2022年通道纤维铺放张力控制系统设计方案docdocdeflate.docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 摘 要纤维与树脂复合材料的强度与重量比明显优于金属,其产品同时具有机构性能可 设计及耐腐蚀等优点,因此在航天、国防和民用工业中正发挥越来越重要的作用；张 力掌握是纤维和树脂复合材料生产工艺中极其重要的技术环节,生产过程中能否获得 稳固可控的张力是纤维材料制品是否高强牢靠的关键所在；我国现有的纤维铺放机中 所是使用的张力掌握仪的掌握精度和张力可调剂性能都比较低,为此,本文进行了 8 通道纤维铺放张力掌握系统的方案设计；通过分析张力掌握的特点和要求,本文争论设计了金属应变式张力传感器,包括 金属应变效应介绍、应变信号调理转换电路设计,张力传感器的结构特点分析和结构 参数设计；同时仍争论了张力掌握执行机构直流力矩电机和工作特性和掌握器的 设计等方面的内容；文中同时涵盖数据采集和处理,增量式数字 PID 掌握方法的内容 并给出张力掌握系统方案设计的系统框图以及张力掌握部分的相关电路图设计；关键词： 张力掌握仪,张力传感器,直流力矩电机,PID 掌握1 / 40 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 40 页精选学习资料 - - - - - - - - - ABSTRACT Dueto the better strength-weight ratio compared with that of metal, and because it has advantages like erosion endurance, the tow and resin-compound materials are becoming more important in spaceflight, tension control is the crucial technique in the manufacturing process of the tow and resin-compound materials. KEY WORDS ：tension-control equipment, tension sensor, the DC torque motor, the PID control mode 2 / 40 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 40 页精选学习资料 - - - - - - - - - 目 录第 1 章概述 51.1 引言 5 1.2 纤维铺放设备中张力掌握国内外争论现状51.3 本文争论意义及内容6第 2 章张力掌握系统总体设计82.1 系统设计要求 82.2 系统设计方案 92.2.1系统框图 92.2.2硬件电路设计 9第 3 章张力检测机构设计 163.1电阻应变片工作原理及横向效应 163.1.1 金属的电阻应变效应及应变片结构 163.1.2 横向效应简介 183.2 电阻应变片的动态响应特性 193.3 电阻应变片的温度误差及补偿 203.4 张力传感器调整电路 233.4.1电桥原理 233.4.2 张力传感器结构设计 24第 4 章执行结构直流力矩电机 284.1 直流力矩电机工作原理 284.2 直流力矩电机特点 294.3 直流力矩电机特性 304.3.1 直流力矩电机输入输出特性 304.3.2 带掌握器的直流力矩电机特性 314.4 张力掌握算法 324.4.1比例调剂器 <P）334.4.2比例积分调剂器 <PI）344.4.3 比例微分调剂器 <PD）344.4.4增量式 PID 掌握算法 35第 5 章总结 37参考文献 383 / 40 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 40 页精选学习资料 - - - - - - - - - 致谢 394 / 40 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 40 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第 1 章 概述1.1 引言在工业生产的诸多行业中,常常会遇到卷绕掌握问题,如在纸张、纺织品、塑料 薄膜、电线、印刷品、等的生产过程中,带料或线材的收放卷的张力对产品的质量至 关重要,张力过大会造成加工材料的拉伸变形,张力过小会使卷取材料的层与层之间 的应力变形,造成收卷不整齐,影响加工质量；为此要求进行恒定张力掌握,即在卷 绕的过程中使产品承担正确压力,且自始至终保持不变；特殊是在纤维复合材料的应用中,由于纤维的强度与重量比明显优于金属,产品又具有结构性能可设计及耐腐蚀 等优点,所以在航天、国防和民用工业中正发挥着越来越重要的作用；因此,提高纤 维以及一些树脂复合材料的质量就尤为重要 1；在复合材料的成型工艺中,纤维缠绕成型工艺是指采纳连续纤维在浸渍树脂粘合 剂后,在张力的作用下依据肯定的线型有规律的排布在芯模上,然后通过加热是粘合剂固化而制成肯定外形的工艺方法；纤维铺放技术全称是自动丝束铺放成型技术,也 称自动铺丝技术 Automatic Fiber Placement,AFP>；该技术是 20 世纪 70 岁月作为纤维 缠绕和自动铺带技术的改革而进展起来的全自动复合材料加工技术,也是近年来进展 最快效率最高的复合材料自动化成型制造技术之一；纤维铺放技术既可以铺凸面也可 以铺凹面,仍可以铺放复杂的双曲率构件,并具有在铺层时切割丝束的功能,可以满 足对铺层惊醒剪裁以适应局部加厚,铺层递降和开口铺层的需要,因此相比纤维缠绕 技术和自动铺带技术具有更广泛的应用价值；在复合材料的成型工艺中,合理的掌握 张力可以提高纤维的工作应力,充分发挥纤维材料的高强特效 2；复合材料制品的最终 性能与其生产过程中的工艺参数亲密相关；在铺放发动机壳体、压力容器时,铺放张力的大小,各束纤维间的张力的匀称性及各铺放层间纤维张力的量级变化对制品强度 影响极大；争论证明,张力挑选不当或张力不稳固,可使纤维缠绕制品的强度缺失 2030%；可见,性能优良的纤维铺放机必需配上精确掌握张力的张力掌握器,才能对 系统的高效牢靠供应保证 3,4；为了满意高品质纤维制品的生产要求,本课题就纤维铺放过程中恒定张力的掌握方法进行了争论；在分析了系统的要求及动态响应等各方面的要求后,对张力掌握系 统现象具有自动报警功能的可控张力掌握仪；1.2 纤维铺放设备中张力掌握国内外争论现状5 / 40 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 40 页精选学习资料 - - - - - - - - - 资料显示,国内早期纤维线绳张力掌握采纳的是单纯的加重锤法,这种方法不能 依据张力的实际情形调剂放线速度,可调剂精度差；从 20 世纪 80 岁月开头,显现了具有有限反馈调剂功能的机械式线绳张力掌握装 置,这也是目前国内主要使用的精度较低的机械式张力器,此装置在线绳辊后部增加 了一个摩擦片,可以肯定程度上调整线绳张力,但反映不灵敏,调剂范畴有限,掌握 精度也不太高,不易保证铺放过程中的张力精确掌握要求；其实掌握纱线张力的实质 是掌握纱线轴的转动阻力矩,一个抱负的张力掌握系统应能给出稳固、可调的铺放张 力；20 世纪 80 岁月后期开头,一些进口成型机中常见的张力掌握系统的线绳导开装置 PWM 常采纳的恒定张力自动掌握系统,其线绳辊采纳直流电机驱动,掌握系统采纳 调速,这样的装置有电流反馈、张力反馈等多环反馈环节,并且由此之后显现了以磁粉离合器、磁粉制动器为执行机构的张力掌握系统；目前国内已研制的一些张力掌握系统主要是采纳工业掌握机为掌握核心,磁粉离 合器为执行元件,半径跟随臂实时反馈纱团半径变化；可是,磁粉离合器的磁通增长 速度取决于激磁线圈的电感量,磁通建立后,磁粉由离散状态到形成横过间隙的磁粉 链时有延时过程；同时,纤维由于自身的舒展性也会推迟张力的建立,这使磁粉离合器带有滞后的特性,因此,这种系统必需解决滞后问题,提高其响应速度,否就将影 响整个掌握系统的稳固性和精度 1；调查说明,力矩电动机在低转速、大转矩拖动系统中有广泛的应用,所以,假如 把力矩电动机用在张力掌握系统中,作为自动掌握装置来改进张力掌握系统的时间滞 后性,可以有效地提高系统的掌握精度 6,7,8；当前国外在整个工程上正在向集成模块进展,其充分利用运算机技术,把测量、掌握、显示等进行一体化设计,特殊是在织机的张力掌握系统中,国外的一些张力控 制系统都具有极高的性能和智能化,如意大利的舒美特织机有限公司的“ 天马” 超优 秀织机、瑞士的苏尔寿系列织机、日本津田驹系列织机等等；这些织机都实现了电子卷取和电子送经掌握,具有较高的智能化掌握水平,在国际市场上占据重要的位置；所以,智能化的张力掌握器也正是我们该产业努力进展的方向；1.3 本文争论意义及内容为了适应现代智能化掌握的进展方,使掌握系统向一体化方向进展,同时,便利 进行复合材料制品的质量跟踪,提高纤维产品质量,张力掌握系统的争论有很重要的 现实意义；依据所选的检测元件和转矩调剂元件不同,可以有各种不同的张力掌握方案,例如,可以依据带料或线材收卷直径的变化来掌握张力,也可以依据带料或线材6 / 40 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 40 页精选学习资料 - - - - - - - - - 的长度变化来掌握张力,当然也可以用测力传感器直接测量张力来实现掌握；一般按 照不同的工艺要求,有间接张力掌握和直接张力掌握两种方法；间接掌握是通过掌握维护张力恒定的传动系统的电参数 往往是速度调剂器的输出限幅>实现张力掌握,一般采纳最大力矩掌握或恒功率掌握等方式,适用要求不高的场合,可实现一般的简洁 张力掌握要求；直接张力掌握系统采纳张力传感器并构成张力闭环调剂,视传感器结 构不用,可分为位置式掌握和反馈式掌握,一般用在高精度,高速度的张力掌握场 合；这几种方法各有优缺点,如何选取技术方案要综合考虑技术与工艺要求、牢靠性 和经济性等因素；由于纤维铺放时纱线总是处于运动掌握中,并且要求张力恒定,因此要求张力控 制系统在动态,特殊是加、减速过程中能有效掌握张力,也就是要求系统能够精确补 偿由于加、减速及摩擦所带来的动态力矩,所以本文采纳直接掌握中的反馈式张力控制 ；所谓反馈式张力掌握是指采纳微处理器为掌握核心,实现复杂的掌握算法,硬件 采纳张力传感器实时监测张力,构成张力的反馈以实现闭环掌握；因此,文中张力控 制系统将直接采纳张力传感器实时监测张力,以直流力矩电机执行机构,利用直流力矩电机工作时供应的阻力矩恒定缠绕纤维上的张力,通过AT89C52 微处理器掌握直流力矩电机转矩,以达到掌握张力的目的；以下对张力掌握装置的主要结构进行介绍,让读者对本文的主要争论内容有个基本明白；1 纤维铺放张力掌握仪：张力掌握仪正面是掌握界面,掌握仪正面左上方有 实6 个 5 寸红色数码管组成的现区域,可以实时现实张力值及设置的各个参数之；在面板的右面是功能按键和数字按 键区域,可以依据要求完成一系列设置、检测、掌握的功能；在掌握仪的后面有八个 航空插头,用于接入八路掌握信号；该张力掌握仪将在本文第 2 章作具体的介绍；2 张力传感器：传感器底部贴有金属应变片,应变信号由信号线通过张力掌握仪后的航空插头送 8 路张 入张力掌握仪进行数据处理；全套系统共有 8 个这样的传感器结构,用来检测 力；本文的第 3 章将重点介绍应变效应,应变传感器的工作原理、基本结构,电阻应 变片温度误差和补偿,应变信号调理电路及张力传感器参数设计等方面的内容；3 直流力矩电机：在每个传感器的正下方都对应有一个直流力矩电机；直流力矩电机是该掌握系统 执行机构,它工作时供应的阻力距用于维护纤维线绳上的张力；在整个系统执行过程 中,对直流力矩电机的掌握将直接影响到整个系统的掌握精度和牢靠性问题,它是整 个系统的运行核心和掌握关键,因此对它的透彻争论和精确分析将是重点；本文的第 47 / 40 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 40 页精选学习资料 - - - - - - - - - 章将就此问题绽开详尽的争论,从直流力矩电机的工作原理着手,结合试验争论直流 力矩电机的特性和输入输出掌握关系,目的在于找出张力和掌握电压之间的数量关系,是张力掌握仪可以通过运算得到稳固张力需求的输出掌握电压；在介绍完整个张力掌握系统的相关检测和执行部分之后,在此基础上,本文将按 照这个次序依次绽开具体争论；第 2 章 张力掌握系统总体设计2.1 系统设计要求该系统将用于复合材料预浸纱铺丝设备在铺丝时的张力掌握,以达到充分发挥纤 维材料的高强度特性的目的；系统要求依据上位机输入的张力掌握阀值,对 8 根丝的 张力同时进行掌握,将铺丝过程中的张力掌握结果实时记录、显示并且储存,对断丝 进行实时报警,以便质量跟踪；要求该掌握系统能够达到以下这些性能指标：1量程 03kg；>,当张力小2掌握精度要求在纱速为0.050.3m/s；3辨论率 0.03kg；4实时显示8 根丝的张力值 或通过通道切换,显示其中任意一路于或超过限定值时,进行断纱的声光报警,并显示断纱的通道号；5 具有串口通讯的功能；6 检测精度 1%；在这样一套张力掌握系统中,结合上述系统的性能指标,如要很好的完成这样一 套 设备,需要解决以下一些关键技术：1 丝的张力检测,主要是解决系统中张力传感器的动态检测精度问题和提高响 应频率的问题,从结构上保证丝的张力检测的结果稳固；2 8 个通道之间的信号干扰问题,主要措施是在前置放大器的输入端采纳屏 蔽；3 柔弱信号的非失真放大问题；4 对制动装置 直流力矩电机 >的掌握问题,包括掌握系统的方案选取以及掌握 参数的整定；5 此噪声放大器的设计问题；8 / 40 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 40 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2.2 系统设计方案2.2.1 系统框图整套张力掌握系统实行的是闭环反馈掌握；系统运行时,第一通过张力传感器实 时监测并显示纤维线绳上的张力,然后再通过掌握系统执行机构直流力矩电机的阻力 矩来稳固纤维线绳上的张力,达到恒定张力,提高纤维复合材料质量的目的；在铺放过程中共,系统随时监测纤维丝上的张力大小,经过CPU 与设定值进行比较运算后,由 D/A 数字量信号转换成模拟信号 >输出模拟掌握电压信号,再由功率放大器放大后制动直流力矩电机,让其恒定运转,供应恒定的阻力距,从而稳固纤维丝上的张力大小以掌握张力；整个系统的基本组成如图2- 1 所示；断丝报警上位机丝卷1张力传感器 1放大器 1多Rs232张力输入路转A/D运算机系统丝卷8张力传感器 8放大器 8换器掌握器力矩电动机 1功放 1D/A力矩电动机 8功放 8D/A图 2-1 系统组成框图2.2.2 硬件电路设计本节将重点介绍这套张力掌握系统的各个相关环节的硬件电路设计,这些电路都被封装在张力掌握仪的内部；下文就是电路中电源、滤波、放大等各个相关环节的电路设计、所采纳的电器设备以及电路连接等方面逐个进行介绍；1> CPU使用 AT89C52 单片机,程序容量 8K,晶振使用 11Hz；这是整个张力掌握系统的运算和掌握中心； AT89C52 是美国 ATMEL公司生产的低电压、高性能 CMOS 8 位单片机,片内含 8k bytes的可反复擦写的 Flash只读程序储备器和 256bytes的随机存取数据储备器 RAM >,功能强大的AT89C52 单片机适用于较多较为复杂的掌握应用场合；空闲方式时停止CPU 的工作,但是答应RAM 、定时 / 计数器、串口通讯口及终端系统继续工作；掉电方式时储存RAM 中的内容,但振荡器停止工作并禁止其他全部部件工作9 / 40 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 40 页精选学习资料 - - - - - - - - - 直到下一个硬件复位；鉴于以上种种性能优点,因此,本文中的张力掌握系统选用AT89C52 作为系统 CPU；2> 外部储备器：使用 EEPROM2864；用于储备设定的8 根丝的张力值、各个通道的PID 掌握参数以及其他一些参数； EEPROM Electrically Erasable Programmable RedOnly Memory, 电可擦除可编程只读储备器>的擦除不需要借助其他设备,它是以电子信号修改内容的,而是以 Byte 为最小修改单位,没有必要将原先的资料全部洗掉才能写入,这样的性能 完全的摆脱了 ROM Read Only Memory,只读储备器 >、EPROM 在编写和擦除时各种束缚,得到很广泛的使用；EPROM2684 是可读写掉电能储存的储备器,可以被爱护单元中储备定值和调试所需的参数；但是在更换主机板时 EEPROM2864 只能对应原先的爱护单元,否就将造成爱护单元的不能正常工作；3> 通讯：采纳 RS232 通讯方式,芯片为 MAX232 ；其中包含两路接受器和驱动器的 IC 芯片,适用于各种 EIA-232 和 V.29/V.24 的通信接口；从 MAX232 芯片中两路发送接收中任选一路作为接口；使用时要特殊留意其发送、接收的引脚的对应关系,如 T2in 引脚接单片机的发送端 TXD ,就 PC 机得 RS232 的接收端 RXD 肯定要对应 T2in 引脚；同时,R2out 接单片机的 RXD 引脚, PC 机得 RS232 发送端 TXD 对应接 R2in 引脚；其接口电路如图 2-2 所示上位机+1+C316 15 14vCC89C52C1+ vCC V+ GND C1-T1out C2+C2-MAX232 R1in R1out V-T1in T2out T2inR2in R2outC52 3 4C1RS232+13 12RXD5 678C2TXD11 109RXD TXDGND+GNDC4图 2-2 采纳 MAX232 的串行通信连接电路图这里有一点说明：由于器件对电源噪声很敏锐,Vcc 必需对地加去藕电容 C5,其值为0.1 F；电容 C1C4 取同样数值的钽电解电容 1.0 F/ 16V, 用以提高抗干扰的才能,电10 / 40 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 40 页精选学习资料 - - - - - - - - - 容连接时要尽量靠近芯片 MAX232 ；4 复位电路：初步选用上电复位两种方式；复位功能是单片机的初始化操纵,其主要作用是把 PC 初始化为 0000H,使单片机从 0000H 单元开头执行程序；除了进入系统正常初始化 之外,当由于程序运行出错或操纵错误使系统处于死锁状态时,为摆脱困境,也需要按复位键重新启动；复位功能的信号是通过89C52 单片机的 RESET 引脚输入的,复位信号是高电平有效,其有效时间连续 24 个振荡周期以上,本张力掌握系统使用的晶振频率是 11MHz,那么复位信号要连续2.2 s 左右才能完成复位操纵；复位操作由上自动复位和按键手动复位两种方式：上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的,只要电源Vcc 的上升时间不超过1ms 就可以实现自动上电复位,即接通电路完成了系统的复位初始化；按键手动复位又可以分为电平方式和脉冲方式两种；前者是通过使复位端经电阻与Vcc 电源接通而实现的；后者就是利用RC微分电路产生的正脉冲来实现的；图 方式；2-3 中,包含了上点自动复位和按键手动复位两种VCCRESET1S11K2或非门51K22uF/16VRESET2374LS281接 89C52信号RESET引脚1uF/16V图 2-3 复位电路图复位电路虽然简洁,但是它的作用相当重要；一个单片机系统能否正常运行,首先要检查的就是能否复位胜利；可通过示波器探头监视RESET 引脚,按下复位键后,观看是否足够幅度的波形输出 验 9 ； 瞬时的 >；仍可通过转变复位电路的电阻电容值进行实5> 报警电路：采纳声光报警,光报警拟利用数码闪耀显示的方式；当系统在运行过程中显现断11 / 40 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 40 页精选学习资料 - - - - - - - - - 丝 即测量张力值小于设定的阀值下限>或者丝线缠绕 即测量张力值大于设定阀值上线>时,马上通过声音提示和显示闪耀的方式通知使用者系统显现故障,让其尽快解决 问题,使系统复原正常运行；6>A/D 模/数>转换：使用内部带有20KHz 采样频率的采样保持芯片AD1674 ,结合模拟多路开关AD7501,实现 8 路张力电压信号的采样；AD1674 是美国 AD 公司推出的一种完整的12 位并行 模/ 数>转换单片集成电路；该芯片内部自带采样保持器 SHA>、10 伏基准电压源、时钟源以及可和微处理器总线直接接口的暂存 / 三态输出缓冲器； AD1674 的内部结构紧凑,集成度高,工作性能 尤其是高低温稳固性 >较好,而且可以使设计板面积大大减小,因而可降低成本并提高系统的牢靠性；在张力掌握系统中,行快速、精确的数据转换并传给AD1674 可以实时的采集各个传感器的模拟参量,进 CPU 进行数据处理,从而有效地掌握整个张力掌握系统的检测精度；正由于 AD1674 具有以上这些特点,在本套张力掌握系统中,选用AD1674 作为 A/D 转换的核心装置,其连线原理如图 2-4 所示；0.1uF 0.1uF +12VIORW GNDQD7 QD6 QD5 QD4 QD3 QD2 QD1 QD0 QD7 QD6 QD5 QD4 WRQ A0Q 519 18 1716 24 3 6 28 27 26 25 24 23 22 21 20 12/8STATUS R/C A0/SC CS CEmsb-11 DB10 DB9 DB8 DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1IsbDB0 AD1674AN-GND BPLRofREF-IN 10Vspn 20Vspn REFout +Vs-Vs 1114131210 789 ANout-12V+12V 0.1uF VccABC 161 342 ENA0A1A2GND 14AD750112-12V V+V-OUT0.1uF S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8TP1 19 18 1712 24 23 22 21 200.1uF S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 32 LM358 +-+12V-12V 84 1LMoutVcc1Vcc图 2-4 AD1674 连线图本文所述系统中要同时进行8 路纤维铺放设备中的张力掌握,当系统中有多个变化较为缓慢的模拟量输入时,常常采纳模拟多路开关,利用它将各路模拟量轮番与12 / 40 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 40 页精选学习资料 - - - - - - - - - A/D 转换器接通,这样使用一片A/D 转换器就可完成多个模拟输入信号的依次转换,从而节约了硬件电路；目前已有多种型号的模拟多路开关集成芯片,它们的功能基本相同,仅在某些参数和性能指标上有所差异；本文使用的是一种具有代表性的模拟多路开关芯片 AD7501,他是一种 8 路输入, 1 路输出的集成芯片；当 EN 高电平有效时, A0、A1、A2 三个输入端状态的组合打算接通 8 路输入模拟信号 S1S8 的某一路Si,即将 Si 于 OUT 端接通输出,真值表见表2-1,AD7501 的连线如图 2-4 所示；这里同时指出,由于模拟多路开关的引入也引入了误差和延时,在挑选模拟多路开关时,要结合具体要求,综合考虑这些性能指标,从而进行挑选表 2-1 AD7501 真值表 A0 A1 A2 A3 接通 Si 0 0 0 1 S1 0 0 1 1 S2 0 1 1 1 S3 0 1 1 1 S4 1 0 0 1 S5 1 0 1 1 S6 1 1 0 1 S7 1 1 1 1 S8 X X X 0 无7>D/A 数/ 模>转换：采纳 8 片 8 位的 DAC0832,分别驱动 8 路掌握器；DAC0832 是采纳 CMOS 工艺制造的 8 位单片 D/A 转换器,主要由两个 8 位寄存器和一个 8 位 D/A 转换器组成,使用两个寄存器 输入寄存器和 DAC 寄存器 >的好处是能简化某些应用中的硬件接口电路设计；DAC0832 采纳二次缓冲方式,这样可以在输出的同时,采集下一个数据,从而提高转换速度；更重要的是能够在多个转换器同时工作时,实现多通道 D/A 的同步转换输出； DAC0832 辨论率位 8 位；只需在满量程下调整其线性度；可与全部的单片机或微处理直接接口,需要时亦不行与微处理器连接而单独使用；电流稳固时间为1 s ；可双缓冲、单缓冲或直通数据输入；功耗低,约为 13 / 40 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 40 页精选学习资料 - - - - - - - - - 200mW；DAC0832 的输出是电流型；然而在掌握系统中,需要使用的是电压信号,因此,需要通过运算放大器将其转换成单极性输出,接线如图 2-5 所示,对应数字量00FFH 的 模 拟 电 压V0 的 输 出 范 围 是 0-VREF , 但 是 系 统 需 要 输 出 电 压 是+1.2+3.7V,因此通过反相器调整输出电压 V OUT 的范畴是 +1.2+3.7V；20 +5V-12V 50K 5KGND7VCC D0ISBIout111-V010KGND-Vout612D1Iout2+5D29+12V4D3 D4Rfb DAC083216 158 19+5VD5Vref14D6ILE1310D7MSBDGND118GNDCSWR2172XferWR1 AGND3GND图 2-5 DAC0832 接线图 8>放大与滤波：滤波器是一种能使用频率信号通过而同时抑制 或衰减 >无用频率信号的电子电路或装置,实际工程上常用它来进行信号处理、数据传送和抑制干扰等；以往滤波器主要采用无缘元件 R、L 和 C 组成,目前一般由集成运放、R、C 组成 常称为有源滤波器 >；有源滤波器具有输出阻抗约为0,电压放大倍数大于1,体积小于重量轻等优点；因集成运放的带宽有限,有源滤波器的工作频率最大可达 波器的特性；1MH z；通常用频率响应来描述滤对于滤波器的幅频响应,常把能够通过的信号频率范畴定义为通带,而把受阻或 衰减的信号频率范畴成为阻带,通带和阻带的界限频率叫做截止频率；滤波器在通带 内应具备零衰减的幅频特性和线性相位响应,而在阻带内应具有无限大的幅度衰减；如依据受阻或衰减的信号频率范畴,滤波器通常分为低通滤波器、高通滤波器、带通14 / 40 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 40 页精选学习资料 - - - - - - - - - 滤波器以及带阻滤波器等几大类；本文中张力掌握系统采纳的是带通滤波器；在滤波器的设计过程中,采纳集成运放、R、C 组成有源滤波器；在张力传感器采集到原始应变信号后,经过应变电桥的相应处理转换成模拟电压 信号时其输出信号比较柔弱,而且其中仍包含工频、静电和电磁耦合等共模干扰,首先需要通过运放AD624 进行信号放大,再将被放大的信号通过由集成运放OP-07 组成的带通滤波器进行滤波处理之后才将信号输出,以供后续数据处理使用；在滤波器前 置放大器的目的是为了提高信号的信噪比；接线原理如图 2-6 所示；+12V输20K10.1pF10K10K0.2pF-12V6-IN1 138+45 IN NULL 102000pF210K4-2-X100入3412X200模5611X500 AD6249OP-07拟16信输出RG1 RG26号20K+IN33+2+-7180.1pF0.1pF71415+12V-12V OUT NULL图 2-6 放大、滤波电路接线图在这个电路设计中,为了保证信号放大之前的应变电桥线性度,要求负载电阻足 够大,也就要求放大电路具有很高的共模抑制比、高增益、低噪声和高输入阻抗,普 通的放大电路很难实现,通常采纳集成测量放大器来实现传感器信号的放大；本文选 用 AD 公司生产的 AD624 芯片,它是一种高精度、低噪声、高增益精度、低增益温度 系数和高线性度的测量放大器,是应用于高辨论率数据采集系统的抱负器件；它主要包含这些特点：良好的噪声特效,在1kH z时输入噪声的典型值小于4nV/H z；芯片内提供 1、100、200、500、1000 倍的引脚可设增益,其他增益可通过一个外接电阻实现；全部预增益设置均保证失调电压、失调电压漂移、增益精度和增益温度系数；具有完 全独立的输入和输出失调调零端,从而削减了增益调整过程中的失调电压影响；带有 一个检测端,使用户能够削减长引线导致的误差,仍有一个参考端以便调整输出点偏 移；而 OP-07 就是一种性能优良；价格低廉的低漂移型运算放大器,其输入级为共射-15 / 40 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 40 页精选学习资料 - - - - - - - - - 共基组态的差动放大器,采纳直接耦合型多级放大电路,其温度漂移主要由输入级决定；9> 张力掌握仪电源：采纳5V,12V,-12V 供电；第 3 章 张力检测机构设计在测试技术中,除了直接用电阻应变丝 片>来测定试件的应变和应力外,仍广泛利用它制成各种应变式传感器来测定各种物理量,如力矩、压力、加速度等,应变式 传感器是目前应用最广泛的传感器之一；应变式传感器的基本构成通常分为两部分：弹性敏锐元件及应变片 丝>；弹性敏锐元件在被测物理量的作用下产生一个与物理量成正比的应变,让后用应变片 丝>作为传感元件转换为电阻变化；应变式传感器与其-10他类型传感器相比具有以下特点： 1>测量范畴广：如应变力传感器可测10-210 7 的力,应变式压力传感器可测110 6Pa的压力； 2> 精度高：高精度传感器的误差可达 0.1%或更高； 3>输出特性的线性好； 4>性能稳固,工作牢靠； 5>能在恶劣环境、大加速度和振动条件下工作,只要进行适当的构造设计及选用 10；合适的材料,仍能在高温或低温、强腐蚀及核辐射条件下牢靠工作 由于应变式传感器具有以上特点,因此它在掌握技术中心占有很重要的位置,在 航 空航天、机械、电力、化工、建筑、医学、汽车工业等多种领域中有很广泛的应用；本章就从电阻应变片的应变效应及工作原理开头,具体介绍应变式传感器,并重点说 明在这套纤维铺放张力掌握系统中张力传感器的设计；3.1 电阻应变片工作原理及横向效应3.1.1 金属的电阻应变效应及应变片结构在介绍电阻应变效应之前,先从电阻应变片的基本结构说起；电阻应变片的结构16 / 40 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 40 页