35应变数字采集技术

1、第3章 测量电路原理及设备 3.5 应 变 数 字 采 集 技 术1 数据采集系统的出现已有20多年，随着微型计算机技术的飞速发展，计算机数据采集系统的功能及性能有了很大的提高，已大规模取代模拟记录仪器，成为发展的主流和趋势（见图3-25）。其工作原理是经过放大的应变信号，连接到数据采集系统后，由计算机采样并转换为数字信号，以数字方式存贮在计算机硬盘上。用户可很容易编写数据处理程序对数据做各种各样的处理，而不必再动用其他硬件设施。数字信号也可很方便地保存在光盘上， 3.5 应变数字采集技术2或通过网络给其他研究人员共享信息。总之这是一种较为理想的方法，目前除少数高频信号外，都可通过这一方法直接

2、以数字方式给人提供计算或数据处理依据。而应变信号本身不存在高频信号。通常应变信号本身不可能超过1000Hz，以每周期采样30点数据说，最高采样频率30kHz已足够。所以目前的数据采集系统的速度己绝对可以满足应变信号的要求，而且大多数可提供多达1632通道的模拟输入通道。 3.5 应变数字采集技术33.5 应变数字采集技术 应变数字采集主要应区分静态信号还是动态信号，两者在技术上有很大差别。 目前已有很多静态数字电阻应变仪带数字通信功能。应变仪通常设计成10通道到16通道不等。数据采集过程可直接由计算机控制。这类应变仪通常使用串行口RS-232C与微型计算机通信。也有使用RS-485通信的。所以

3、这类应变仪与微型计算机相连通常非常简单。 3.5 应变数字采集技术4由于是静态电阻应变仪，采集的数据量通常不多，计算机可以方便地以任意格式存放采集得到的数据。图3-26为这类应变仪的功能框图。图3-26 带通信功能的数字式静态电阻应变仪功能框图 3.5 应变数字采集技术5 对于未配备数字通信功能的静态电阻应变仪，通常不易通过计算机采集数据，原因有两点：大多数静态电阻应变仪不提供模拟输出信号，有些采用先进的AD转换模块的应变仪甚至无放大后的模拟信号（放大器已做在AD转换器内部）；对静态应变仪的通道切换通常是手动的，即使将模拟信号连接到计算机，区分工作通道也不是件方便的事。所以如果希望通过计算机记

4、录静态电阻应变仪信号，必须选择带有通信接口的静态电阻应变仪，并应充分了解其软件功能是否能满足使用要求。 3.5 应变数字采集技术6 静态数字式电阻应变仪测量范围大（20的微应变）、精度高、稳定性好、使用方便、外形美观大方（见图3-27）。该应变仪可进行全桥、半桥、半桥单片测量，可使用公共补偿技术；可进行灵敏系数设定，以直接显示微应变值；无须预调平衡箱，可连接12-16通道的应变输入；直流供桥、一键调零，使用极为方便；系统使用目前最先进的采用技术的高精度AD转换器，在许多方面处于领先水平。 3.5 应变数字采集技术7 大多数动态应变仪的输出需借助于数据采集系统才能记录应变信号。有专用的数据采集系

5、统，也可使用数据采集卡采集数据。使用数据采集卡的成本通常较低，但必须配有合适的数据采集软件。 带数据采集功能的动态电阻应变仪，目前国内也在研制。由于受通信速度影响，这类应变仪通常不能进行高速的数据采集。不过对大多数应变信号采集说，能做到每秒每通道1000点的数据采集速率， 3.5 应变数字采集技术8已经可以解决大多数应变测试问题。对于使用RS-232C串口通信的仪器来说，最高通信速率大致可达每秒4000点，更高的通信速率可以通过USB或并行接口实现。 当需要测量多路应变信号时，体积小、通道多、精度高、性能好的应变信号放大器是理想的配套产品。 放大器使用固定增益（可设定为100倍、200倍或500倍），放大后的信号 3.5 应变数字采集技术9可直接输入数据采集板。数据采集板通常应具有程控增益放大电路，这对于小信号测试是必要的。应变基准可以通过标定取得（标定方法：在电桥桥臂上并联一个已知阻值的电阻），也可根据供桥电压及放大器的增益计算得到。以半桥单片测试为例，已知供桥电压为V，放大器增益为G，应变计灵敏系数为K，测的电压读数为Vx，则实测应变应为： 3.5 应变