Модуль настройки сигнала универсальной испытательной машины является измерительной системой. « Центр предварительной обработки сигналов», основная роль которого состоит в том, чтобы обрабатывать слабые, шумные первичные электрические сигналы, выводимые датчиками, в стандартные сигналы, которые стабильны, точны и отвечают требованиям сбора данных, закладывая основу для последующего преобразования модулей (преобразование A / D) и обработки данных. Его функции вращаются вокруг четырех основных целей « Усиление сигнала, подавление шума, компенсация ошибок, адаптация сигнала», а вот анализ конкретных функций (в сочетании с практическими сценами оборудования и техническими деталями):

I. Основные функции1: Слабое усиление сигнала (основная функция)

Функциональный принцип:

Выходные сигналы основных датчиков, таких как силовые датчики, экстензометры и т.д., представляют собой слабые аналоговые сигналы (обычно Уровень μV, например, 1000N соответствует 100 мкВ сигналу), в то время как преобразователь A / D имеет очень низкую точность распознавания слабых сигналов и подвержен помехам, приводящим к искажениям данных. Модуль настройки сигнала усиливает слабый сигнал до уровня mV с помощью программируемого усилителя (PGA) (обычно в 1000 - 10000 раз больше), повышая отношение сигнала к шуму и узнаваемость сигнала.

Ключевые технические детали:

Увеличения можно регулировать: поддержка в соответствии с типом датчика (например, датчик силы, экстензометр) и тестовым сценарием (небольшая нагрузка)/ Большая нагрузка) ручная или автоматическая регулировка кратности усиления (например, в 1000, 5000, 10000 раз) для обеспечения точного увеличения сигналов разных амплитуд;

Высокая точность усиления: ошибка умноженияМеньше чем равно±0,1%, избегайте ошибок измерения из - за отклонения множителя усиления (например, ошибка 1000 - кратного усиления, если ±0,5%, может непосредственно привести к ошибке измерения силыДоступ ± 0,5%);

Низкий входной ток смещения:≤1nA， Уменьшить воздействие нагрузки на выходной сигнал датчика (избегая « занижения» или искажения сигнала датчика).

Сценарий применения:

Тестирование малых нагрузок (например,Миниатюрное испытание на растяжение пружины ниже 10N): выходной сигнал датчика составляет всего несколько мкВ и должен быть увеличен в 10 000 раз до десятков мВ, чтобы быть точно идентифицирован преобразователем A / D;

Измерение деформации (например, испытание на текучесть металла): выходной сигнал датчика обычно≤10μV， Для захвата микроскопических изменений деформации требуется увеличение с большим увеличением.

II. Основные функции2: подавление шума и фильтрация (повышение чистоты сигнала)

Функциональный принцип:

В тестовой среде существует большое количество электромагнитных помех (например, высокочастотный шум, создаваемый сервомотором, источником питания, преобразователем частоты) и механических вибрационных шумов, которые накладываются на исходный сигнал датчика, что приводит к сигналу « Искажения» (например, зубчатые колебания кривой величины силы). Модуль настройки сигнала спроектирован с помощью фильтрующих схем и электромагнитных экранов для фильтрации бесполезного шума и сохранения эффективного сигнала.

Ключевые технические детали:

Многотипный режим фильтрации:

Низкочастотный фильтр (основной): фильтрация высокочастотных шумов выше заданной частоты (например, частоты отсечения)1kHz、5kHz）， Адаптация к различным скоростям тестирования (низкоскоростные тесты выбирают низкую частоту отсечения, высокоскоростные тесты выбирают высокую частоту отсечения);

Частотный фильтр (50 Гц / 60 Гц): Специальная фильтрация помех рабочих частот, возникающих при напряжении сети (например, 50 Гц шума от сети 220 В в лаборатории), является распространенным методом фильтрации источника помех;

Фильтр notch: для точной фильтрации помех определенной частоты (например, 100 Гц шума от работы двигателя), чтобы избежать воздействия сигнала;

Высокий коэффициент подавления (CMRR）：≥ 120dB@50Hz Подавление интерференций с конформным режимом (например, помех от земли на обоих концах кабеля датчика) для обеспечения точности дифференциального усиления сигнала;

Конструкция экрана: корпус модуля с металлическим экраном, кабель выбирает двойной экран, сопротивление заземления4 Омега, дальнейшее уменьшение электромагнитных помех.

Сценарий применения:

Испытание жидкостного пресса большой нагрузки: высокочастотный шум, возникающий при работе гидравлического насоса (≥1kHz）， Необходимо фильтровать с помощью низкочастотного фильтра (частота отсечения 1 кГц), чтобы избежать колебаний данных значений силы;

Тест на прецизионную деформацию: электромагнитный шум окружающей среды (например, компьютер, преобразователь частоты) может привести к дрейфу сигнала деформации, который должен пройти через фильтр рабочей частоты+ Защитная конструкция, которая контролирует погрешность измерения деформации в пределах ±1 мкм / м.

III. Основные функции3: Компенсация ошибок сигнала (коррекция системных отклонений)

Функциональный принцип:

Сами датчики имеют встроенные ошибки, такие как дрейф температуры, смещение нуля и т. Д. Модуль настройки сигнала исправляет эти системные ошибки с помощью аппаратных компенсационных схем и алгоритмов калибровки программного обеспечения для обеспечения точности сигнала.

Ключевые технические детали:

Температурная компенсация:

Компенсация аппаратного обеспечения: встроенный датчик температуры и компенсирующее сопротивление при изменении температуры окружающей среды (например,23° ± 5° C), автоматически регулируя напряжение усиления или смещения цепи усиления, компенсируя температурный дрейф датчика (например, если температура датчика силы изменяется на 10° C, дрейф 0005% FS);

Компенсация программного обеспечения: хранение коэффициентов калибровки, запись соответствия температуры и ошибки в программу, коррекция измеренных значений в реальном времени;

Нулевая компенсация и калибровка:

Поддерживает ручную или автоматическую калибровку нуля (например, нулевую нагрузку перед тестом), исправляет нулевое смещение датчика (например, после длительного использования, когда датчик выходит без нагрузки)0,1 мкВ - сигнал с нулевой компенсацией);

Поддержка калибровки внешних стандартных сигналов (например, ввод известных стандартных сигналов напряжения, калибровка точности усиления схемы усиления);

Компенсация линейности: исправление нелинейной ошибки датчика и схемы усиления (например, нелинейной зависимости выхода датчика от фактической физической величины), управление линейной погрешностью с помощью алгоритма сегментной калибровки ± 0,02% в пределах FS.

Сценарий применения:

Высокотемпературные экологические испытания (например, испытания в сочетании с высокотемпературными экологическими контейнерами): диапазон изменения температуры- 70°C ~ 300°C, при температурной компенсации необходимо обеспечить, чтобы сигнал силы / смещения не подвергался воздействию температуры;

Долгосрочные непрерывные испытания (например, производственные линии)24 - часовой контроль качества): ноль датчика медленно дрейфует со временем, и отклонение должно быть исправлено с помощью автоматической калибровки нуля (один раз на 100 тестов).

IV. Основные функции4: Адаптация и преобразование сигнала (согласование последующих звеньев сбора)

Функциональный принцип:

Тип сигнала, выводимого датчиком (например, дифференциальный сигнал, однополюсный сигнал) и амплитуда могут бытьТребования к вводу преобразователя A / D не совпадают, и модуль настройки сигнала адаптирует сигнал к стандартному сигналу, который может быть принят преобразователем A / D через схему преобразования сигнала.

Ключевые технические детали:

Преобразование типа сигнала:

Преобразование дифференциальных сигналов датчиков (например, дифференциальных выходов мостов тензодатчиков) в однополюсные сигналы (например, референсные сигналы на землю), адаптированные к большинствуТребования к вводу преобразователя A / D;

Поддержка сигналов тока (4 ~ 20 мА) и преобразование сигнала напряжения (0 ~ 10 В) (некоторые внешние датчики являются выходными типами тока);

Амплитудные плоскогубцы сигнала: ограничение амплитуды увеличенного сигнала доВходной диапазон преобразователя A / D (например, ±10V) для предотвращения повреждения преобразователя A / D или переполнения данных из - за перегрузки сигнала;

Источник питания возбуждения: обеспечение стабильного источника питания мостового типа для тензодатчиков (силовых датчиков, экстензометров) (обычно)5В или 10В), устойчивость возбуждающего напряжения ± 0,01% / ч, волны текстуры - 1 мВ, что обеспечивает стабильную работу датчика.

Сценарий применения:

Внешний высокоточный экстензометр4 ~ 20 мА): Необходимо преобразовать электрический сигнал в сигнал напряжения 0 ~ 10 В через модуль настройки сигнала, а затем ввести преобразователь A / D;

Сигналы после увеличения (например,20В): Ограничение функции амплитудных плоскогубцев до ±10В, избегая выхода за пределы входного диапазона преобразователя A / D (обычно ±10В).

V. Основные функции5: Управление многоканальным синхронным сбором (с учетом многопараметрических измерений)

Функциональный принцип:

Универсальная испытательная машина должна синхронизировать значение силы, смещение, деформацию и другие сигналы нескольких каналов (например, канал значения силы, канал смещения, канал деформации), модуль настройки сигнала через синхронную схему управления, чтобы гарантировать, что ритм сбора сигнала во всех каналах одинаков, для достижения выравнивания временной метки данных.

Ключевые технические детали:

Многоканальная параллельная обработка: поддержка3 канала (сила, смещение, деформация) синхронный сбор, межканальная изоляция ≥100 дБ, чтобы избежать последовательного помех сигнала между каналами;

Синхронный триггерный механизм: через аппаратный триггер (например, сигнал начала тестирования) или программный триггер, чтобы гарантировать, что все каналы запускают сбор одновременно, согласованность коэффициента отбора проб±1% (например, при выборке на 1000Гц отклонение скорости отбора проб на канале составляет 10 Гц);

Кэш и передача данных: встроенный модуль кэширования (емкость)≥1MB）， Временное хранение данных, собранных с помощью многоканальной синхронизации, чтобы избежать потери данных из - за недостаточной скорости передачи и поддерживать высокоскоростную передачу данных на контроллер через интерфейсы USB и Ethernet.

Сценарий применения:

Напряжение- Рисование кривых деформации: необходимо синхронизировать значение силы сбора (расчетное напряжение) и данные о деформации, если канал не синхронизирован, это может привести к смещению точки перегиба кривой (например, неправильное определение точки текучести металла);

Тест на динамическую усталость: необходимо синхронизировать сбор значений силы и сигналов смещения во время цикла загрузки, чтобы обеспечить точный анализ данных для каждого цикла.

VI. Показатели производительности модуля настройки сигналов и ссылки на выбор

резюме

Модуль настройки сигнала универсальной испытательной машины соединяет датчик с системой сбора данных. « Мост», основная ценность которого заключается в « очищении сигнала, исправлении ошибки, адаптивном сборе», непосредственно определяет точность и стабильность измерительной системы. Ключевые функции можно резюмировать следующим образом:

Увеличить слабый сигнал, повысить узнаваемость;

Фильтрация шумовых помех для обеспечения чистоты сигнала;

Компенсация температуры, нуля и других системных ошибок;

Тип сигнала преобразования/ амплитуда, соответствующая преобразователю A / D;

Синхронизация многоканального сбора данных для обеспечения точной связи данных.

При выборе необходимо учитывать уровень точности оборудования (например,Устройства уровня 0.1 должны выбрать модуль настройки с высоким CMRR, низким дрейфом), тестовые параметры (например, тест на деформацию требует высокого кратного усиления, низкого шума), условия окружающей среды (например, высокотемпературные сценарии требуют сильной компенсации температуры) для комплексного суждения, в то же время требуется, чтобы производитель предоставил отчет о калибровке модуля, чтобы обеспечить достижение стандарта производительности. При использовании необходимо регулярно проверять заземление экрана модуля, параметры фильтрации, чтобы избежать искажения тестовых данных из - за отказа модуля.