微機材料試驗機的微機控制之
信號放大與數據采集系統
本篇介紹了微機材料試驗機的微機控制系統結構，包括信號放大與采集系統、三閉環直流伺服系統和軟件操作平臺等．并且分別討論了各個組成部分的功能特點．
微機材料試驗機的微機控制系統由硬件部分和軟件操作平臺組成．硬件部分主要包括信號放大與Ａ／Ｄ轉換系統、ＰＷＭ直流伺服系統、Ｄ／Ａ轉換環節以及相應的接口電路；軟件操作平臺是基于Ｗｉｎｄｏｗｓ９５，９８的一套應用軟件，模擬原來的硬件操作面板， 實現對整個系統的控制，包括電機速度給定、放大器自動調零和自動換檔，以及對試驗數據的實時采集．顯示、分析和打印．
信號放大與數據采集系統。
該環節主要用以測量和采集試驗材料受力過程中的應力、應變值，以及由這兩種參數引伸出的其它參數．微機材料試驗機試驗過程中需要采集的數據主要有載荷、橫梁數位移、試件變形等。
載荷信號和試件變形的信號分別由應變式負荷傳感器和應變式引申計來完成，試驗信號在進行A/D轉換之前需要放大，考慮到材料試驗對精度的要求較高，放大電路應采用差分放大線路，并且具有多種放大倍數，放大部分的原理圖（以兩種放大倍數為例）如圖1所示。
圖1 放大線路原理圖
由于材料試驗對于精度要求較高，而試驗速度較慢，因此在Ａ／Ｄ轉換器的選擇上可以采用精度較高的雙積分型Ａ／Ｄ轉換器．例如ＩＣＬ７１０９．ＩＣＬ７１０９是一種高精度，低噪聲、低漂移、價格低廉的雙積分式１２位Ａ/Ｄ轉換器，該芯片由模擬電路和數字電路兩部分組成，其中模擬部分包括模擬輸入、振蕩電路、積分比較電路和基準電壓；數字電路由時鐘振蕩器、導步通信握手邏輯，轉換控制，計數器，鎖存器和三態門組成．ＩＣＬ７１０９配有較強的接口功能，能方便地與各種微控制器相連．ＩＣＬ７１０９的部分引腳及常用外部連接電路如圖２所示．其中ＳＴＡＴＵＳ：狀態輸出，高電平表示輸入為正；ＯＲ：過程量輸出，高電平為過程量；ＢＩ－Ｂ１２：三態轉換結果輸出；
圖２ ICL７１０９及其外部連接圖
ＨＢＥＮ／ＬＢＥＮ：高／低字節使能端：ＣＥ／ＬＯＡＤ：片選端；ＩＮＬＯ：差分輸入低；ＩＮＨＩ：差分輸入高；ＲＥＦＯＵＴ：參考電壓輸出，一般為２．８Ｖ；ＲＥＦＩＮ＋：正差分參考輸入端；ＲＥＦＩＮ一：負差分參考輸入端．
為節約空間，充分利用微機的硬件資源，Ａ／Ｄ板采用內置式。即插于微機擴展槽上；轉換后的數字量可以直接進入微機的數據總線．對于干擾較大的工業現場，Ａ／Ｄ轉換后的數據需經過光電隔離器后再進入數據總線．由微機控制的信號放大與數據采集環節原理圖如圖３（以載荷信號為例）．
橫梁位移的測量是利用光電編碼器檢測傳動絲杠的轉角，產生正比于位移量的脈沖序列，對該脈沖計數就可得到位移量．考慮到在多數場合下為降低成本，常使用分辨率較低的編碼器（即每旋轉一圈發出的脈沖數較少）．為保證測量精度，在計數之前可以對位移脈沖Ⅳ倍頻（Ⅳ視精度要求而定）．同時為了區分橫粱的上下運動，需要對位移脈沖進行鑒相．倍頻和鑒相功能均由相應的硬件電路完成，但為 了使用方便，采用可編程的ＧＡＬ器件實現這兩種功能，使得電路設計更加靈活，也進一步降低了成本．
圖３ 信號放大與數據采集環節原理圍
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關鍵詞：微機材料試驗機；微機控制
