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臥式拉力機的測試系統(tǒng)
臥式拉力機測試系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于電力行業(yè)，用于電力金工具的機械測試。在一定程度上可以替代手工操作，提高相關(guān)工具和材料的檢驗和試驗水平。然而，市場上的拉機都是為特定的應(yīng)用需求而設(shè)計的。他們是具有特定功能的個體。他們的自動化水平很低，在具體的應(yīng)用中有許多限制。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：自動化程度低，在實驗過程中，工作人員需要干預(yù)，浪費大量時間和精力，實時性差，試驗結(jié)果單一；測試結(jié)果很難量化。通常只能給出一個簡單的結(jié)論，而且缺乏對測試結(jié)果的定性分析。
1 系統(tǒng)設(shè)計
針對臥式拉力機存在的一些問題，本文設(shè)計了一種新型的臥式拉力機系統(tǒng)。在盡可能保持原有機械結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加微處理器控制模塊，完成數(shù)據(jù)采集和控制。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下。如圖1所示。
臥式拉力機系統(tǒng)主要由傳統(tǒng)張力機的機械結(jié)構(gòu)和微處理器控制模塊兩部分組成。機械結(jié)構(gòu)部分分為加力系統(tǒng)和測力系統(tǒng)，其中如何完成測力系統(tǒng)的自動化操作是設(shè)計的關(guān)鍵。張力測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。
可以看出，該系統(tǒng)通過傳感器和數(shù)據(jù)采集模塊將轉(zhuǎn)換成電子信號，并進行放大、濾波等預(yù)處理。利用微處理器控制模塊完成數(shù)據(jù)抽樣量化、測試控制、信息分析和存儲等功能。后，通過串行通信，實時顯示存儲分析結(jié)果。
2 系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)
為了使傳統(tǒng)的拉力機具有自動化功能，有必要對相關(guān)的機械結(jié)構(gòu)部分進行修改，改造主要涉及以下部分。
a）根據(jù)具體應(yīng)用配置放大系數(shù)適當?shù)腁/D轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換完成后，信號處理模塊對得到的信號進行濾波平滑處理?？梢赃x擇12位逐次快速逼近A/D轉(zhuǎn)換器，如AD1674。該芯片內(nèi)置三態(tài)輸出緩沖電路，可直接與微處理器相連，芯片內(nèi)有高精度時鐘電路，無需外部時鐘和電路即可完成A/D轉(zhuǎn)換。
b)選擇度高、性能好的傳感器。例如，可以使用恒壓電橋式電阻應(yīng)變傳感器。該型傳感器具有良好的線性度和高精度，輸出直流電壓信號的優(yōu)點。
c）信號放大電路的設(shè)計。使用兩階段擴增方法。級使用差分電路，第二級使用加法器電路。這種設(shè)計允許放大器電路具有高共模抑制比，實現(xiàn)高輸入阻抗，低漂移，并且對弱電壓敏感，使其成為傳感器的理想選擇。硬件設(shè)計框圖如圖3所示。
恒壓傳感器電橋由四個應(yīng)變電阻組成。它的阻力隨力而變化。它可以輸出與力成比例的電壓信號。經(jīng)放大電路處理后送入A/D轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換后的結(jié)果存儲在高8位和低4位兩個寄存器中，并通過數(shù)據(jù)總線送入微處理器。
微處理器控制模塊是系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。所要處理的技術(shù)問題包括以下幾個部分。
a）采樣期。采樣周期的選擇會影響采樣數(shù)據(jù)的準確性和測試曲線的變化。通過采用軟件控制方法，可以根據(jù)樣品的位移精度和變形速度動態(tài)計算循環(huán)。
b）消除零點漂移引起的誤差。在實際運行過程中，系統(tǒng)電路不可避免地會產(chǎn)生零點漂移，導致采樣誤差。我們可以通過增加一個重采樣輸入電路來消除零點漂移。
c）為了實現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)存儲功能，內(nèi)存芯片2764和6264可以分別作為外部程序內(nèi)存和外部數(shù)據(jù)內(nèi)存進行擴展。
3 系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)
該系統(tǒng)的軟件設(shè)計框圖如圖4所示。數(shù)據(jù)采集過程中值得注意的問題是如何準確地收集由于信道中存在干擾信號而導致的緩慢輸入的拉動信號。雖然濾波器已用于硬件設(shè)計中的模擬濾波，但不能保證完全消除干擾信號。為此，在軟件設(shè)計中采用動態(tài)數(shù)據(jù)在線濾波算法來提高信噪比，并采用值檢測方法進行數(shù)據(jù)提取，進一步減少采樣數(shù)據(jù)誤差，保證準確性和真實性。 - 采樣數(shù)據(jù)的時間（見圖5）。
在具體的軟件實現(xiàn)中，根據(jù)不同類型的微處理器，可以有不同的實現(xiàn)方法。如果選用單片機，程序采用語言C51實現(xiàn)，程序采用MPLAB和KEIL C51編譯?；蛘咧苯邮褂肁RM構(gòu)建芯片系統(tǒng)，如飛思卡爾系列高性能處理器，直接使用廠商提供的BSP開發(fā)包構(gòu)建開發(fā)環(huán)境，用C語言實現(xiàn)程序功能，用GCC通用編譯器編譯程序。這兩種方法都可以直接編譯算法程序并將其燒錄到外部程序存儲器中，以提高軟件設(shè)計的效率。
根據(jù)傳感器的具體采集率，選擇了數(shù)據(jù)傳輸方法。數(shù)據(jù)傳輸方法包括軟件觸發(fā)器、中斷和dma。如果傳感器的捕獲率在每秒幾千字節(jié)以內(nèi)，則可以通過軟件觸發(fā)和中斷來實現(xiàn)。如果收集率較高，則使用dma直接完成數(shù)據(jù)傳輸，而不需要cpu參與。采集到的數(shù)據(jù)可以先存儲在自加載的ifo緩沖區(qū)中，通過dma數(shù)據(jù)傳輸直接保存樣本數(shù)據(jù)。
4 系統(tǒng)程序設(shè)計
系統(tǒng)程序設(shè)計主要包括串行數(shù)據(jù)通信，拉函數(shù)的實現(xiàn)和拉數(shù)據(jù)的實時顯示。串行通信主要是編寫串口功能，實現(xiàn)與測試系統(tǒng)的通信，包括串口掃描和波特率設(shè)置。張力函數(shù)主要用于確定力與采樣數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，通過功能關(guān)系獲得特定張力值進行實時顯示。拉數(shù)據(jù)的實時顯示由定時器或軟件中斷完成。當前的微處理器提供各種精度的定時器，并使用定時器每隔一段時間發(fā)送一個消息。當系統(tǒng)捕獲消息時，調(diào)用pull函數(shù)來讀取數(shù)據(jù)并顯示它。軟件中斷的原理類似。系統(tǒng)捕獲中斷信號并調(diào)用其相關(guān)的中斷處理程序以完成數(shù)據(jù)的實時顯示。
5 具體應(yīng)用
架空導線入網(wǎng)穿線前，應(yīng)按有關(guān)要求進行受力試驗。當測試新的架空導線的力值時，導線通常是用鉤子固定的，因此必須在測試導線的兩端壓上張力夾，以便于鉤住和固定導線。
在力值試驗中，首先采用液壓夾具固定架空導線。通過臥式拉力機的控制，液壓夾具的壓力值可以保持在7,000n/cm2的強迫值，導線與液壓夾具之間的連接可靠穩(wěn)定。液壓夾具的開合由液壓控制泵控制，不同規(guī)格導線的張力試驗值也不同。液壓控制泵由水平拉機控制，調(diào)節(jié)液壓夾具的受力值，避免夾具對導線的損傷。保證了試驗數(shù)據(jù)和試驗結(jié)果的穩(wěn)定性和可靠性。
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