静态电阻应变仪数据采集处理系统技术方案

一种用于测量应力应变的数据采集处理系统，由静态电阻应变仪、ＴＰ８０１单板机、Ａ／Ｄ转换器、功能转换板及打印机组成。通过控制开关作人工或自动测量计算，Ａ／Ｄ转换器配有所测应变值显示器，两只指示拨盘能在１００个测点取任意点的测量值。通过微机操作提高数据采集、运算处理、打印过程自动化程度，系统精度高、价格低、速度快、抗干扰能力强、结构简单、操作方便、工作可靠。（*该技术在1996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】本技术属于应力应变的测量仪表自动化技术。静态电阻应变仪(以下简称应变仪)是在静力强度研究中测量结构及材料任意点变形的应力分析仪器，广泛用于机械、建筑、车辆、船舶、桥梁、铁路、矿井等结构和工程在静态作用下，作非破坏性的应变测量。它具有灵敏度高、稳定性好、测量数据准确可靠，可作远距离及多点测量等特点。但测试时拨盘读数存在视差，人工记录。测点多时，调节麻烦，因时间长，仪器零点漂移，将会造成较大的测量误差，影响试验结果。同时，测试数据还需要专门处理。目前，各地采用该项技术的力学试验室，用电阻片法测定变形时，有的用逐点测量记录试验数据，还有的用数字电压表和打印机打印、记录试验数据。但由于这些仍属原始记录，还必须进行计算，才能作为成果资料提供工程应用。因此，该项技术一直存在着精度差、效率低等问题。本技术的目的就在于应用微机技术，在改进应变仪的基础上，提供一个在测量、处理、计算、打印过程自动化数据处理系统。本技术结构形式是以TP801单板机为主体，采用精度高的A／D转换器，与接口电路、打印机以及为改进应变仪性能而设计的转换功能板并装入了相应的测量与计算软件。图1为系统框图。图2为各部件间连接示意图。图1的框图中，A为YJ－5型静态电阻应变仪，B为转换功能板，C为A／D转换器，D为PIO，E为CPU，F为TP801P打印机，G为应变值显示器，HL为两位数指示拨盘。转换功能板是为了改进应变仪的性能而设计的专用于输入A／D转换器的电路。为了与应变仪的配套衔接，在应变仪上加装一只控制开关K(其中KaKbKc为同轴开关)，将应变仪表头正端、回授电阻R88两端以及放大器末级管阴极端引出线连至开关K如图2所示，应变仪上的回授电阻R88通过按下Kb与R电阻并联。开关K用来切换人工与自动的工作方式。当K处于正常位置时，KaKbKc均与1点接通，静态电阻应变仪处于常规使用状态，即人工使用方式，由应变仪拨盘指示测量值。开关K按下后，KaKbKc置于2位置，将本系统接入，来自应变仪的测量信号送进A／D接口电路，将测量值送入计算机处理。RC网络的作用是把来自应变仪的电流值转换成电压值送给A／D转换器。KbKc的作用是加深回授的反馈量，以扩大线性范围，电位器W2用以校准调节比例信号，使送入1με标准应变信号值时，在系统的A／D显示器上能对应指示0.1mV，当送入100με值时，则对应指示10mV，使输出线性范围达到±2500με。A／D转换器的作用是将来自应变仪的电压模拟量转换成数字量送入计算机，本技术设计采用WDE－2000A型直流数字面板作为3 1/2 位A／D转换器，其中5G14433是双积分型的CMOS器件，具有线路简单，抗干扰能力强，转换精度高，价格便宜等优点，虽然转换速度慢，但能满足应变测量的速度要求，5G14433A／D转换器由于片内没有与计算机兼容的控制逻辑，转换器的输出不能直接挂在CPU的数据总线上，为了外设与微机的连接，本技术设计了一套相应的接口硬、软件。5G14433采用动态扫描显示方式，其输出波形是按位扫描的BCD码，转换精度相当12位A／D转换器。图2所示，5G14433与PIO采用限流电阻耦合方式，R4～R11限流电阻的作用是保护器件，按5G14433和PIO的直流特性为10KΩ左右。5G14433片上各引脚号16、17、18、19、23、22、21、20分别经过一只限流电阻与PIO的A口7、8、9、10、11、12、13、14、15八只引脚相连。PIOA口置输入方式，5G14433的转换周期结束信号端EOC，实时输出控制端Du，(9，4)接PIO的ASTB端(16)，5G14433的工作频率设计为43KHZ左右，采样频率为3次／秒，接在该片CLK0与CLK1端的R为400KΩ，用来校准其工作频率。在设计联络方式时，考虑到5G14433转换周期随输入量变化而变化、转换过程难以控制，所以在设计接口电路中，将转换周期结束信号EOC接DU和ASTB，每输出一个EOC脉冲Q0～Q3，DS1～DS4都不断送出上次转换结果和选通信号，(DS1～DS4为多路调制选通信号，分别是千位、百位，十位，个位的选通信号，在DS2～DS4有效期间，Q0～Q2输出0～9个数字的BCD码，而在DS1有效期间，Q0～Q2输出的内容是Q3代表千位数，Q2＝1时千位数为0，Q3＝0，千位数为I；Q2判断符号Q2＝1为正，Q2＝0为负；Q0作为溢出标志，Q0＝1时为溢出)。EOC的脉宽为 (T)/2 ，大于ASTB允许的最小脉宽，A口将数据准备好后，STB信号的前沿将数据打入口A输入寄存器，STB的后沿将使INT信号变低，向CPU申请中断服务。STB前沿之后的时钟下降沿使RDY变低，表示输入寄存器已满，不再接受外来信号。CPU响应中断后，执行中断服务程序。其中一条“1NA、80H”指令，执行这条指令时，产生IQRQ·RD信号，这些信号在PIO内组成RD＊信号，将输入寄存器的代码读到A寄存器，同时其后沿的一个时钟下降沿，使RDY变高，允许接受外设所的数据。计算机响应中断后，读取转换数字。为了保证每次转换数据做到准确采集，设计采用延时处理的方式，即利用DS1～DS4选通时间，在响应中断后，延时180μS，后读取千位数，然后，在读取百、十、个位数前均延时300～340μS。然后再按数学公式运算处理，每处理完一个量随即打印。由于应变仪配用平衡箱后，可作多点测量，为解决多点测试记录和任意选点测试的问题，设计用二只8421指示拨盘与PIO的B口相接，PIOB口的引脚，34、33、32、31经10KΩ限流电阻分别与十位数据指示拨盘的8、4、2、1端相接；PIOB口的30、29、28、27经10KΩ的限流电阻与个位数指示拨盘的8、4、2、1端相连。八个限流电阻都各自经一个分流电阻接地，拨动十位和个位两个拨盘的任意两个数，即可获得100之间的(00～99)任意测点之值。本技术还装有单板机的配套设备打印机TP801P，可打印100个测点，打印格式每行打字16字符，打印速度为打印5×7点阵字符，1行／秒，测试的结果，应变值在A／D转换器的显示器直接读出，测试结束能打印其内容。根据需要而定打印测点1～99；只打印应变值；做轴向受力试验时，打印应变值ε应力值σ；做应变花测量时，打印应变值εx、εy、εxy；应力σx、σy、σxy；主应力σ1，σ2及主应力方向的角度值。本技术的系统软件采用Z80汇编语言，程序调试成功后固化于EPROM中，为完成采样、运算、处理任务，设计了主程序、中断服务程序和若干个运算处理打印子程序。主程序设计用软件实现通道选择，实现测量时的数据采集与处理。为此，使用数据结构形式，这种结构在存储区中开辟一部分单元作为转移表，表中存入服务程序入口地址的向量地址，所要寻求的服务程序的查表索引，按照索引在表中找到所要求的程序向量地址，然后根据向量地址经服务程序入口地址无条件地转换到要寻求的服务程序。在本系统中应用于不同测量要求时的数据处理，使结构简单，操作方便。主程序流程图如图3所示。中断服务程序是为了CPU正确采集A／D转换器来的数据，在满足速度要求的条件下，经过试验，同时，考虑到抗市电干扰与稳定性5G14433选择了43本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量应力应变的数据采集处理系统，由静态电阻应变仪、ＴＰ８０１单板机、Ａ／Ｄ转换器、功能转换板及打印机组成。其特征在于静态电阻应变仪与数据采集处理系统间有功能转换板，Ａ／Ｄ转换器上有应变值显示器，微机系统配有数据采集、运算、打印等功能的软件，并装有二只能指示１００点之内任意测各点应变、应力的指示拨盘。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于测量应力应变的数据采集处理系统，由静态电阻应变仪、TP801单板机、A/D转换器、功能转换板及打印机组成。其特征在于静态电阻应变仪与数据采集处理系统间有功能转换板，A/D转换器上有应变值显示器，微机系统配有数据采集、运算、打印等功能的软件，并装有二只能指示100点之内任意测各点应变、应力的指示拨盘。2.按照权利要求1所述的数据采集处理系统，其特征在于在应变仪上，装有一只能倒换人工或自动测量计算的控制开关K。3.按照权利要求1所述的数据采集处理系统，其特征在于转换功能板上有一个把应变仪来的电流值转换成A／D转换器所需电压值的RC网络；并有一个校正调节比例信号的电位器W2。4.按照权利要求1所述的数据采集处理系统，其特征在于A／D转换器上有一个显示应变值的显示器；A／D转换器5G14433与单板机的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张德，张清澄，黄秉德，
申请(专利权)人：山东省水利科学研究所，
类型：实用新型
国别省市：37[中国|山东]