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一、系統(tǒng)應(yīng)用介紹

    在人們現(xiàn)實(shí)生活、科研實(shí)驗(yàn)、項(xiàng)目建設(shè)、工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程等很多情況中難免需要進(jìn)行一些碰撞、爆炸、突變、撞擊、沖擊、高速打擊及物體的自由落體運(yùn)動(dòng)等一些快速實(shí)驗(yàn)。而在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，為了更好的，更高標(biāo)準(zhǔn)的完成實(shí)驗(yàn)，這就需要采集到相對(duì)力值的大小，已方便試驗(yàn)的完成。而這些快速瞬間力值的測(cè)量以及采集，相對(duì)來(lái)說(shuō)由于碰撞的瞬間接觸時(shí)間比較短暫，頻率比較快，現(xiàn)在市面上的一些常用的力值測(cè)量設(shè)備（比如稱重傳感器，稱重顯示儀表）難以對(duì)其過(guò)程進(jìn)行相關(guān)的采集及測(cè)量。

    高速力值測(cè)量采集系統(tǒng)，把高頻率沖擊力傳感器和現(xiàn)代數(shù)字測(cè)量技術(shù)結(jié)合起來(lái)，采用高精度沖擊力傳感器和現(xiàn)代的高速采集系統(tǒng)，以及相關(guān)的專業(yè)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)沖擊力、撞擊力等快速瞬間力值的整個(gè)過(guò)程的監(jiān)測(cè)和測(cè)量。沖擊、撞擊過(guò)程包含巨大能量交換,是一個(gè)毫秒到秒量級(jí)的短時(shí)程動(dòng)態(tài)過(guò)程,本質(zhì)上是一個(gè)復(fù)雜的沖擊動(dòng)力學(xué)問(wèn)題?，F(xiàn)有各種規(guī)范中的計(jì)算公式都是經(jīng)驗(yàn)公式,都是基于剛體或彈性體整體碰撞的簡(jiǎn)單理論,用于解析動(dòng)態(tài)力學(xué)過(guò)程是不合適的。該文通過(guò)沖擊動(dòng)力學(xué)理論,把力傳感器和現(xiàn)代數(shù)字測(cè)量技術(shù)結(jié)合起來(lái)，采用高精度力傳感器和現(xiàn)代的告訴采集系統(tǒng)，以及相關(guān)的專業(yè)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)沖擊力的整個(gè)過(guò)程的監(jiān)測(cè)和測(cè)量。

二、系統(tǒng)組成

1、沖擊力傳感器

2、信號(hào)處理器

3、高速采集卡

4、力值分析管理軟件

三、模擬系統(tǒng)

四、系統(tǒng)應(yīng)用原理

1、撞擊物碰撞到撞擊板的時(shí)候沖擊力傳感器會(huì)受到?jīng)_擊力，經(jīng)相應(yīng)的測(cè)量電路把力值轉(zhuǎn)換為電信號(hào)（電壓或電流），從而完成了將外力變換為電信號(hào)的過(guò)程。

2、高精度集成運(yùn)算放大器將沖擊力傳感器輸出的電信號(hào)放大成為容易采集測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)

3、高速采集卡將電壓輸出變送器的電壓信號(hào)采集過(guò)來(lái)并通過(guò)AD轉(zhuǎn)換功能將電壓轉(zhuǎn)換至數(shù)字信號(hào)，并通過(guò)USB2.0高速接口與電腦通訊，DAQ采集卡的采集頻率最高可達(dá)100kHz（即每秒鐘采集10萬(wàn)次），從而可以實(shí)現(xiàn)電腦采集碰撞瞬間的力值。

4、軟件根據(jù)所采集到的數(shù)據(jù)繪制時(shí)間-力值的曲線圖，以便更直觀觀測(cè)數(shù)據(jù)的變化過(guò)程及規(guī)律。并可以設(shè)置門(mén)限報(bào)警等功能。

1》沖擊力傳感器

電阻應(yīng)變式測(cè)力傳感器是基于這樣一個(gè)原理：彈性體（彈性元件，敏感梁）在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在他表面的電阻應(yīng)變片（轉(zhuǎn)換元件）也隨同產(chǎn)生變形，電阻應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減?。俳?jīng)相應(yīng)的測(cè)量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)（電壓或電流），從而完成了將外力變換為電信號(hào)的過(guò)程

                【沖擊力傳感器實(shí)物圖片】

2》信號(hào)處理器

高精度集成運(yùn)算放大器是指那些失調(diào)電壓小，溫度漂移非常小，以及增益、共模抑制比非常高的運(yùn)算放大器。這類運(yùn)算放大器的噪聲也比較小。其中單片高精度集成運(yùn)算放大器的失調(diào)電壓可小到幾微伏，溫度漂移小到幾十微伏每攝氏度

               【信號(hào)處理器實(shí)物圖片】

3》高速數(shù)據(jù)采集卡

采集卡是一款基于USB總線的精巧型信號(hào)采集器。外形與U盤(pán)相似，但其內(nèi)部卻集成了高速AD和復(fù)合功能的輸入輸出雙向數(shù)字接口。它能 夠采集±5V之間的單端電壓信號(hào)，采樣率高達(dá)100Ksps，并且內(nèi)置了放大器，可以由外部的 增益電阻來(lái)設(shè)置放大倍數(shù)。采集到的信號(hào)數(shù)據(jù)可以連續(xù)不斷的傳送到計(jì)算機(jī)，通過(guò)使用配套應(yīng)用軟件或另行編程，可以實(shí)現(xiàn)電壓表、虛擬示波器、信號(hào)記錄儀、頻譜分析儀等多種高級(jí) 功能。

DAQ采集卡將電壓輸出變送器的電壓信號(hào)采集過(guò)來(lái)并通過(guò)AD轉(zhuǎn)換功能將電壓轉(zhuǎn)換至數(shù)字信號(hào)，并通過(guò)USB2.0高速接口與電腦通訊，采集卡的采集頻率最高可達(dá)100kHz（即每秒鐘采集10萬(wàn)次），從而可以實(shí)現(xiàn)電腦采集碰撞瞬間的力值。

              【高速采集卡實(shí)物照片】

4》力值采集管理軟件

數(shù)據(jù)采集設(shè)備上位機(jī)軟件界面簡(jiǎn)潔，功能簡(jiǎn)單實(shí)用。包含有菜單設(shè)置、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、歷史數(shù)據(jù)查詢，Excel報(bào)表的生成等。軟件當(dāng)前界面可同時(shí)顯示4通道的數(shù)據(jù)，其余通道可翻頁(yè)顯示，系統(tǒng)采樣周期可調(diào)，采樣通道數(shù)目軟件可調(diào)電壓信號(hào)輸入范圍軟件可調(diào)能。

主要功能：

    對(duì)稱重傳感器、壓力變送器、位移傳感器等各類傳感器采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡采集到計(jì)算機(jī)。

    軟件可以設(shè)置采集頻率，最高可達(dá)100kHz?？梢詫?duì)碰撞、撞擊、爆炸、等等時(shí)間內(nèi)的力值、壓強(qiáng)、扭矩值等物理量的突變進(jìn)行精確的采集。

    軟件根據(jù)所采集到的數(shù)據(jù)繪制時(shí)間-力值的曲線圖，以便更直觀觀測(cè)數(shù)據(jù)的變化過(guò)程及規(guī)律。并可以設(shè)置門(mén)限報(bào)警等功能。

輸入信號(hào)：電壓信號(hào)（-5~5V 0~5V 1~5V 0~10V）

電流信號(hào)（4~20mA 0~20mA）

頻率信號(hào)（0~100kHz）

采集速率：1次/秒~10萬(wàn)次/秒 （用戶可根據(jù)自己的情況設(shè)定）

數(shù)據(jù)記錄：可將采集數(shù)據(jù)生成excel或txt形式的數(shù)據(jù)文件。

報(bào)表生成：可根據(jù)用戶的產(chǎn)品信息生成通用格式的報(bào)表。

數(shù)據(jù)分析：對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行最大值、最小值、平均值計(jì)算。

報(bào)表行時(shí)間間隔由用戶自由設(shè)置。

曲線組合由用戶設(shè)置。

報(bào)表列組合由用戶設(shè)置，具有最大、最小、平均值統(tǒng)計(jì)功能。

曲線分析極為方便快捷，實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線界面一致，操作方便。

儀表及測(cè)量通道選用由用戶組合，4位、5位顯示儀表通用。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示根據(jù)顯示屏自動(dòng)調(diào)整顯示數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)、大小和位置。

*曲線可分辨存盤(pán)周期最快0.1秒的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線均可（可根據(jù)用戶需求進(jìn)行功能定制）

擴(kuò)展支持：

1、測(cè)試數(shù)據(jù)可以按指定的方式顯示圖形曲線，利用鼠標(biāo)可方便地對(duì)曲線進(jìn)行放大或者縮小，能讀取相應(yīng)的測(cè)試點(diǎn)數(shù)值，并可自動(dòng)計(jì)算最大值、最小值及平均值。2、軟件支持被測(cè)試件或者測(cè)試項(xiàng)目編號(hào)，可條碼輸入，方便進(jìn)行數(shù)據(jù)管理。3、在用戶提供報(bào)表樣本時(shí)，可以定制測(cè)試報(bào)表。4、支持曲線打印，曲線導(dǎo)出至圖片文件，數(shù)據(jù)導(dǎo)出至EXCEL 等操作。5、可選的開(kāi)關(guān)量輸入輸出通道可用來(lái)在測(cè)試時(shí)讀取相關(guān)狀態(tài)及輸出控制信號(hào)，以便組成各種全動(dòng)的控制系統(tǒng)。例如可用來(lái)控制閥門(mén)、空壓機(jī)、加熱器、油缸等設(shè)備的起停，或者當(dāng)某一設(shè)備反饋回位置信號(hào)時(shí)，控制數(shù)據(jù)采集的開(kāi)始或者結(jié)束。（此項(xiàng)功能需要用戶在訂貨時(shí)提供相關(guān)的控制流程）

五、注意事項(xiàng)

1、傳感器安裝的時(shí)候要注意碰撞的方向要與傳感器受力方向一致，勿造成片在線向

2、傳感器與變送器連接的時(shí)候四芯屏蔽線的屏蔽端要接外殼

3、用戶須注意電源的開(kāi)關(guān)順序，使用時(shí)要求先將采集卡連至計(jì)算機(jī)，而后開(kāi)啟供電源電源；關(guān)閉時(shí)先關(guān)信號(hào)源電源，后將設(shè)備斷電。

4、將采集卡拔離計(jì)算機(jī)后，請(qǐng)間隔一定時(shí)間再重新插入。拔插過(guò)快有可能造成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配置驅(qū)動(dòng)異常，此時(shí)請(qǐng)重新拔插采集卡。

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