一种数字式强劲弦张（拉）力测力电路制造技术

本发明专利技术的测力电路是以完全不同于现有技术的途径，即以Ｎ－［ａ］＝Ａ－［０］＋Ａ－［１］ｆ，Ｎ－［ｂ］＝Ｂ－［０］＋Ｂ－［１］ｆ，…Ｎ－［ｍ］＝Ｍ－［０］Ｏ＆＋Ｍ－［１］ｆ多个一次线性方程来分段拟合力频关系＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿的数值解，进行分段直线逼近，即折线—曲线拟合法，并采用多次线性回归技术，使其拟合范围大大扩展。电路还设置有特有的自校检验功能，自校值符合理论值。电路还具有量程检测、量程变换，超量程显示报警、电源电压检测和欠电压报警、测量一次自动打印输出一次测量结果等多种功能。（*该技术在2008年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术是一种新的数字式强劲弦张(拉)力测力电路，其测量精度可达测力误差≤±1%。本专利技术的测定对象强劲弦系指在张(拉)力作用下，同时又有刚度的金属与非金属弦。国外现有的测力电路，有苏联ипн-7型频率仪及гспАп-12型频率仪(引自苏联《ЬЕТОН и ЖЕпЕзОЬЕТОН》，1985，№3，39-40页，俄文。)尤其是ГСп Ап-12型频率仪，测量的是钢筋自由振荡的基频周期，并由数字显示出被测周期值。其周期测量误差不超过±1%，其应力确定误差不大于±4%。有法国SARET和里昂INSA咨询部专利技术的测力仪器的电路(制造预应力混凝土楼板梁用钢丝的测量，《Quality control of concrete structures》，June 17-21，1979，Stockholm SWeden，P.101-127)，是依照力频关系为f= 1/(2L)Nml]]>，式中f-频率;L-标距;N-强劲弦的张(拉)力;ml-强劲弦的单位长度质量;并由微处理器直接显示出张力，其测力误差为±3.3%，并用交流220伏供电。上述仪器的测力误差均较大。国内现有的测力电路的设计或者采用传统的力频关系f= 1/(2L)Nml［1+2LEJN+(4+π22)EJNL2］]]>(引自《振动和声》P165～P169，科学出版社)。式中f-频率(基频);L-标距;N-强劲弦的张(拉)力;ml-强劲弦的单位长度的质量;E-材料的弹性模量;J-强劲弦的惯性矩。所不同的仅仅是为方便计算和电路设计，分别采用减少项次或增加项次。其中如中国湖南大学研制的频率测力仪，(湖南大学《科技资料》1975年第1期)，仪器由电流计显示频率，并按力频关系f= 1/(2L)Nml［1+2LEJN+K ＇(4+π22)EJNL2］]]>(式中K′-由实测而得的修正系数)在电流计表盘上刻度力值，从而在某一范围内直读被测力值。这是一种模拟式测力电路。其测力误差估计为≤±2%。国内现有的测力电路设计或者采用N＝A0+A1f+A2f2+…+Anfn的幂函数拟合力频关系f=2πμ2(μ22+2β2)EJml]]>的数值解。(式中μ2-变量，可依tg(πLμ2)= -1+-2β2μ22]]>求得，π-园周率，β2=N8π2EJ),]]>如浙江省建筑科学研究所专利技术的“高精度直接显示强劲弦张(拉)力的测力电路”，(申请号85103735，公开号GK85103735)。通过分析上述力频关系数值解的均方差，从一次幂函数开始，如果力频关系精度满足有关标准规范或实际需要，则由拟合所得的系数A0、A1设计电路，如不满足，则用二次幂函数拟合，依次升高幂次直到满足为止，再按所得的系数A0、A1、A2、……An来设计电路。上述设计思想，从理论上讲这种幂函数拟合力频关系，其精度可达到非常高。然而实际上要用所得的系数A0、A1、……An按高次幂函数来设计电路，尤其是由硬件组成的数字电路，意味着必须对被测的频率f进行二次方、三次方……甚至n次方处理，则在技术上是十分困难的。事实上，根据上述专利技术设计的CYC-1型钢丝测力仪所提供的测频电路是按一次线性方程N＝A0+A1f来设计电路的，所提供的测周电路是按N＝A0+A1T来设计电路的。根据上述专利技术设计的YC-2型钢丝测力仪则按二次方程N＝A0+A1f+A2f2来设计电路的。就是说，前者采用了普通的线性回归技术，用直线来拟合一条曲线，即所谓的直线-曲线拟合法。于是，不可避免的存在着如下矛盾若要达到一定的测量精度，则压缩了直线-曲线的拟合范围;反之，若要扩大直线-曲线的拟合范围，则势必增大测量误差。具体表现在仪器上，则是测力范围较窄。而另一表现则是测量品种单一，因为一个数学公式只能适应于某一个特定的拟合对象。比如若是以建筑业常用的低拉力范围的低碳冷拔钢丝为拟合对象而设计的电路，则就不能同时用于测量较高拉力范围的中、高强钢丝，反之亦然。而后者，则采用二次曲线来拟合一条曲线，尽管在测力范围等方面有所改进，但数字电路需对被测频率进行二次方处理，因而决定了该测力仪的数字电路的复杂化，所采用的数字集成电路数量几乎近前者一倍。且同样存在着一个数学公式只能适用于某一个特定拟合对象的问题。对于非拟合的测试对象，该仪器则只能采取用对照事先编好的系数换算表的办法进行换算，从而失去了数字仪表直接读数的优点，而且换算复杂，引入误差较大。同时，在实际使用中，上述两种仪器的测力电路采用了256赫兹物理音叉进行自校检验(见LYC-1型、YC-2型数字式钢丝测力仪使用说明书)。自校检验的值应符合公式N＝A0+A1f(或N＝A0+A1f+A2f2)的理论计算值。其中A0、A1(或A2)为该测力电路内的实际预置数，均通过二极管矩阵编码置入电路内。f为音叉的实际频率，可见当参数A0、A1(或A2)和频率f变化时，均会使N的值发生变化。实际上由于音叉的频率f随环境温度，音叉本身的磨损，音锤松动位移而有很大的变化，所以使用者就根本无法确定N的准确值，从而也就根本无法根据自校值来判断A1(或A2)的值是否准确。(A0是可以知道的)。因为一旦编码二极管损坏，就会改变A1(或A2)的值，测量时就会得出错误的测量值，该仪器就失去使用意义。另一方面，对于硬件组成的数字电路，其逻辑计算功能的准确性是由依据数学公式所设计的数字电路的稳定性、可靠性来保证的。当数字电路出现局部故障时，测量时同样会得出错误的测量值。该仪器也就同样失去使用意义。上述两种仪器的自校检验，LYC-1型数字式钢丝测力仪使用说明规定只要“…最后显示出一个稳定数，重复几次，稳定数误差应≤±3，…”即可。显然，这将使参数A0、A1的变化和频率f的变化混淆在一起，实际上起不到自校检验的作用。YC-2型钢丝测力仪则稍有些改进，其使用说明规定“用音叉自检前，要检查音叉锤，有否松动，…则音叉频率不准，须校正频率后才能使用。”说明已意识到音叉频率准确的重要性。就是说，只要音叉频率准确，就可以自校值来判断仪器内部各参数以及仪器本身是否准确、正常。然而，校准音叉频率必须配备另外一套校准仪器，以及现场校准音叉频率的困难，因此自校将十分困难、复杂。另一方面，即使音叉频率已十分准确，由于上述两种仪器的使用说明书中均未提供仪器自校检验值的准确数据(譬如由仪器设计公式依据256HZ频率计算而得的理论计算值)，以供对照，使用者也就只能根据仪器前后几次自校检验值的稳定情况来判别自校结果。因而对于仅仅在编码二极管个别损坏使参数变化，或者数字电路局部故障，而又使自校显示值稳定的情况，上述自校检验是无法判别的，同样起不到自校检验的作用。综上所述，由于上述仪器自校检验功能的固有缺陷，使得仪器的自校检验值不可能是一个固定的值，因而无法用理论计算值来检验仪器的自校值，使用者就根本无法判别上述种种变化，以及仪器是否处于正常、准确状态。而上述仪器的检定周期均规定为壹年，则将造成仪器带故障继续使用的可能，造成测量错误。做为计量仪器这是计量法所不允许的。针对前述仪器所存在的不足之处，本专利技术的任务是提出一种新的测力电路设计思想和理论拟合公式，并给出一种具有准确的自校检验功能的高测量精度、宽测量范围，适用于多品种强劲弦张(拉)力测量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由输入信号经放大整形，并由数字逻辑电路经频率＿＿力值（或周值＿＿力值）转换的数字式强劲弦长（拉）力测力电路，其特征在于电路设计基于一种全新的力频换关系，即对于两端为固定支点强劲弦的力频关系ｆ＝２πμ↓［２］＊＊＊和其数值解，用若干个一次线性方程Ｎａ＝Ａ↓［０］＋Ａ↓［１］ｆ，Ｎｂ＝Ｂ↓［０］＋Ｂ［１］ｆ，……Ｎｍ＝Ｍ↓［０］＋Ｍ↓［１］ｆ分段进行拟合，进行分段直线逼近，即折线＿＿曲线拟合法。式中：ｆ＿＿频率，π＿＿园周率，β↑［２］＝Ｎ／８π↑［２］ＥＪ，μ↓［２ ］＿＿变量，Ｅ＿＿材料的弹性模量，Ｊ＿＿强劲弦的惯性矩，ｍｌ＿＿强劲弦的单位长度质量，Ｎａ、Ｎｂ、……Ｎｍ＿＿强劲弦的张（拉）力，Ａ↓［０］、Ａ↓［１］、Ｂ↓［０］、Ｂ↓［１］……Ｍ↓［０］、Ｍ↓［１］＿＿系数；并分为测频电 路和测周电路两种类型，对于固有频率为１００赫兹以上的强劲弦，使用测频电路；对于因有频率为１０赫兹以下的强劲弦，使用测周电路；对于固有频率为１０～１００赫兹的强劲弦，两者均可适用；其特征还在于它包括有：１、自校检验电路，它由自校检验开关将 测力电路由测量状态转换为自校检验状态，采用测力电路自身数字逻辑电路所产生的高精度晶振频率的分频信号作自校标准频率，使自校值完全符合理论计算值，可供使用前后进行自校，以确保数字电路使用时工作于正常工作状态。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨祖耀，杨燕萍，
申请(专利权)人：杨祖耀，杨燕萍，杨燕萍，
类型：发明
国别省市：33[中国|浙江]