El módulo de acondicionamiento de señales de la máquina de prueba universal es del sistema de medición. El papel central del "centro de preprocesamiento de señales" es procesar las señales eléctricas débiles y ruidosas originales emitidas por los sensores como señales estándar estables, precisas y que cumplan con los requisitos de adquisición de datos, sentando las bases para la conversión analógico - digital posterior (conversión A / d) y el procesamiento de datos. Sus funciones están diseñadas en torno a los cuatro objetivos centrales de "amplificación de señal, supresión de ruido, compensación de errores y adaptación de señal". lo siguiente es el análisis funcional específico (combinado con escenarios prácticos y detalles técnicos del equipo):

I. funciones básicas1: amplificación de señal débil (función central más básica)

Principios funcionales:

La señal de salida de los sensores centrales, como los sensores de fuerza y los extensores, es una señal analógica débil (generalmente Nivel de muv, como la carga de 1000n corresponde a la señal de 100 muv), mientras que la precisión de identificación del convertidor A / D de la señal débil es extremadamente baja, lo que puede causar fácilmente distorsión de los datos debido a la interferencia. El módulo de acondicionamiento de señales amplifica la señal débil al nivel MV (generalmente se amplifica entre 1000 y 10000 veces) a través de un amplificador programable (pga), mejorando la relación señal - ruido y la reconocibilidad de la señal.

Detalles técnicos clave:

Ampliación ajustable: soporte por tipo de sensor (como sensor de fuerza, extensor) y escenario de prueba (carga pequeña)/ gran carga) ajustar manualmente o automáticamente el aumento (por ejemplo, 1000 veces, 5000 veces, 10000 veces) para garantizar que las señales de diferentes amplitudes se puedan ampliar con precisión;

Precisión de alta ganancia: error de amplificaciónMenos o igual± 0,1%, evitando errores de medición debido a desviaciones de amplificación (por ejemplo, si el error de amplificación de 1000 veces es de ± 0,5%, causará directamente errores de medición de fuerza.Accesible ± 0,5%;

Corriente de sesgo de baja entrada:≤1nA， Reducir el impacto de la carga en la señal de salida del sensor (evitar que la señal del sensor se "baje" o se distorsione).

Escenarios de aplicación:

Pruebas de carga pequeña (por ejemploPrueba de fuerza de tracción de resorte en miniatura por debajo de 10n: la señal de salida del sensor es de solo unos pocos muv, y se necesita amplificar entre 10000 y decenas de MV para ser identificada con precisión por el convertidor A / d;

Medición de la tensión (como la prueba de tensión de rendimiento metálico): la señal de salida del extensor suele≤10μV， Se necesita una amplificación de alto múltiplo para capturar los cambios de microtensión.

II. funciones básicas2: supresión y filtrado de ruido (mejora de la pureza de la señal)

Principios funcionales:

Hay una gran cantidad de interferencia electromagnética (como ruido de alta frecuencia generado por servomotores, fuentes de alimentación, inversores de frecuencia) y ruido de vibración mecánica en el entorno de prueba, que se superponen a la señal original del sensor, lo que conduce a la señal. "Distorsión" (como fluctuaciones en zigzag en la curva de fuerza). El módulo de acondicionamiento de señales filtra el ruido inútil y conserva la señal efectiva a través del Circuito de filtro y el diseño de blindaje electromagnético.

Detalles técnicos clave:

Modo de filtro de varios tipos:

Filtro de paso bajo (corriente principal): filtrar ruido de alta frecuencia por encima de la frecuencia establecida (como la frecuencia de corte)1kHz、5kHz）， Adaptarse a diferentes velocidades de prueba (frecuencia de corte baja para pruebas de baja velocidad y frecuencia de corte alta para pruebas de alta velocidad);

Filtro de frecuencia de potencia..50hz / 60hz: se especializa en filtrar la interferencia de frecuencia de potencia producida por el voltaje de la red eléctrica (como el ruido de 50hz de la red eléctrica de 220V del laboratorio), que es un método común de filtrado de la fuente de interferencia;

Filtro notch: filtro preciso para interferencias de frecuencia específica (como el ruido de 100hz causado por el funcionamiento del motor) para evitar afectar la señal;

Alta relación de inhibición de modo común..CMRR）：≥ 120dB@50Hz , inhibir la interferencia de modo común (como la interferencia tierra - tierra en ambos extremos del cable del sensor) y garantizar la precisión de la amplificación diferencial de la señal;

Diseño de blindaje: la carcasa del módulo adopta una cubierta de blindaje metálico, el cable adopta un cable de blindaje de doble trenzado y la resistencia a la tierra.≤ 4 omega, reduciendo aún más la interferencia electromagnética.

Escenarios de aplicación:

Prueba de prensa hidráulica de gran carga: ruido de alta frecuencia causado por el funcionamiento de la bomba hidráulica..≥1kHz）， Es necesario filtrar a través de un filtro de paso bajo (frecuencia de corte de 1 khz) para evitar fluctuaciones en los datos de fuerza;

Prueba de deformación de precisión: el ruido electromagnético ambiental (como computadoras, inversores) causará la deriva de la señal de deformación, que debe pasar por el filtro de frecuencia de potenciaDiseño de blindaje para controlar el error de medición de tensión dentro de ± 1 μm / m.

III. funciones básicas3: compensación de error de señal (corrección de la desviación del sistema)

Principios funcionales:

El propio sensor tiene errores inherentes como la deriva de la temperatura y el desplazamiento cero, y el módulo de acondicionamiento de la señal corrige estos errores del sistema a través de circuitos de compensación de hardware y algoritmos de calibración de software para garantizar la precisión de la señal.

Detalles técnicos clave:

Compensación de temperatura:

Compensación de hardware: sensor de temperatura incorporado y resistencia de compensación, cuando la temperatura ambiente cambia (por ejemplo23 ° C ± 5 ° c), ajuste automáticamente la ganancia o el voltaje de sesgo del circuito amplificador para compensar la deriva de la temperatura del sensor (por ejemplo, por cada cambio de temperatura del sensor de fuerza de 10 ° c, la deriva ≤ 0005% fs);

Compensación de software: a través del almacenamiento del coeficiente de calibración, la relación correspondiente entre la temperatura y el error se escribe en el programa para corregir los valores de medición en tiempo real;

Compensación y calibración cero:

Admite la calibración manual o automática del punto cero (por ejemplo, la limpieza sin carga antes de la prueba), corrige el desplazamiento del punto cero del sensor (por ejemplo, después de un uso prolongado, la salida del sensor sin carga)Señal de 0,1 μv, retorno a cero a través de compensación cero);

Apoyar la calibración de señales estándar externas (como introducir señales de voltaje estándar conocidas, calibrar la precisión de ganancia del circuito amplificador);

Compensación de linealización: corrección de errores no lineales de sensores y circuitos amplificados (como la relación no lineal entre la salida del sensor y la cantidad física real), mediante un algoritmo de calibración por segmentos, el error de linealización se controla en Dentro de ± 0,02% fs.

Escenarios de aplicación:

Prueba ambiental de alta temperatura (por ejemplo, con prueba de caja ambiental de alta y baja temperatura): rango de cambio de temperatura- entre 70 ° C y 300 ° c, es necesario compensar la temperatura para garantizar que la señal de fuerza / desplazamiento no se vea afectada por la temperatura;

Pruebas continuas a largo plazo (como líneas de producción)Inspección de calidad de 24 horas: el punto cero del sensor se desviará lentamente con el tiempo, y la desviación debe corregirse a través de la calibración automática del punto cero (cero cada 100 pruebas).

IV. funciones básicas4: adaptación y conversión de señales (coincidiendo con el enlace de adquisición posterior)

Principios funcionales:

El tipo de señal (como la señal diferencial, la señal de un solo extremo) y la amplitud de la salida del sensor pueden coincidir conLos requisitos de entrada del convertidor A / D no coinciden, y el módulo de acondicionamiento de señal adapta la señal a la señal estándar que el convertidor A / D puede recibir a través del Circuito de conversión de señal.

Detalles técnicos clave:

Conversión del tipo de señal:

Convertir la señal diferencial del sensor (como la salida diferencial del puente del medidor de tensión) en una señal de un solo extremo (como la señal de referencia al suelo), adaptada a la mayoríaRequisitos de entrada para el convertidor A / d;

Señal de corriente de apoyo..Conversión de 4 a 20ma) a señal de voltaje (0 a 10v) (algunos sensores externos son de salida de corriente);

Pinzas de amplitud de señal: limitar la amplitud de la señal amplificada aEl rango de entrada del convertidor A / D (como ± 10v), evitando que la sobrecarga de señal cause daños al convertidor A / D o desbordamiento de datos;

Fuente de alimentación de excitación: proporciona una fuente de alimentación de excitación de puente estable (generalmente) para sensores de ancho de tensión (sensores de fuerza, extensores)5v o 10v), estabilidad del voltaje de excitación ≤ 0,01% / h, onda ≤ 1mv, para garantizar un funcionamiento estable del sensor.

Escenarios de aplicación:

Extensor externo de alta precisión (tipo de salida de corriente)4 a 20ma: es necesario convertir la señal de corriente en una señal de voltaje de 0 a 10v a través del módulo de acondicionamiento de señal, y luego introducir el convertidor A / d;

Señales amplificadas por un alto múltiplo (por ejemplo20v): limitar a ± 10v a través de la función de pinzas de amplitud y evitar exceder el rango de entrada del convertidor A / D (generalmente ± 10v).

V. funciones básicas5: control de adquisición simultánea multicanal (adaptado a la medición de múltiples parámetros)

Principios funcionales:

La máquina de prueba universal debe recoger simultáneamente las señales de varios canales, como el valor de fuerza, el desplazamiento y la tensión (como el canal de valor de fuerza, el canal de desplazamiento y el canal de tensión), y el módulo de acondicionamiento de señales garantiza que el ritmo de adquisición de señales de todos los canales sea consistente a través del circuito de control simultáneo para lograr la alineación de la marca de tiempo de los datos.

Detalles técnicos clave:

Procesamiento paralelo multicanal: soporte≥ 3 canales (fuerza, desplazamiento, tensión) se recogen simultáneamente, y el grado de aislamiento entre canales es ≥ 100 dB para evitar la conversación cruzada de señales entre canales;

Mecanismo de activación simultánea: asegúrese de que todos los canales inicien la adquisición al mismo tiempo a través de la activación de hardware (como la señal de inicio de la prueba) o la activación de software, y la consistencia de la tasa de muestreo≤ ± 1% (por ejemplo, cuando se toma un muestreo de 1000hz, la desviación de la tasa de muestreo de cada canal es ≤ 10hz);

Caché y transmisión de datos: módulo de caché incorporado (capacidad)≥1MB）， Almacenar temporalmente los datos recogidos simultáneamente por múltiples canales para evitar la pérdida de datos debido a la velocidad de transmisión insuficiente, y soportar la transmisión a alta velocidad al Controlador a través de interfaces USB y ethernet.

Escenarios de aplicación:

Tensión- dibujo de la curva de tensión: es necesario recoger simultáneamente los valores de fuerza (calcular el estrés) y los datos de tensión, si el canal no está sincronizado, causará el desplazamiento del punto de inflexión de la curva (como el error de juicio del punto de rendimiento del metal);

Prueba de fatiga dinámica: es necesario recoger simultáneamente los valores de fuerza y las señales de desplazamiento durante la carga cíclica para garantizar que el análisis de datos de cada ciclo sea preciso.

6. indicadores de rendimiento y referencia de selección del módulo de acondicionamiento de señales

Resumen

El módulo de acondicionamiento de señales de la máquina de prueba universal está conectado con el sensor y el sistema de adquisición de datos. El "puente", cuyo valor central radica en "purificar la señal, corregir el error, adaptarse a la adquisición", determina directamente la precisión y estabilidad del sistema de medición. Las funciones clave se pueden resumir de la siguiente manera:

Ampliar la señal débil y mejorar la reconocibilidad;

Filtrar la interferencia acústica para garantizar la pureza de la señal;

Compensar los errores del sistema, como la temperatura y el punto cero;

Tipo de señal de conversión/ amplitud, coincidiendo con el convertidor A / d;

Adquisición simultánea y multicanal para garantizar la Asociación precisa de datos.

La selección debe basarse en el nivel de precisión del equipo (por ejemploLos equipos de nivel 0.1 deben seleccionar módulos de acondicionamiento de alta cmrr y baja deriva, parámetros de prueba (como la prueba de tensión requiere alta amplificación, bajo ruido) y condiciones ambientales (como la escena de alta temperatura requiere una fuerte compensación de temperatura), al tiempo que requieren que el fabricante proporcione el informe de calibración del módulo para garantizar que el índice de Rendimiento cumpla con los estándares. Al usarlo, es necesario revisar regularmente la configuración de los parámetros de blindaje, puesta a tierra y filtrado del módulo para evitar la distorsión de los datos de prueba debido a fallas del módulo.