DH5937(2)说明书

1、1、概述: DH5937动态应变测试系统完成了由应变计组成的电桥以及桥式传感器输出信号的调理、预处理和采样，并实时传送至计算机对信号进行存贮和处理。自动、准确、可靠的测试和分析了应变应力及力、压力、扭距、荷重、温度、位移、速度、加速度等物理量。还可在现场干扰较强的场合,测量生物电及各种换能器输出的电压信号，因此，DH5937动态应变测试系统是工矿企业、科研机构及高等院校在研究、设计、监测、生产和施工中作非破坏性动静态应变及各种物理量测量和分析的一种重要工具。特点:憘 和笔记本电脑的并口进行数据通讯,最大程度上满足了对便携式仪器的要求,可方便地应用于野外测试；每通道包含独立的放大器和A/D转换器

2、; * 所有通道并行同步数采，产品模块化设计,最多可构成128通道的动态测试分析系统； 数字磁带机信号记录功能,利用计算机海量的存贮硬盘,长时间实时、无间断记录多通道信号; 中文Win9598下32位全汉化应用软件，提供了频域、时域及幅值域的分析处理软件及自然响应下模态分析软件； 进口机箱，结构合理，外形美观。2、技术指标:憘2.1每台计算机最多可控制128通道动态应变测量系统；2.2满度值：±1mV、±3mV、±10mV、±30mV分档切换；2.3 AD分辨率：12bit；2.4采样速率:2.4.1 8通道同时工作时,每通道10、20、50、100、2

3、00、500、1k、2k、5k、10k、20k(Hz)分档切换；2.4.2 16通道同时工作时,每通道按10、20、50、100、200、500、1k、2k、5k、10k (Hz)分档切换;2.4.3 32通道同时工作时,每通道按10、20、50、100、200、500、1k、2k、5k（Hz)分档切换;2.4.4 64通道同时工作时,每通道按10、20、50、100、200、500、1k、2k(Hz)分档切换;2.4.5 128通道同时工作时,每通道按10、20、50、100、200、500、1k(Hz)分档切换;2.5 采样速率准确度：0.02%;2.6系统不确定度：不大于0.5±

4、;3;2.7输入漂移：小于3小时(预热1小时,输入端短路,恒温下测量);2.8 输入噪声：4(RMS)；2.9 系统线性度:0.2%2.10 输出滤波器:2.10.1 截止频率(-3dB±1dB):10Hz、100Hz、1kHz分档切换;2.10.2 平坦度: 当f<（1/2）fc时, 频带波动小于0.1dB;2.10.3 阻带衰减: -18dB/oct;2.11 放大器频带宽度:DC25kHz(+0.5dB-3dB);2.12 桥压:2V(DC)±0.1%;2.13自动平衡范围：应变计阻值的±2%;2.14使用环境: 符合GB6587.1-86组条件的环境

5、;2.15电源电压: 220V±10, 50Hz；2.16 仪器自重(16通道)：约12kg;2.17外形尺寸(16通道)：495mm（宽）×190mm（高）×340mm（深）。3、工作原理:憘3.1 系统框图:(图1)3.2 测量原理：以1/4桥、120桥臂电阻为例对测量原理加以说明。如图2所示:图2图中: Rg为测量片电阻, R为固定电阻, KF为低漂移差动放大器增益, 因 Vi=0.25EgK, 即 Vo=KFVi=0.25KFEgK, 4Vo 所以 = (1) EgKKF式中: Vi为直流电桥的输出电压 Eg为桥压(V) K为应变计灵敏度系数 为输入应变量

6、() Vo为低漂移仪表放大器的输出电压(V) KF为放大器的增益当Eg=2V K=2时 =Vo/KF()对于1/2桥电路 2Vo = (2) EgKKF对于全桥电路 Vo = (3) EgKKF这样, 确定KF ,测量结果由软件加以修正即可准确测量输入应变量。3.3 满度值的设置:改变放大器的增益即可改变满度值。3.3.1 对于应变应力测量,由(1)式可知,在1/4桥状态下,因为A/D满度输入为±5V,所以满度值和放大器增益的关系如表一:表一满度值±1mV±3mV±10mV±30mV增益(KF)50001667500166.73.3.2 对于桥

7、式传感器的测量,根据桥式传感器的灵敏度(mv/unit),按下式就可计算出系统的满度值。 5000mv Full= (4) KF·(mv/unit)式中：Full为参数设置栏设置的测量满度值 (mv/unit)为传感器灵敏度（若传感器输出的灵敏度为unitv，请转换为mv/unit) KF 为放大器的增益，同表一由(4)式可知，因为每个传感器的灵敏度不同，所以配合各种传感器，系统将有不同的测量满度值。3.4 低通滤波器:3.4.1 低通滤波器可以有效滤除各种高频干扰及传感器谐振峰对测量信号的影响;3.4.2 本系统采用了阻带衰减为-18dB/oct的巴特沃斯型低通滤波器,如图3图33

8、.4.3 低通滤波器的平坦度为:当信号频率小于1/2截止频率时,波动小于±0.1dB,此直流至此频率段为通带范围;3.5 分辨率:因为A/D转换器的分辨率为12位,因此满度值与量化分辨率的对应关系为表二。表二满度值±1mV±3mV±10mV±30mV分辨率0.515103.6 采样速率:3.6.1 采样速率由单片机软件设置的采样脉冲同时控制所有通道,因此,所有通道采样时间都是同步的;3.6.2 最高采样速度受计算机并口实时传送数据速度的限制,因此,工作通道越多,采样速度越慢,反之越快。3.7 修正:3.7.1 灵敏度系数的修正： 2 = i (

9、5) Ki式中：i为测量应变量 为实际应变量 Ki为应变计灵敏度系数3.7.2长导线的修正3.7.2.1将工作片用两根长导线接至DH5937（1/4桥） Rl =（1+2 ） i (6) R 式中：i为测量应变量 为实际应变量 R 为应变计的阻值 Rl为单根长导线的阻值3.7.2.2 将工作片和补偿片的一端连接成公共线后再用三根引线至DH5937（半桥连接，1/4桥计算结果） Rl =（1+ ） i (7) R 式中：i为测量应变量 为实际应变量 R 为应变计的阻值 Rl为单根长导线的阻值3.7.2.3将工作片接成半桥电路，然后用三根长导线引至DH5937 Rl =（1+ ） i (8) R

10、式中：i为测量应变量 为实际应变量 R 为应变计的阻值 Rl为单根长导线的阻值3.7.2.4 将应变计接成半桥电路，然后用四根长导线引至DH5937 Rl =（1+ 2） i (9) R 式中：i为测量应变量 为实际应变量 R 为应变计的阻值 Rl为单根长导线的阻值3.8 自动平衡(调零):由计算机控制16位D/A转换器实现自动平衡,再由软件计算清零。3.9 软件功能:3.9.1 文件管理:包括数据文件的打开,数据文件的更名备份,选定曲线数据按文本格式和数据库格式保存,选定曲线按位图格式保存,最近常用数据文件的管理等功能。3.9.1.1 打开文件:打开数据文件, 观测采样结果;3.9.1.2

11、数据备份:对原数据文件进行更名备份;3.9.1.3 选定曲线对应数据按文本格式保存:将选定的曲线对应的数据另存为一文本文件(·txt格式文件),方便用户调用数据;3.9.1.4 选定曲线对应数据按数据库格式保存:将选定的曲线对应的数据另存为一数据库文件(·mdb格式文件),从而可以运用Access或其它一些数据库工具对其进行处理;3.9.1.5 选定曲线对应数据按位图格式保存,将选定的曲线对应的数据另存为位图文件(·bmp格式文件),方便用户做进一步调用和处理;3.9.2 参数设置:包括工作通道设置、应变应力测试参数设置、振动测试参数设置、桥式传感器参数设置和采样

12、条件的设置。3.9.2.1 工作通道设置:设置进行采集的通道(以起始通道至结束通道表示)和各个通道的测量内容;3.9.2.2 应变应力测试参数设置:包括应变计连接方式,应变计电阻、导线电阻、灵敏度系数、修正系数、泊松比、满度值和上限频率的设置；3.9.2.3 振动测试参数设置:包括传感器灵敏度单位、满度值和上限频率的设置；3.9.2.4 桥式传感器参数设置: 包括传感器灵敏度单位、满度值和上限频率的设置；3.9.2.5 采样条件设置:包括采样速率和采样过程显示通道的设置;3.9.3 平衡操作:包括单通道平衡、相同测量内容通道同时平衡和所有工作通道同时平衡；3.9.4 采样控制:包括启动采样、暂

13、停采样和结束采样功能;3.9.5 数据曲线显示功能:包括数据曲线显示,曲线特征值和曲线上任一点,对应值的显示,还包括对曲线进行移动、压缩与扩展等功能;3.9.6 打印功能:包括选定曲线、该段曲线特征值以及选定数据的打印功能;3.9.7 参数配置的导出与引入功能:可将某次采样时的各通道的参数导出,并在需要时引入,从而可以在参数经过多次改变后很容易地恢复或与该次采样时的相同,省去了参数设置过程。3.9.8分析软件(选件):3.9.8.1基于FFT的信号处理: 快速付里叶变换（FFT） 快速付里叶变换算法是用于计算一个实数或复数序列的离散付里叶变换 N-1 X（k）=x(n)e-j(2/N)nK n

14、=0，1，N-1 n=0式中n为时间序列编号，k为频域序列编号，X（k）是复数。付里叶变换将信号的时间域描述转换为频率结构的描述，为工程领域和科学领域提供了一种有效的通用分析手段。 时域样点间隔t由采样频率决定t=1/fs，频域间隔（分辨率）f=1/T=1/(N*t)，由此可确定坐标的实际值。 a.付里叶谱 将X（k）的实部Re(k)和虚部Im(k)分别表示，并示出相位谱(k)=fg-1Im(k)/Re(k) b.幅值谱 在频率域中按幅值大小加以表示，不再保留相位信息X(k)=Re2(k)+Im2(k)1/2 c.自功率谱和互功率谱 Wiener-XHHYUH公式将功率谱与相关函数构成一个付里

15、叶变换对，可计算功率谱估值。自功率谱由自相关函数变换而得，另一种实用计算方法是幅值谱的平方。互功率谱由互相关函数变换而得，可用于传递路径的分析和识别。 d.传递函数 传递函数在频率域上描述线性系统的输出与输入关系Hyx(f)=Syx(f)/Sxx(f)式中Syx(f)是系统输出与系统输入的互谱，Sxx(f)是系统输入的自谱，计算时，谱应进行平均化处理。 e.奈奎斯特（Nyquist）图 由传递函数的实部和虚部确定的一种图形。在谐振点附近的奈奎斯特图近似地是以频率为参变量的一个图，在模态参数辨识中很有用。 f.相干函数 在频率域上描述系统的输出在多大的程度上由输入所引起，即两者的相关程度。系统的

16、噪声、非线性和频域分辨率等因素影响相干函数值，在无噪声的理想情况下，相干函数为1。工程上要求在相干函数大于0.75（或0.7）的情况下，观测数据才是可信的。r2(f)=Syx(f)/Sxx(f)Syy(f) 0r21各参数说明同传递函数。 g.三维谱图 描述谱图随时间变化的过程。 h.自/互相关函数 相关函数描述时间序列不同时刻取值的乘积与取值时间间隔（时延值）的函数关系，即不同时刻取值间的依赖关系。自相关函数是对同一序列而言，互相关函数是对两个序列而言，分别为 N-m Rxx(m)=1/Nx(n)x(n+m) n=0 N-m Rxy(m)=1/Nx(n)y(n+m) (1mL,N>&g

17、t;L) n=0式中m为时延值自相关函数是偶函数，对称于纵坐标m=0 i.实倒谱 实倒谱定义为输入序列的付里叶变换对数幅值的付里叶反变换 x(n)=IDFT(log|DFTx(n)|） 它被用于处理回波检测、语音分析等问题。（实）倒谱的另一种形式为 X（n)=|FLogGxx(f)|式中Gxx(f)为序列X(n)的单边功率谱。3.9.8.2时域处理：包括线性平均；指数平均；Hilbert变换；包络；过零率。 a.线性平均 对数据序列作平滑处理，以压低随机干扰，减少统计误差，提高信噪比。 - m Xm(n)=1/mxi(n) (n=0,1,N-1) i=1 b.指数平均 是不等加权的平均，在总体

18、平均中，对新近的观测给予较大的权。 c. Hilbert变换 一种基于付里叶变换的线性变换，等效于±/2的相移，对正频率产生/2的相移。对负频率产生-/2的相移，可作包络分析。 定义 X(t)=+x()/(t-)dt - 利用离散时间序列的Hilbert变换X(n)，定义包络 En=X2(n)+X2(n)1/2 d.过零率 单位时间内，时间序列穿越零点的次数，用以描述非平稳时间序列的隐含周期性。3.9.8.3幅域值处理：包括直方图；概率密度函数；累积密度函数。 a.直方图 一种幅值分布的表示形式 b.概率密度函数 时间序列幅值x(n)落在某一个指定范围内的概率大小 定义 p(x)=L

19、im1/xLimTx/T 0p(x)1 x0 式中T为统计时间，Tx为x(n)落在(x,x+x)范围内的总时间 c.累积密度函数P(x)=Probx(n)x即x(n)的瞬时值小于或等于某一值x的概率 d.曲线拟合 用最小二乘法拟合整理数据的多项式3.9.8.4自然响应下模态分析软件4、结构特征:4.1系统可以和笔记本电脑的并口进行实时数据通讯,最大程度上满足了对便携式仪器的要求,可方便的应用于野外测试;4.2 主机采用了进口的标准铝合金机箱,每通道独立插入,整机结构紧凑,装配简单,维修方便,工作可靠。5、系统的组成：5.1与计算机的连接:系统通过通讯电缆和计算机并行端口(EPP)连接;5.2

20、对计算机的要求: 为提高抗干扰能力，建议使用电磁兼容指标合格的品牌机及正版Windows 9x软件，并尽量不采用联想机。否则将可能引起干扰。5.2.1 主频:300MHz以上；5.2.2 内存:64M;5.2.3 硬盘:2.1G以上（经常进行硬盘整理，清除磁盘碎片）;5.3 EPP并口的设置:启动计算机,进入BIOS设置,然后进入并行端口设置,改变Parallel port mode,按Page up 或Page down使之为EPP模式。5.4 软件的安装:5.4.1 结束所有开启的应用程序;5.4.2 将随机所附光盘插入光驱内,双击“我的电脑”图标，指到光驱图标并双击打开光盘目录；5.4.

21、3打开要安装的文件目录，双击“setup”图标；5.4.4按屏幕提示安装至结束;5.4.5 重新启动计算机。6、使用说明：6.1 面板功能:（前面板如图4，后面板如图5） A. 电源开关; B电源开指示;C. 50mV指示: 当输出直流电压小于50mV时, 指示灯亮; D. 过载指示: 当输出电压超过5V(DC或AC峰值)时, 指示灯亮, 测量结果无效; E. 满度值状态指示； F. 低通滤波器截止频率状态指示； G. 输入插座：放大器信号输入端, 其中1脚为正输入, 2脚为负输入,3脚为负桥压输出, 4脚为负桥压取样, 5脚为正桥压取样, 6脚为正桥压输出，金属屏蔽层为保护屏蔽，7脚为放大器

22、公共端。 H.扩展通讯接口；I.外触发输入端,在外触发采样时,短路此输入端,则触发采样；J.与计算机通讯用通讯接口; K.主机公共端接地选择开关；L220V、50Hz市电电源输入插座及保险丝（1A）；M.散热风扇;N.模拟输出插座;O数采输入方式选择开关：每个拨动开关可控制两通道数采的输入方式，置内时，数采由机内应变放大器直接引入，置外时，数采输入由数采输入端P引入。6.2 应变应力的测量:6.2.1 桥盒的连接如表三所示:6.2.2 操作:6.2.2.1 用附件中通讯电缆将计算机并行口(打印机口)和DH5937主机可靠连接;6.2.2.2 根据测量要求,合理连接桥盒(参照6.2.1);6.2

23、.2.3打开计算机电源, 然后打开DH5937主机电源,计算机运行DH5937控制软件;6.2.2.4 参照软件帮助文件,合理设置桥路参数及满度值的截止频率,平衡清零;6.2.2.5 设置采样速率,根据信号频率,合理选择采样速率,一般来讲,采样速率越高,测量精度越高,但所占用的存贮空间越大,因此,采样时间较长时,更应合理选择采样速率;6.2.2.6 参照软件帮助文件完成采样、暂停、停止采样及信号处理等功能；6.3 和桥式传感器的配合使用: 图4 前面板 图5 后面板- 21 -表三序号 用 途 现 场 实 例 与 采 集 箱 的 连 接 输入参数 方 式 一1/4桥适用于测量简单拉伸压缩或弯曲

24、应变灵敏度系数导线电阻应变计电阻 方 式 二半桥（1片工作片, 1片补偿片）适用于测量简单拉伸压缩或弯曲应变,环境较恶劣灵敏度系数导线电阻应变计电阻续表三序号 用 途 现 场 实 例 与 采 集 箱 的 连 接 输入参数方 式 三 半桥（2片工作片）适用于测量简单拉伸压缩或弯曲应变,环境温度变化较大灵敏度系数导线电阻应变计电阻泊松比 方 式 四半桥(2片工作片)适用于只测弯曲应变,消除了拉伸和压缩应变灵敏度系数导线电阻应变计电阻续表三序号 用 途 现 场 实 例 与 采 集 箱 的 连 接 输入参数 方 式 五全桥(4片工作片)适用于只测拉伸压缩的应变灵敏度系数导线电阻应变计电阻泊松比 方 式

25、 六全桥(4片工作片)适用于只测弯曲应变灵敏度系数导线电阻应变计电阻6.3.1 与传感器的连接, 如图6所示, 其中图6(a)经桥盒和放大器相连, 图6(b)直接输入放大器。直接输入放大器使系统的输入端构成了完整的输入屏蔽层, 因此, 抗干扰能力强；6.3.2 操作:6.3.2.1 同6.2.2.1;6.3.2.2 按6.3.1 的要求,连接传感器;6.3.2.3 同6.2.2.3;6.3.2.4 参照软件帮助文件,将所接传感器的测量通道在参数设置时置于传感器测量状态,输入传感器的灵敏度,并选择合适的满度值和截止频率,平衡清零; 6.3.2.5 同6.2.2.5;6.3.2.6 同6.2.2.

26、6;6.4 电压信号的测量;6.4.1 电压信号公共端接地;6.4.1.1 按图7连接系统：图6 (a)图6 (b)图76.4.1.2 低漂移差动放大器对信号源地和分析仪器地之间存在的±10V(直流或交流峰值)以内的共模电压存在很高的共模抑制能力；6.4.1.3 系统满度值与输入电压的对应关系如表四:表四满度值100030001000030000输入电压1mv3mv10mv30mv6.4.1.4 同6.2.2;6.4.2 电压信号公共端不接地;6.4.2.1 按图8连接系统:6.4.2.2 同6.4.1.3;6.4.2.3 同6.2.2;6.4.3 当电压信号较大时,信号直接输入数采

27、;6.4.3.1 将数采输入方式置外,信号由数采输入端口输入;6.4.3.2 本系统单独作数采使用时,其动态范围为±5V,分辨率约为2mV;图86.4.3.3 同6.2.2.5;6.4.3.4 同6.2.2.6;6.5 在系统中接入抗混滤波器等设备: 模拟输出DH5937测量应变测量系统 抗混滤波器6.5.1 将数采输入选择开关置外,按图9连接线路:数采输入图96.5.2 系统在信号处理时必须考虑插入设备的传递函数对测量结果的影响;7、注意事项: 7.1 信号源连接的注意事项:7.1.1 交换Vi+和Vi-的连接, 可以改变输出信号的极性；7.1.2 所有连线必须牢固可靠；7.1.3

28、 连接导线电阻应尽量低, 每组应变计的连线长度也应相等； 7.1.4 当放大器进行小信号测量时, 一定要将信号源、放大器、屏蔽线构成完整的屏蔽体, 并保证其良好的单点接地；7.1.5 共模电压应不超过±10V(DC或AC峰值)。否则, 放大器的CMR将下降, 影响测量精度；7.1.6 当过载指示灯亮时,放大器输出大于±5V,测量结果无效,应重新调整满度值;7.1.7 放大器单端输入阻抗为10M。因此, 如果信号源内阻较大, 或带有较长的输入电缆; 那么, 测试结果将由此产生一定的误差。7.1.8 数采输入为单端输入,当输入大于±5V(DC或AC峰值)时,输入端全保

29、护;7.2 关于输出的注意事项:7.2.1 当模拟输出连接较大的容性负载(长导线)时, 若信号频率较高, 外加到输入端的正弦波, 在输出端将变成三角波。此外, 这种状态还会引起放大器本机自激。因此, 放大器的容性负载不应超过10nF, 以保证放大器稳定工作；7.2.2 数采输入选择开关置任何状态,模拟输出可以再配接其它记录,显示仪器, 但其最大输出电流应小于5mA;7.3 其它注意事项: 7.3.1 系统的标定:系统已经按1/4桥、2V（DC）桥压、应变计电阻为120，灵敏度系数为2 设置了满度值，当状态发生变化时，系统的输出应变量由计算机软件修正，因此，只要参数设置正确，计算机直接显示被测应

30、变量；7.3.2 模拟应变源对系统的标定:7.3.2.1 标准应变源的技术指标:a. 输出应变量:0、100、300、1000、3000、10000（）六档分档切换；b. 精度：0.1%;c. 最大工作电压:5V(DC)；7.3.2.2 将系统输入的电桥盒换为模拟标准应变源,按6.2.2所示,计算机显示系统输入各种应变量时的测量值(参数设置按:桥路方式为方式一,灵敏度系数为2,导线电阻为0,应变计电阻为120);7.3.3 因受A/D分辨限制,系统平衡后有一很小的直流电位,固实际使用时输入信号幅度应为满度的95%以内,计量时也必须按此条件计量。7.3.4动态应变测量系统应贮存及使用于符合GB6

31、587.1-86组要求的环境中；7.3.5 根据被测信号的频率,选择恰当的滤波器截止频率,原则是在不影响测量精度的条件下,选用最窄的频率范围,以减少噪声及干扰的影响。但应注意,在截止频率点,信号已衰减-3dB,而且存在很大相移；7.3.6 接通电源,放大器即可正常工作。若需精确测试,必须预热1小时；7.3.7 系统接好后,首先预采样,信号应无明显干扰,否则应重新调整连接线或接地点；7.3.8 应避免将放大器在强电场的情况下使用；7.3.9 输入、输出电缆线应尽量避免靠近电力线、变压器及其它干扰源；7.3.10 切勿在过高温度和湿度的条件下使用和存放仪器, 切勿将仪器直接在阳光下曝晒；7.3.11 放大器必须放置在合适的位置上使用, 切勿将其倾斜或倒置使用；7.3.12 电缆线的连接、拆除必须在仪器及计算机关机的状态下进行；7.3.13 接地开关的使用:主机公共端接地开关K 一般来说, 系统的公共端是浮置的,必须通过计算机的公共