动态应变采集系统的设计及误差测试

自动化与仪表 2019,34(2)
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检测技术与数据处理
械 构 件 受 力 产 生 形 变 时 [5]， 应 变 片 会 产 生 阻 值 变 化由应变采集转换模块完成应变信号到电信号的 转换，然后经过放大电路进行放大处理，再由硬件 滤波电路对放大输出信号进行硬件滤波处理，通过 A/D 转 换 模 块 将 模 拟 信 号 转 换 为 数 字 量[6]，最 终 由 STM32F103VCT6 控制器对 采集数据进 行数字滤波 处 理 ，并 反 馈 给 上 位 机 完 成 信 息 交 互 [7]。
CHEN Cheng1，LI Jian-qing1，MA Zheng-zheng1，DAI Ya-wen1，CHEN Zi-peng2
（1.School of Science，Wuhan University of Technology，Wuhan 430070，China；2.School of Information Engineering， Zhongnan University of Economics and Law，Wuhan 430073，China） Abstract：Strain measurement technology plays an irreplaceable role in measuring the variation characteristics of mechanical components and the monitoring of important engineering structures. However in the external gain resistance and high order filter circuits of traditional strain measurement circuits，the measurement error caused by the resistance temperature drift is always an urgent problem to be solved. A high precision strain measurement system based on the programmable amplifier AD8231，24 digital/analog converter AD1256，RAM processor is designed. Through circuit optimization，the temperature drift problem is well compensated. As a result the measurement accuracy gets great improvement. The experimental results show that the precision of the strain measurement system is up to 0.1 με. Key words：measurement system；dynamic strain；temperature drift；AD8231；AD1256
应变测量技术是现代工程项目研究和实施过 程中一项必不可少的重要技术，具有很高的应用价 值和研究意义[1]。 传统的应变测量系统设计主 要包 含应变信号 采集与转换 、信 号 放 大 、硬 件 滤 波 、A/D 转换、数字滤波等 5 大模块[2]。 此类传统的应变测量 系统，通常在室温条件下该应变测量系统的系统测 量性能稳定且误差较低[3]。 在实际工程应用中时，由 于温度场变化复杂，系统电路中电阻的温漂特性就 会对应变测量系统的精确度产生较大的影 响[4]。 在
应变测量电路设计中，电路中电阻温漂问题一直未 能得到很好的解决。 对此，针对应变测量电路中的温 漂问题，设计了一款基于程控式放大器 AD8231，24 位数模转换器 AD1256，RAM 处理器 的高精度 应变 测量系统方案， 通过电路优化实现了温漂补偿，从 而提高测量精度的目的。
1 应变测量系统的信号输出及激励源设计
代的作用。 在传统应变测量电路的外接增益电阻和高阶滤波电路中，电阻温漂特性产生的
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测量误差一直是亟待解决的问题。 设计了一款基于程控式放大器AD8231，24位数模转换器
AD1256，RAM处 理 器 的 高 精 度 应 变 测 量 系 统 方 案 ；通 过 电 路 优 化 ，实 现 了 电 阻 温 漂 补 偿 从
DOI：10.19557/j.cnki.1001-9944.2019.02.011
检测技术与数据处理
动态应变采集系统的设计及误差测试
陈 诚 1，李建青 1，马争争 1，戴亚文 1，陈子鹏 2
（1.武汉理工大学 理学院，武汉 430070；2.中南财经政法大学 信息工程学院，武汉 430073）
摘要： 应变测量技术在测量机械构件受力变化特征和重要工程结构监测中发挥着不可替
而提高测量精度的目的。 试验结果表明该应变测量系统方案的测量精度高达0.1 με。
关 键 词 ：测 量 系 统 ；动 态 应 变 ；温 漂 ；AD8231；AD1256
中图分类号：TP274 文献标志码：A
文 章 编 号 ：1001-9944（2019）02-0043-04
Design and Error Test of Dynamic Strain Acquisition System
应变采 集、转换
放大处理 硬件滤波
A/D转换
数字滤波 上位机
图 1 应变测量系统设计框图 Fig.1 Strain measurement system design block diagram
整个应变测量系统的设计如图 1 所示。 当机
收 稿 日 期 ：2018-12-20 ；修 订 日 期 ：2019-01-16 基 金 项 目 ：湖 北 省 高 新 技 术 专 项 项 目 （2016lg0097） 作 者 简 介 ：陈 诚 （1993— ），男 ，在 读 硕 士 研 究 生 ，研 究 方 向 为 应 变 测 量 。