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臥式拉力機(jī)的測(cè)試系統(tǒng)
臥式拉力機(jī)測(cè)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(jī)械測(cè)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(yàn)和試驗(yàn)水平。然而，市場(chǎng)上的拉機(jī)都是為特定的應(yīng)用需求而設(shè)計(jì)的。他們是具有特定功能的個(gè)體。他們的自動(dòng)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(gè)方面：自動(dòng)化程度低，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，工作人員需要干預(yù)，浪費(fèi)大量時(shí)間和精力，實(shí)時(shí)性差，試驗(yàn)結(jié)果單一；測(cè)試結(jié)果很難量化。通常只能給出一個(gè)簡(jiǎn)單的結(jié)論，而且缺乏對(duì)測(cè)試結(jié)果的定性分析。
1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
針對(duì)臥式拉力機(jī)存在的一些問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一種新型的臥式拉力機(jī)系統(tǒng)。在盡可能保持原有機(jī)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(jī)系統(tǒng)主要由傳統(tǒng)張力機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和微處理器控制模塊兩部分組成。機(jī)械結(jié)構(gòu)部分分為加力系統(tǒng)和測(cè)力系統(tǒng)，其中如何完成測(cè)力系統(tǒng)的自動(dòng)化操作是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。張力測(cè)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(guò)傳感器和數(shù)據(jù)采集模塊將轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)，并進(jìn)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(cè)試控制、信息分析和存儲(chǔ)等功能。后，通過(guò)串行通信，實(shí)時(shí)顯示存儲(chǔ)分析結(jié)果。
2 系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)
為了使傳統(tǒng)的拉力機(jī)具有自動(dòng)化功能，有必要對(duì)相關(guān)的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分進(jìn)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(dāng)?shù)腁/D轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換完成后，信號(hào)處理模塊對(duì)得到的信號(hào)進(jìn)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(shí)鐘電路，無(wú)需外部時(shí)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(hào)的優(yōu)點(diǎn)。
c）信號(hào)放大電路的設(shè)計(jì)。使用兩階段擴(kuò)增方法。級(jí)使用差分電路，第二級(jí)使用加法器電路。這種設(shè)計(jì)允許放大器電路具有高共模抑制比，實(shí)現(xiàn)高輸入阻抗，低漂移，并且對(duì)弱電壓敏感，使其成為傳感器的理想選擇。硬件設(shè)計(jì)框圖如圖3所示。
恒壓傳感器電橋由四個(gè)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(hào)。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(chǔ)在高8位和低4位兩個(gè)寄存器中，并通過(guò)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(jì)的關(guān)鍵。所要處理的技術(shù)問(wèn)題包括以下幾個(gè)部分。
a）采樣期。采樣周期的選擇會(huì)影響采樣數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和測(cè)試曲線的變化。通過(guò)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(dòng)態(tài)計(jì)算循環(huán)。
b）消除零點(diǎn)漂移引起的誤差。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，系統(tǒng)電路不可避免地會(huì)產(chǎn)生零點(diǎn)漂移，導(dǎo)致采樣誤差。我們可以通過(guò)增加一個(gè)重采樣輸入電路來(lái)消除零點(diǎn)漂移。
c）為了實(shí)現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(jìn)行擴(kuò)展。
3 系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)
該系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)框圖如圖4所示。數(shù)據(jù)采集過(guò)程中值得注意的問(wèn)題是如何準(zhǔn)確地收集由于信道中存在干擾信號(hào)而導(dǎo)致的緩慢輸入的拉動(dòng)信號(hào)。雖然濾波器已用于硬件設(shè)計(jì)中的模擬濾波，但不能保證完全消除干擾信號(hào)。為此，在軟件設(shè)計(jì)中采用動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)在線濾波算法來(lái)提高信噪比，并采用值檢測(cè)方法進(jìn)行數(shù)據(jù)提取，進(jìn)一步減少采樣數(shù)據(jù)誤差，保證準(zhǔn)確性和真實(shí)性。 - 采樣數(shù)據(jù)的時(shí)間（見(jiàn)圖5）。
在具體的軟件實(shí)現(xiàn)中，根據(jù)不同類型的微處理器，可以有不同的實(shí)現(xiàn)方法。如果選用單片機(jī)，程序采用語(yǔ)言C51實(shí)現(xiàn)，程序采用MPLAB和KEIL C51編譯。或者直接使用ARM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(kāi)發(fā)包構(gòu)建開(kāi)發(fā)環(huán)境，用C語(yǔ)言實(shí)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(chǔ)器中，以提高軟件設(shè)計(jì)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(guò)軟件觸發(fā)和中斷來(lái)實(shí)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(chǔ)在自加載的ifo緩沖區(qū)中，通過(guò)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(jì)
系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)主要包括串行數(shù)據(jù)通信，拉函數(shù)的實(shí)現(xiàn)和拉數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示。串行通信主要是編寫串口功能，實(shí)現(xiàn)與測(cè)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(guò)功能關(guān)系獲得特定張力值進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。拉數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示由定時(shí)器或軟件中斷完成。當(dāng)前的微處理器提供各種精度的定時(shí)器，并使用定時(shí)器每隔一段時(shí)間發(fā)送一個(gè)消息。當(dāng)系統(tǒng)捕獲消息時(shí)，調(diào)用pull函數(shù)來(lái)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(hào)并調(diào)用其相關(guān)的中斷處理程序以完成數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示。
5 具體應(yīng)用
架空導(dǎo)線入網(wǎng)穿線前，應(yīng)按有關(guān)要求進(jìn)行受力試驗(yàn)。當(dāng)測(cè)試新的架空導(dǎo)線的力值時(shí)，導(dǎo)線通常是用鉤子固定的，因此必須在測(cè)試導(dǎo)線的兩端壓上張力夾，以便于鉤住和固定導(dǎo)線。
在力值試驗(yàn)中，首先采用液壓夾具固定架空導(dǎo)線。通過(guò)臥式拉力機(jī)的控制，液壓夾具的壓力值可以保持在7,000n/cm2的強(qiáng)迫值，導(dǎo)線與液壓夾具之間的連接可靠穩(wěn)定。液壓夾具的開(kāi)合由液壓控制泵控制，不同規(guī)格導(dǎo)線的張力試驗(yàn)值也不同。液壓控制泵由水平拉機(jī)控制，調(diào)節(jié)液壓夾具的受力值，避免夾具對(duì)導(dǎo)線的損傷。保證了試驗(yàn)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)結(jié)果的穩(wěn)定性和可靠性。
- 上一條：沒(méi)有了
- 下一條：落錘試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)方案