换系统、ＰＷＭ直流伺服系统、Ｄ／Ａ转换环节以及相应的接口电路；软件操作平台是基于Ｗｉｎｄｏｗｓ９５，９８的一套应用软件，模拟原来的硬件操作面板， 实现对整个系统的控制，包括电机速度给定、放大器自动调零和自动换档，以及对试验数据的实时采集．显示、分析和打印．

信号放大与数据采集系统。

该环节主要用以测量和采集试验材料受力过程中的应力、应变值，以及由这两种参数引伸出的其它参数．微机材料试验机试验过程中需要采集的数据主要有载荷、横梁数位移、试件变形等。

载荷信号和试件变形的信号分别由应变式负荷传感器和应变式引申计来完成，试验信号在进行A/D转换之前需要放大，考虑到材料试验对精度的要求较高，放大电路应采用差分放大线路，并且具有多种放大倍数，放大部分的原理图（以两种放大倍数为例）如图1所示。

图1 放大线路原理图

由于材料试验对于精度要求较高，而试验速度较慢，因此在Ａ／Ｄ转换器的选择上可以采用精度较高的双积分型Ａ／Ｄ转换器．例如ＩＣＬ７１０９．ＩＣＬ７１０９是一种高精度，低噪声、低漂移、价格低廉的双积分式１２位Ａ/Ｄ转换器，该芯片由模拟电路和数字电路两部分组成，其中模拟部分包括模拟输入、振荡电路、积分比较电路和基准电压；数字电路由时钟振荡器、导步通信握手逻辑，转换控制，计数器，锁存器和三态门组成．ＩＣＬ７１０９配有较强的接口功能，能方便地与各种微控制器相连．ＩＣＬ７１０９的部分引脚及常用外部连接电路如图２所示．其中ＳＴＡＴＵＳ：状态输出，高电平表示输入为正；ＯＲ：过程量输出，高电平为过程量；ＢＩ－Ｂ１２：三态转换结果输出；

图２ ICL７１０９及其外部连接图

ＨＢＥＮ／ＬＢＥＮ：高／低字节使能端：ＣＥ／ＬＯＡＤ：片选端；ＩＮＬＯ：差分输入低；ＩＮＨＩ：差分输入高；ＲＥＦＯＵＴ：参考电压输出，一般为２．８Ｖ；ＲＥＦＩＮ＋：正差分参考输入端；ＲＥＦＩＮ一：负差分参考输入端．

为节约空间，充分利用微机的硬件资源，Ａ／Ｄ板采用内置式。即插于微机扩展槽上；转换后的数字量可以直接进入微机的数据总线．对于干扰较大的工业现场，Ａ／Ｄ转换后的数据需经过光电隔离器后再进入数据总线．由微机控制的信号放大与数据采集环节原理图如图３（以载荷信号为例）．

横梁位移的测量是利用光电编码器检测传动丝杠的转角，产生正比于位移量的脉冲序列，对该脉冲计数就可得到位移量．考虑到在多数场合下为降低成本，常使用分辨率较低的编码器（即每旋转一圈发出的脉冲数较少）．为保证测量精度，在计数之前可以对位移脉冲Ⅳ倍频（Ⅳ视精度要求而定）．同时为了区分横粱的上下运动，需要对位移脉冲进行鉴相．倍频和鉴相功能均由相应的硬件电路完成，但为 了使用方便，采用可编程的ＧＡＬ器件实现这两种功能，使得电路设计更加灵活，也进一步降低了成本．

图３ 信号放大与数据采集环节原理围

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关键词：微机材料试验机；微机控制