基于虛擬儀器的應變測試系統(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 種傳感器的力一電轉換元件，它基于金屬絲在受拉或受壓后發生彈性形變，其電阻值也隨之產生相應的變化這一物理特性實現的。集微網欲知半導體動態，速上老杳吧6yfi EP*e集微網欲知半導體動態，速上老杳吧%md6in39。?P!F 　　在金屬絲變形的彈性范圍內，電阻的相對變化△R／R與應變△L／L成正比，因而△R／R=K△L／L。其中，K為電阻應變片的靈敏系數。用應變片測量應變或應力時，是將應變片粘貼于被測對象上，在外力作用下，被測對象表面產生微小機械變形，粘貼在其表面上的應變片亦隨其發生相同的變化，因此應變片的電阻也發生相應的變化。當壓力F在一定范圍內時，應變εx以一個常數正比于F。集微網欲知半導體動態，速上老杳吧。{Z,M%no集微網欲知半導體動態，速上老杳吧J{*r%Sd8]@r5fvamp。`G ~:Y39。G ^)\
m0 集微網欲知半導體動態，速上老杳吧Ro2DU5[z*h39。N 　　式中：L為兩孔中心距的50％；E為梁的彈性模量；b為梁的寬度；h為孔上下最薄處的厚度。集微網欲知半導體動態，速上老杳吧2C5v}P d7~5e(mamp。L!My{|amp。yTz0　　如圖1所示，在雙孔梁的上下兩端面分別對應孔的頂端處貼上電阻應變片，將它們按圖1(b)所示的方式組成全橋測量電路。這種橋式測量電路，可以靈敏地測量極微小的電阻變化。當彈性體受物體作用時，彈性體便產生彈性形變，粘在其表面的電阻應變片則隨其同步變形，因而改變了它們的電阻值。由于電阻應變片組成的橋式電路是平衡的，而電阻應變片的電阻變化會引起電橋的不平衡，因而輸出電壓信號，該信號與梁端的受力F成正比。 WC3g0 集微網欲知半導體動態，速上老杳吧[。V。Mfy!R7F@ v/{ 集微網欲知半導體動態，速上老杳吧 t3\!^? c8W u`Au[集微網欲知半導體動態，速上老杳吧wiT!{~ [amp。i 　　當力F使單個應變片的電阻變化△R時，全橋測量電路的輸出電壓U0=U△R／R。集微網欲知半導體動態，速上老杳吧 ghF$_Ogh$bG4`Z4aM0　　2 應變片選用——BP型半導體應變片集微網欲知半導體動態，速上老杳吧Ao%RU P`^ic,HV8Z0　　BP 型半導體應變片可用于應力測量和應力分析，并作為各種傳感器的力電轉換元件。它們具有靈敏度高(比金屬應變片大50～100倍左右)，機械滯后小，體積小，耗電少等優點。其高的靈敏度使輸出信號電平增大幾十倍，所以不必采用放大器而直接用電壓表或示波器等簡單儀表就可以直接記錄測量結果，因而使得測量儀表大為簡化；再加上它的機械滯后小，可以測量靜態應變、低頻應變等，在許多新技術中，如火箭、導彈、飛機等制造工業及遙測系統中，半導體應變片具有獨特的應用價值。J+_]Oe DiU0 K7v2Z _amp。~A6C S5Y0　　BP6120型半導體應變片技術參數：集微網欲知半導體動態，速上老杳吧/hNqApCu4u)E%^!T,Rn0A%j0　　硅絲尺寸為6mm0．4 mm0．05 mm；基底尺寸為10 mm x 6 mm；靈敏系數120；電阻溫度系數小于0．2％；靈敏度溫度系數小于0．16％；允許工作電流25 mA；允許最大應變2 000με；極限工作溫度100℃。集微網欲知半導體動態，速上老杳吧*?M0u L0uW7p@7W+aQq0　　j(@:k~iD0 39。NvC Xns0　　4．1 電阻片的溫度效應集微網欲知半導體動態，速上老杳吧V%seG:ad5di@ w!YAY}Tamp。GiH0　　電阻片由金屬材料制成，它的阻值隨著溫度的變化也將產生變化。另外，由于試件和電阻材片的線性膨脹系數不同，從而會使電阻片的阻值發生變化。溫度變化引起的電阻變化是客觀存在的，但不希望在測量結果中反映出來。集微網欲知半導體動態，速上老杳吧iU
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m^Iq0　　4．2 溫度補償集微網欲知半導體動態，速上老杳吧E^,IgjSw)BP集微網欲知半導體動態，速上老杳吧Dp,P fQag B 　　作為測量電橋的四個臂，當稱重時受到負載F的作用后，R1，R2受拉伸阻值增加，R3，R4受壓縮阻值下降，四個應變片組成差動電橋，輸出特性的線性度好，并且還具有溫度補償作用。輸出應變信號電壓為：集微網欲知半導體動態，速上老杳吧kv9x+B k3^i]$i |
|)C_~0b6o+N0}~5h uKuU cGh0 集微網欲知半導體動態，速上老杳吧O39。x39。ys^n({ 　　式中：ε1，ε2，ε3，ε4分別為各橋臂應變片感受的應變量；εT為各應變片隨溫度變化所產生的應變量。8Ps*^Vyamp。{ z0應變測試程序框圖9oiQ
^p0　3 虛擬應變測試系統的設計方案 虛擬應變測試系統硬件虛擬應變測試系統硬件結構 圖1　硬件組成框圖 傳感器：它的作用是將被測信號轉換為與之有對應關系電信號。如測速發電機、流量傳感器等信號調理：它的作用包括信號放大或衰減、濾波、隔離、保護等。NI公司的儀器信號調理板卡SCXI是LabVIEW軟件直接支持的一個信號調理板卡，LabVIEW環境中調用非常方便。數據采集卡：它是外界信號進入計算機的通道，在這個通道中要實現A/D轉換、放大或縮小、光電隔離等。選擇數據采集卡時，需要注意以下一些問題：數據分辨率、精度、最高采樣速度、通道數、總線接口類型。計算機（LabVIEW）：它的作用是數據采集，分析，顯示和記錄。 虛擬應變測試系統軟件構成　 　　測試軟件是虛擬儀器的主心骨。NI公司在提出虛擬儀器概念并推出第一批實用成果時，就用軟件就是儀器來表達虛擬儀器的特征，強調軟件在虛擬儀器中的重要位置。NI公司從一開始就推出豐富而又簡潔的虛擬儀器開發軟件。使用者可以根據不同的測試任務，在虛擬儀器開發軟件的提示下編制不同的測試軟件，來實現當代科學技術復雜的測試任務。在虛擬儀器系統中用靈活強大的計算機軟件代替傳統儀器的某些硬件，特別是系統中應用計算機直接參與測試信號的產生和測量特性的分析，使儀器中的一些硬件甚至整個儀器從系統中消失，而由計算機的軟硬件資源來完成它們的功能。虛擬儀器測試系統的軟件主要分為以下四部分。 　　 　　儀器面板控制軟件即測試管理層，是用戶與儀器之間交流信息的紐帶。利用計算機強大的圖形化編程環境，使用可視化的技術，從控制模塊上選擇你所需要的對象，放在虛擬儀器的前面板上。 　　 　　利用計算機強大的計算能力和虛擬儀器開發軟件功能強大的函數庫可以極大提高虛擬儀器系統的數據分析處理能力，節省開發時間。 　　 　　虛擬儀器驅動程序是處理與特定儀器進行控制通信的一種軟件。儀器驅動器與通信接口及使用開發環境相聯系，它提供一種高級的、抽象的儀器映像，它還能提供特定的使用開發環境信息。儀器驅動器是虛擬儀器的核心，是用戶完成對儀器硬件控制的紐帶和橋梁。虛擬儀器驅動程序的核心是驅動程序函數/VI集，函數/VI是指組成驅動的模塊化子程序。驅動程序一般分為兩層，底層是儀器的基本操作，如初始化儀器配置儀器輸入參數、收發數據、查看儀器狀態等。高層是應用函數/VI層，它根據具體測量要求調用底層的函數/VI。 　　　　在虛擬儀器系統中，I/O接口軟件作為虛擬儀器系統軟件結構中承上啟下的一層，其模塊化與標準化越來越重要。VXI總線即插即用聯盟，為其制定了標準，提出了自底向上的I/O接口軟件模型即VISA。作為通用I/O標準，VISA具有與儀器硬件接口無關性的特點， 即這種軟件結構是面向器件功能而不是面向接口總線的。應用工程師為帶GPIB接口儀器所寫的軟件，也可以于VXI系統或具有RS232接口的設備上，這樣不但大大縮短了應用程序的開發周期，而且徹底改變了測試軟件開發的方式和手段。2 虛擬儀器系統軟面板的設計標準 　　虛擬儀器軟面板是用戶用來操作儀器，與儀器進行通信，輸入參數設置，輸出結果顯示的用戶接口。其設計準則是： 　　（1） 按照VPP規范設計軟面板，使面板具有標準化、開放性、可移植性。 　　（2） 根據測試要求確定儀器功能。根據測試任務確定儀器軟面板具體測試、測量功能，開關、控制等設置要求。