论文摘要
应力应变检测在建筑、材料、机械制造等领域有着重要应用。在检测过程中,敏感元件将位移、加速度等被测物理量转换成应力应变,运用应变检测电路实现对位移、加速度等被测物理量测量。在实际工业检测环境中,应变信号大多属于微弱信号,而且在测量过程中,检测电路中的元器件会受到电源波动、电子元器件老化、漂移及噪声干扰等因素影响,使原本微弱的被检测信号难于实现高精度准确测量。针对高精度应变检测较难实现的问题,本文在研究全微分理论的基础上,提出基于双通道参数测量的检测电路设计方法,并设计了应变片全桥式双通道检测电路、应变片全桥和电阻结合的双通道检测电路以及应变片半桥式双通道检测电路。为了尽可能去除干扰因素对检测电路的影响,运用全微分原理,对三种检测电路进行分析,通过检测电路中元器件的选用配置,提高检测电路的适用性,在理论上实现检测电路传递函数的线性化,消除了在检测电路工作过程中外界因素对电路元器件干扰给检测值带来的影响。结合高精度应变检测电路的模型,文中对应变检测系统的硬件电路进行了详细的设计,包括检测电路设计及信号调理、模入通道设计、V/F转换电路设计、主控制器设计、人机接口设计和通信接口设计。为了消除检测系统的漂移对检测值产生的影响,在设计系统硬件电路设计中采用了两步测量法,第一步测量中输入信号为零,得到输出信号为系统瞬时零点漂移,第二步对被测应变信号进行测量。将两路采集信号分别进行调理,转换成数字信号,传送到78E58单片机。在单片机中依据转换算法对被测应变信号进行处理,消除瞬时零点漂移,经程序计算,得到被测应变值。通过串行通信接口将应变值传至上位机中。在上位机上编写了应变数据接收及数据分析软件,用ActiveX通信控件MSComm实现串行通信。该软件用面向对象程序设计语言C++编写,以SQL Server2000作为底层数据库,存储单片机传输来的检测值,通过ADO技术实现对数据库中检测值的调用。软件实现了应变值实时动态显示、应变值记录数据形式显示和应变值记录图表形式显示三个功能,若用户需了解具体的应变值,可以在数据显示表中调出所有的数据,而图表形式能更直观、更清晰地反映应变值的变化趋势,方便用户对应变的分析。该软件具有良好的可移植性,增强了该应变检测系统的实用性。同时该软件的设计过程中是以模块化为思想,所以可以根据实际应用需求增加软件的功能,进行软件升级。为验证本系统的实用性,将基于全微分理论的高精度应变检测系统用于由120Ω标准电阻和精密电阻箱构成的模拟应变片的应变检测实验和Q235号钢材在拉伸过程中的应变测试试验,实验证明该检测系统的分辨率为1με,精度为0.5%FS,具有良好的线性和检测精度,系统抗干扰能力强,稳定性好。