打击力测量 打击力测量系统 快速打击力测量设备

高速力值测量采集方案【专利研发】

一、设备简单介绍

在实验和生产过程中很多情况需要进行一些碰撞、爆炸、突变物体的自由落体运动等一些实验。而这些实验过程中需要采集到相对力值的大小，已方便试验的完成。而这些瞬间力值的测量以及采集，相对来说碰撞的瞬间由于接触时间比较短暂，频率比较快，常用的力值测量设备难以对其过程进行相关的采集及测量。

瞬态数字测量，把力传感器和现代数字测量技术结合起来，采用高精度力传感器和现代的高速采集系统，以及相关的专业软件实现对冲击力的整个过程的监测和测量。撞击过程包含巨大能量交换,是一个毫秒到秒量级的短时程动态过程,本质上是一个复杂的冲击动力学问题。现有各种规范中的计算公式都是经验公式,都是基于刚体或弹性体整体碰撞的简单理论,用于解析动态力学过程是不合适的。该文通过冲击动力学理论,把力传感器和现代数字测量技术结合起来，采用高精度力传感器和现代的告诉采集系统，以及相关的专业软件实现对冲击力的整个过程的监测和测量。

二、所需器材

1、冲击力传感器

2、信号处理器

3、高速采集卡

4、力值分析管理软件

三、模拟设备

四、应用原理

1、撞击物碰撞到撞击板的时候测力传感器会受到冲击力，经相应的测量电路把力值转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。

2、高精度集成运算放大器将测力传感器输出的电信号放大成为容易采集测量的标准模拟信号

3、采集卡将电压输出变送器的电压信号采集过来并通过AD转换功能将电压转换至数字信号，并通过USB2.0高速接口与电脑通讯，DAQ 采集卡的采集频率最高可达100kHz（即每秒钟采集10万次），从而可以实现电脑采集碰撞瞬间的力值。

4、软件根据所采集到的数据绘制时间-力值的曲线图，以便更直观观测数据的变化过程及规律。并可以设置门限报警等功能。

1》冲击力传感器

电阻应变式测力传感器是基于这样一个原理：弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程

2》信号处理器

高精度集成运算放大器是指那些失调电压小，温度漂移非常小，以及增益、共模抑制比非常高的运算放大器。这类运算放大器的噪声也比较小。其中单片高精度集成运算放大器的失调电压可小到几微伏，温度漂移小到几十微伏每摄氏度

3》高速数据采集卡

采集卡是一款基于USB总线的精巧型信号采集器。外形与U盘相似，但其内部却集成了高速AD和复合功能的输入输出双向数字接口。它能够采集±5V之间的单端电压信号，采样率高达100Ksps，并且内置了放大器，可以由外部的增益电阻来设置放大倍数。采集到的信号数据可以连续不断的传送到计算机，通过使用配套应用软件或另行编程，可以实现电压表、虚拟示波器、信号记录仪、频谱分析仪等多种高级功能。

DAQ采集卡将电压输出变送器的电压信号采集过来并通过AD转换功能将电压转换至数字信号，并通过USB2.0高速接口与电脑通讯，采集卡的采集频率最高可达100kHz（即每秒钟采集10万次），从而可以实现电脑采集碰撞瞬间的力值。

4》力值采集管理软件

数据采集设备上位机软件界面简洁，功能简单实用。包含有菜单设置、数据采集、数据分析、历史数据查询，Excel报表的生成等。软件当前界面可同时显示4通道的数据，其余通道可翻页显示，系统采样周期可调，采样通道数目软件可调电压信号输入范围软件可调能。

主要功能：

对称重传感器、压力变送器、位移传感器等各类传感器采集到的数据通过数据采集卡采集到计算机。

软件可以设置采集频率，最高可达100kHz。可以对碰撞、撞击、爆炸、等等时间内的力值、压强、扭矩值等物理量的突变进行精确的采集。

软件根据所采集到的数据绘制时间-力值的曲线图，以便更直观观测数据的变化过程及规律。并可以设置门限报警等功能。

输入信号：电压信号（-5~5V0~5V1~5V0~10V）

电流信号（4~20mA0~20mA）

频率信号（0~100kHz）

采集速率：1次/秒~10万次/秒（用户可根据自己的情况设定）

数据记录：可将采集数据生成excel或txt形式的数据文件。

报表生成：可根据用户的产品信息生成通用格式的报表。

数据分析：对采集到的数据进行最大值、最小值、平均值计算。

报表行时间间隔由用户自由设置。

曲线组合由用户设置。

报表列组合由用户设置，具有最大、最小、平均值统计功能。

曲线分析极为方便快捷，实时曲线、历史曲线界面一致，操作方便。仪表及测量通道选用由用户组合，4位、5位显示仪表通用。

实时数据显示根据显示屏自动调整显示数据个数、大小和位置。

*曲线可分辨存盘周期最快0.1秒的数据，实时曲线、历史曲线均可（可根据用户需求进行功能定制）

扩展支持：

1、测试数据可以按指定的方式显示图形曲线，利用鼠标可方便地对曲线进行放大或者缩小，能读取相应的测试点数值，并可自动计算最大值、最小值及平均值。

2、软件支持被测试件或者测试项目编号，可条码输入，方便进行数据管理。

3、在用户提供报表样本时，可以定制测试报表。

4、支持曲线打印，曲线导出至图片文件，数据导出至EXCEL等操作。

5、可选的开关量输入输出通道可用来在测试时读取相关状态及输出控制信号，以便组成各种全动的控制系统。例如可用来控制阀门、空压机、加热器、油缸等设备的起停，或者当某一设备反馈回位置信号时，控制数据采集的开始或者结束。（此项功能需要用户在订货时提供相关的控制流程）

五、注意事项

1、传感器安装的时候要注意碰撞的方向要与传感器受力方向一致，勿造成片在线向

2、传感器与变送器连接的时候四芯屏蔽线的屏蔽端要接外壳

3、用户须注意电源的开关顺序，使用时要求先将采集卡连至计算机，而后开启供电源电源；关闭时先关信号源电源，后将设备断电。

4、将采集卡拔离计算机后，请间隔一定时间再重新插入。拔插过快有可能造成计算机系统配置驱动异常，此时请重新拔插采集卡。