基于USB接口的鋼絞線性能檢測系統(tǒng)設(shè)計論文說明

1、 . . . 畢業(yè)設(shè)計題 目基于USB接口的鋼絞線性能檢測系統(tǒng)設(shè)計 24 / 251前言1.1 選題背景1.11 我國鋼絞線試驗機的現(xiàn)狀 我國鋼絞線專用試驗機的生產(chǎn)和研發(fā)已經(jīng)達到較高的水平，產(chǎn)品類型多種多樣，暢銷國外。目前，鋼絞線專用試驗機可以對鋼絞線的多種性能進行檢測，特別是一些電子電氣元件的出現(xiàn)以與電腦控制技術(shù)的發(fā)展，使鋼絞線性能被測量的更精確，但是，鋼絞線試驗機仍有很多可提高的地方，許多技術(shù)還需要改善。1.12 選此課題的意義隨著現(xiàn)代預應力的技術(shù)不斷發(fā)展，在高層建筑、涵洞、橋梁、核電站等大型現(xiàn)代化建筑結(jié)構(gòu)中，鋼絞線的應用越來越廣泛，尤其是在預應力混凝土結(jié)構(gòu)中的應用。目前國的鋼絞線預應力施

2、工都是用生產(chǎn)廠家或檢測單位提供的數(shù)據(jù)來進行理論計算的，并以此作為控制拉的一種手段，因此生產(chǎn)廠家或檢測單位如何精確有效的測定鋼絞線的力學性能參數(shù)有著重要的實際意義。1.2方案論證基于USB接口的鋼絞線性能檢測系統(tǒng)設(shè)計主要檢測鋼絞線的拉伸性能，就是鋼絞線的受力與伸長量之間的關(guān)系，其設(shè)計過程可以分成兩部分，機械部分設(shè)計與電路部分設(shè)計。1.2.1 設(shè)計容用微機測量的技術(shù)，控制一定速度，對鋼絞線施加一定拉力，檢測拉力和變形這兩路參數(shù)，通過數(shù)據(jù)的處理，計算出彈性模量、非比例應力、強度、延伸率等特征參數(shù)。主要技術(shù)指標：最大試驗力： 300KN， 實時顯示 000.00KN最大變形量： 10mm ， 實時顯示

3、 00.00mm橫梁移動速度： 0.1-200mm/min兩路傳感器信號（力值由負荷傳感器傳遞，變形由引伸計傳遞），通過放大，接入中泰公司生產(chǎn)的USB7310板卡進行A/D轉(zhuǎn)換，然后通過USB接口與計算機實時處理，并在屏幕上實時顯示實際測量值。整個試驗過程結(jié)束后，由計算機進行分析計算，最后得出相關(guān)結(jié)果。由USB7310直接輸出電壓值，給相應的控制器去控制直流調(diào)速電機，通過同步帶帶動絲杠轉(zhuǎn)動，直接傳遞給中橫梁進行上下移動。計算機系統(tǒng)經(jīng)過控制器，經(jīng)調(diào)速系統(tǒng)控制直流調(diào)速電機轉(zhuǎn)動，經(jīng)減速系統(tǒng)減速后通過精密絲杠副帶動移動橫梁上升、下降，完成試樣的拉伸、壓縮、彎曲、等多種力學性能試驗，噪音低，無污染、效率

4、高，具有非常寬的調(diào)速圍和橫梁移動距離，另外配置種類繁多的試驗附具，在金屬、非金屬、復合材料與制品的力學性能試驗方面，具有非常廣闊的應用前景。USB7310 模入接口模塊允許采用16路單端輸入方式或8路雙端輸入方式。用戶可根據(jù)需要選擇測量單極性信號或雙極性信號。其輸入的模擬信號由模塊的25芯D型插頭直接接入。USB7310 模入接口模塊主要由模擬多路開關(guān)選通電路、差分放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、開關(guān)量輸入輸出電路和接口控制邏輯電路組成。(1) 模擬多路開關(guān)選通電路：模擬通道開關(guān)由2片ADG508（或同類產(chǎn)品）與跨接器JP3組成，可以從16路單端信號或8路雙端信號中任選一路，送入差分放大器。(2)差分

5、放大器電路：差分放大器由1個運算放大器AD620以與相關(guān)的電阻組成一個標準的儀用差分放大器，用以對通道開關(guān)選中的模擬信號進行變換處理。(3)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路：12位逐次逼近式AD轉(zhuǎn)換器ADS774片自帶精密基準源，并經(jīng)激光修調(diào)，具有較高的轉(zhuǎn)換速率和轉(zhuǎn)換精度，其轉(zhuǎn)換時間僅為8.5S。AD轉(zhuǎn)換器由程序啟動，其轉(zhuǎn)換狀態(tài)的結(jié)束可由程序查詢讀出或產(chǎn)生結(jié)束中斷申請。AD轉(zhuǎn)換器的模擬輸入信號幅度由跨接器JP1選擇， AD 轉(zhuǎn)換后的輸出代碼形式由跨接器JP2選擇，可分別輸出二進制原碼或雙極性偏移二進制碼。電位器W1用于單極性零點調(diào)節(jié)，W2用于滿量程增益調(diào)節(jié),W3用于雙極性偏移調(diào)節(jié)。(4)開關(guān)量輸入輸出電路：本模塊

6、還提供了各8路的開關(guān)量輸入輸出信號通道。使用中需注意對這些信號的要求應嚴格符合TTL 電平規(guī)。(5)接口電路：接口電路用來將USB總線控制邏輯轉(zhuǎn)換成與各種操作相關(guān)的控制信號。2 .機械部分設(shè)計試驗機機械部分的設(shè)計包括電機的選擇，絲杠、齒輪、同步帶傳動的設(shè)計計算。2.1 電機的選擇2.1.1選擇電機應考慮的問題（1）根據(jù)機械的負載性質(zhì)和生產(chǎn)工藝對電動機的啟動、制動、正反轉(zhuǎn)、調(diào)速等要求，選擇電動機類型。（2）負載轉(zhuǎn)矩、速度變化圍和啟動頻繁程度等要求，考慮電動機的溫升限制、過載能力和啟動轉(zhuǎn)矩，選擇電機功率，并確定冷卻通風方式。所選電動機功率應留有余量，負荷率一般取0.80.9。過大的備用功率會使電機

7、效率降低，對于感應電動機，其功率因數(shù)將變壞，并使按電動機最大轉(zhuǎn)矩校驗的強度和生產(chǎn)的機械造價提高。（3）根據(jù)使用場所的環(huán)境條件，如溫度、濕度、灰塵、雨水、瓦斯以與腐蝕和易燃氣體等考慮必要的保護方式，選擇電動機的結(jié)構(gòu)型式。（4）根據(jù)企業(yè)的電網(wǎng)電壓標準和對功率因數(shù)的要求，確定電動機的電壓等級和類型。（5）根據(jù)生產(chǎn)機械的最高轉(zhuǎn)速和對電力傳動調(diào)速系統(tǒng)的過渡過程性能的要求，以與機械減速機構(gòu)的復雜程度，選擇電動機額定轉(zhuǎn)速。除此之外，選擇電動機還必須符合節(jié)能要求，考慮運行可靠性、設(shè)備的供貨情況、備品備件的通用性、安裝檢修的難易，以與產(chǎn)品價格、建設(shè)費用、運行和維修費用、生產(chǎn)過程中前后期電動機功率變化關(guān)系等各種因

8、素。 試驗機設(shè)計要求選用直流調(diào)速電機。正確選擇電機相當重要，的選擇主要是電機容量的選擇。如果容量小了，一方面不能充分發(fā)揮機械設(shè)備的能力，使生產(chǎn)效率降低；另一方面電機經(jīng)常在過載下運行，則會使其過早損壞，同時還可能出現(xiàn)啟動困難，經(jīng)受不起沖擊，若電動機容量選大了，則不僅使設(shè)備投資費用增大，而且由于電動機經(jīng)常在過載下運行，運行效率和功率因數(shù)則下降。選擇容量的基本原則：1、發(fā)熱 電動機早運行時，必須保證電動機的實際最高Qmax等于或略小于電動機絕緣的允許最高工作溫度Qa;2、過載能力 電動機在運行時，必須保證有一定的過載能力，特別是在短期工作時，由于電動機的慣性很大，電動機在短期承受的高于額定功率若干倍

9、的負載功率時仍可保證QmaxQa，故此時，決定電動機容量的主要因素，不是發(fā)熱能力而是電動機的過載能力，既所需的電動機的最大轉(zhuǎn)矩Tmax或最大允許電流Imax必須大于運行過程中可能出現(xiàn)的最大負載轉(zhuǎn)矩Tmax和最大負載電流Imax； 3、啟動能力 除了正確選擇容量外，還需根據(jù)生產(chǎn)機械的要求，技術(shù)經(jīng)濟指標以與工作環(huán)境等條件來正確選擇電動機種類、電壓、轉(zhuǎn)速、電動機的結(jié)構(gòu)形式。2.1.2 定傳動路線 電機2.1.3 各傳動部分效率1同步帶傳動的效率，取0.96；2直齒錐齒輪傳動的效率，取0.95；3絲杠傳動的效率，取0.6；4軸承（滾動軸承）的效率，取0.98；2.1.4 選用最小功率的電機 W2.1.

10、5 確定傳動比橫梁的最大移動速度是200mm/min,絲杠的導程=8mm,采用直流調(diào)速電機，計算傳動比為： 傳動比較大，所以采用兩級降速： 所以，同步帶輪，=18，;錐齒輪，=18，=48。2.2 絲杠的設(shè)計初步確定實驗儀器最大拉力為300KN最大傳動速度為200mm/ min，初選絲杠的最大直徑d=60mm，最小直徑d1=54mm，螺距P=8mm.。由于該實驗儀采用雙絲杠傳動，所以每根絲杠所承受的最大載荷為150KN,由于最大傳動速度為200mm/min，是低速傳動，所以選定絲杠螺母副材料為中碳鋼，牙型為等腰梯形，牙型角=30。外螺紋以錐面貼緊不易松動。與矩形螺紋相比，傳動效率略低，但工藝性

11、好，牙根強度高，對中性好。梯形螺紋是最常用的傳動螺紋。查表5-12滑動螺旋副材料的許用壓力p與摩擦系數(shù)f得，許用壓力為7.5-13MPa取p=13MPa摩擦系數(shù)f為0.11-0.17取f=0.11。滾珠絲杠選用之后, 不能盲目的進行安裝使用,否則會出現(xiàn)一些意想不到的事故和現(xiàn)象。因此, 為保證機床安裝調(diào)試后能正常運轉(zhuǎn)和工作, 必須對滾珠絲杠進行一系列的校核和驗算2.2.1 自鎖性校核滿足了自鎖性的要求2.2.2 絲杠螺紋的強度校核查材料手冊得，滑動螺母副材料的許用應力=225Mpa。 絲杠的強度校核公式為： 式中：絲杠的抗扭截面系數(shù)；，單位是；絲杠的小徑，單位是；絲杠的危險截面 面積 ；，單位是

12、F絲杠所受的軸向壓力（或拉力），單位為N； T絲杠所受的最大扭矩， 單位是Nmm。 滿足強度要求2.2.3 絲杠耐磨性校核 校核公式：式中F絲杠的軸向力（單位為N）; A絲杠工作面積（單位為）；H絲杠螺母副高度（單位為mm），H=49mmP絲杠螺紋螺距（單位為mm），P=8mm；d2絲杠螺紋中徑（單位為mm）；h絲杠螺紋工作高度（單位為mm），h=3.5mm；滿足耐磨性。2.2.4 絲杠螺母副紋牙的強度校核紋牙多發(fā)生剪切和擠壓破壞，一般螺母材料強度低于螺桿，故只需校核螺母螺紋牙的強度，螺紋牙的危險截面在牙根部。螺紋牙的彎曲強度校核公式為：螺紋牙的剪切強度校核公式為：式中：b絲杠螺母副螺紋牙根部

13、的厚度，單位為mm，b=0.65P=4.55mm;l彎曲離臂，單位為mm，l=(D-D2)/2; 滑動絲杠螺母副的許用彎曲應力，單位為Mpa，查表5-13得，b=225Mpa?；瑒咏z杠螺母副的許用剪切應力,單位為Mpa,查表5-13得，=0.6=135Mpa；彎曲強度校核:滿足要求。剪切強度校核：滿足要求。2.2.5 鍵的選擇選擇圓頭平鍵，即：鍵 6 x 36 GB 109679.平鍵聯(lián)接強度校核計算計算公式為：式中：T傳遞的扭矩(T=F x y=F x d/2),單位為Nmm；k鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，k=0.5h，此處h為鍵的高度，單位為mm；l鍵的工作長度，單位為mm，圓頭平鍵l=L-b

14、=36-6=30mm，這里L為鍵的公稱長度，單位為mm,b為鍵的寬度，單位為mm；d軸的直徑，單位為mm；p鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用壓力，單位為Mpa.查表6-2得，p=120Mpa。滿足鍵連接強度要求。2.2.6 絲杠螺母副的選擇整體螺母結(jié)構(gòu)簡單，但由磨損而產(chǎn)生的軸向間隙不能補償，只適合在精度要求較低的螺旋中使用。對于經(jīng)常雙向傳動的傳導螺旋，為了消除軸向間隙和補償旋合螺紋的的磨損，避免反向傳導時的空行程，常采用組合螺母或剖分螺母，本試驗系統(tǒng)要求精度比較高，且需要雙向傳導，所以絲杠螺母副采用剖分螺母。2.2.7 軸承選擇 采用推力球軸承 51206 GB/T 301-95 和深溝球軸承

15、6006 GB/T 276-94配合使用。2.3 齒輪設(shè)計2.3.1 齒輪選型1）本次試驗機選用直齒錐齒輪2）由于轉(zhuǎn)速不高，故選用7級精度(GB 1009588)。3）材料選擇。由表401選得大、小齒輪的材料均為40Cr，并經(jīng)調(diào)質(zhì)與表面淬火，齒面硬度為4855HRC。4）選小齒輪齒數(shù)z1=18,大齒輪齒數(shù)為z2=uz1=8/3 x18=48.2.3.2 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計1）確定公式的各計算數(shù)值（1）試選載荷系數(shù)Kt=1（2）計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩T2=T3/i=92825.112 x 3/7=39782.191Nmm（3）選取齒寬系數(shù)R=1/3（4）由表106查得材料的彈性影響系數(shù)ZE=1

16、89.8（5）由圖1021d按齒面硬度查得大、小齒輪的接觸疲勞強度極限Hlim1=Hlim2=1100Mpa（6）由式1013計算應力循環(huán)次數(shù)（7）由圖1019查得接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1=0.98;KHN2=1.04（8）計算接觸疲勞許用應力取失效概率為，安全系數(shù)S=1，由式（1012）得2）計算（1）試算小齒輪分度圓直徑d1t,代入H中較小的值（2）計算圓周速度v（3）計算齒寬b=Rd1t=1/3 x 38.450=12.817mm（4）計算齒寬與齒高之比b/h 模數(shù)mt=d1t/z1=38.450/18=2.136mm齒高h=2.2mt=2.2 x 2.136=4.699mmb/h=12

17、.817/4.699=2.728（5）計算載荷系數(shù)根據(jù)v=0.134m/s,7級精度，由圖108查得動載系數(shù)Kv=1.04；由表103得KH=KF=1.1；查表102得KA=1.0；從表104中的硬齒面齒輪查得齒輪相對支承懸臂、6級精度。KH=1.34時， 所以，考慮齒輪為7級精度，取KH=1.11，由b/h=2.728, KH=1.11，查圖1013得KF=1.106K = KAKvKHKH=1.0 x 1.04 x 1.1 x 1.11=1.230（6）載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式10-10a得（7）計算模數(shù)mm=d1/z1=41.197/18=2.289 mm2.3.2 按齒根彎

18、曲強度設(shè)計彎曲強度的設(shè)計公式為：1）確定公式的各計算公式（1）由圖1020d查得齒輪的彎曲疲勞強度極限FE1=FE2=620Mpa；（2）由圖1018查得彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1=1.0 ，KFN2=1.03；（3）計算彎曲疲勞許用應力取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由式1012得（4）計算載荷系數(shù)KK= K AKv KFKF=1.0 x 1.04 x 1.1 x 1.106=1.265（5）查取齒形系數(shù)齒輪的當量齒數(shù)為：由表105查得 YFa1=2.80, YFa2=2.17（6）查取應力校正系數(shù)由表105查得 YSa1=1.55, YSa2=1.80（7）計算大、小齒輪的并加以比較小齒輪的數(shù)

19、值大。2）設(shè)計計算對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)m小于齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，所以，取齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)m=2.18,圓整為標準值m=3mm。2.3.4 幾何尺寸計算（1）計算分度圓直徑d1=z1m=18 x 3=54 mm d2=z2m=48 x 3=144 mm（2）計算齒輪寬b=Rd1=1/3 x 54=18 mm圓整后取b=20 mm以上所查表與圖均查自機械設(shè)計課本。2.4 同步帶傳動設(shè)計計算為防止發(fā)生皮帶打滑現(xiàn)象，本試驗儀器的帶傳動采用同步帶傳動。帶輪轉(zhuǎn)速：n2=200/7 x 7/3=66.667r/min,減速比i=2/5；小帶輪轉(zhuǎn)速：n= n2/i=66

20、.667 x 5/2=166.667r/min,電機轉(zhuǎn)矩為：Tn=T x 3/7 x 2/5=92825.112 x 3/7 x 2/5=15912.876Nmm傳遞功率：P=Tn/9550=15912.876 x 166.667 / 9550=277.712W。2.4.1 功率設(shè)計Pc=KgP Kg工作情況系數(shù)，查機械設(shè)計手冊第二版上冊表10-26可得KA=1.0 所以 Pc=1.0277.712=277.712(W)2.4.2 模數(shù)m查機械設(shè)計手冊第二版上冊圖10-10，確定同步帶輪的模數(shù)為m=2.5。2.4.3 同步帶輪齒數(shù) 之前的傳動比計算時已經(jīng)確定，Z1=18,Z2=542.4.4

21、帶輪園直徑 d1=m Z1=2.5 x 18=45mm，d2 =mZ2=2.5 x 54=135mm2.4.5 帶速2.4.6 初定中心距要滿足0.7(d1+d2)2(d1+d2)0.7(d1+d2)=0.7(45+135)=126mm2(d1+d2)=2(45+135)=360mm初定=350（mm）2.4.7 初定帶的節(jié)線長度與齒數(shù) = = 988.529mm2.4.8 實際中心距a2.4.9 小帶輪嚙合齒數(shù)2.4.10 單位帶寬的離心拉力,查機械設(shè)計手冊第二版第上冊表1029得，q=3.0kg/mm,所以，2.4.11 帶寬 b式中KZ小帶輪嚙合齒數(shù)系數(shù)，取KZ=1.00Ki傳動比系數(shù)，

22、查機械設(shè)計手冊第二版第上冊表1028得，Ki=0.90；Fp單位寬度的許用拉力，查機械設(shè)計手冊第二版第上冊表1029得，F(xiàn)p=20 x 10N/m。 取b= 40mm2.4.12 作用在軸上的力QQ=Pc/v=277.712/0.392=708.449N3 電路部分設(shè)計3.1 傳感器的選擇傳感器技術(shù)是實現(xiàn)測試與自動控制的重要環(huán)節(jié)。在測試系統(tǒng)中，被作為一次儀表定位，其主要特征是能準確傳遞和檢測出某一形態(tài)的信息，并將其轉(zhuǎn)換成另一形態(tài)的信息。 具體地說傳感器是指那些對被測對象的某一確定的信息具有感受（或響應）與檢出功能，并使之按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成與之對應的可輸出信號的元器件或裝置。如果沒有傳感器對被測

23、的原始信息進行準確可靠的捕獲和轉(zhuǎn)換，一切準確的測試與控制都將無法實現(xiàn)，即使最現(xiàn)代化的電子計算機，沒有準確的信息（或轉(zhuǎn)換可靠的數(shù)據(jù)），不失真的輸入，也將無法充分發(fā)揮其應有的作用。、在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動化生產(chǎn)過程中，要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達到最好的質(zhì)量。因此可以說，沒有眾多的優(yōu)良的傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)。 在基礎(chǔ)學科研究中，傳感器更具有突出的地位。現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，進入了許多新領(lǐng)域：例如在宏觀上要觀察上千光年的茫茫宇宙，微觀上要觀察小到 nm的粒子世界，縱向上要觀察長達數(shù)十萬年的天體演化，短到 s的瞬間反應。此外，還

24、出現(xiàn)了對深化物質(zhì)認識、開拓新能源、新材料等具有重要作用的各種極端技術(shù)研究，如超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、超強磁場、超弱磁碭等等。顯然，要獲取大量人類感官無法直接獲取的信息，沒有相適應的傳感器是不可能的。許多基礎(chǔ)科學研究的障礙，首先就在于對象信息的獲取存在困難，而一些新機理和高靈敏度的檢測傳感器的出現(xiàn)，往往會導致該領(lǐng)域的突破。一些傳感器的發(fā)展，往往是一些邊緣學科開發(fā)的先驅(qū)。 傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護、資源調(diào)查、醫(yī)學診斷、生物工程、甚至文物保護等等極其之泛的領(lǐng)域?？梢院敛豢涞卣f，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各種復雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個現(xiàn)代化項目，都離不

25、開各種各樣的傳感器。 由此可見，傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟、推動社會進步方面的重要作用，是十分明顯的。世界各國都十分重視這一領(lǐng)域的發(fā)展。相信不久的將來，傳感器技術(shù)將會出現(xiàn)一個飛躍，達到與其重要地位相稱的新水平。本次試驗機選用負荷傳感器，負荷傳感器是傳感器的一種，在力的測量，傳遞，校準和稱重技術(shù)中有著廣泛的應用。例如，在國外的各種力標準機的力值對比中用負荷傳感器可以使比對精度由提高到量級。因此，穩(wěn)定性高，糯變小的負荷傳感器已成為力值傳遞不可缺少的手段。同樣，在各種稱量技術(shù)中也大量的使用負荷傳感器。例如：導彈，衛(wèi)星，火箭的稱重，飛機，火車，汽車的稱重，鋼鐵，礦石，煤炭的稱重，各種工業(yè)原料，材料，成品的稱

26、重，各種農(nóng)副產(chǎn)品，糧食，石油，蔬菜，水果等物體的稱重，所有這些稱重正在與日俱增的采用負荷傳感器，以便提高精度，實現(xiàn)自動測量，顯示與控制，因此可以說，在整個測力與稱量技術(shù)中，負荷傳感器幾乎涉與到它的每一個部門。一 應變式負荷傳感器利用應變的變化進行負荷測量的傳感器。目前這種傳感器占負荷傳感器95%以上，因此是我們校準的重點，應變式傳感器和其他類型的傳感器相比有以下特點：（1） 測量圍廣 目前測力圍已達0.05NN; （2） 測量精度高 單項指標已達量級； （3） 性能穩(wěn)定 工作可靠； （4） 適應性好 能在各種環(huán)境條件下工作。這類傳感器可在大加速度和振動條件下工作，只要進行適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計與選用合

27、適的材料，應變式負荷傳感器能在高低溫，強腐蝕與輻射等條件下可靠的工作。 二 壓電式負荷傳感器 壓電效應某些電介質(zhì)物質(zhì)，在沿一定方向受到外力的作用而變形時，部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在其表面上產(chǎn)生電荷，當外力去掉后，又重新回到不帶電的狀態(tài)。這種將機械能轉(zhuǎn)變成電能的現(xiàn)象，稱為“順壓電效應”。相反，在電介質(zhì)的極化方向上施加電場，他會產(chǎn)生機械變形。這種將電能轉(zhuǎn)換成機械能的現(xiàn)象稱為“逆壓電小型”。具有壓電效應的電介質(zhì)稱為壓電材料。在自然界中，石英等幾十種晶體的壓電效應比較強，可使用與實際測量中。壓電式傳感器的測量見圖：壓電式傳感器的信號較小，阻抗相當高，因此，要求用低噪聲的電纜線傳輸信號，電荷放大器的輸入阻

28、抗要足夠高。測量儀器一般用峰值電壓表或峰值指示器。壓電式傳感器的特點：固有頻率高（3060KHZ），上升時間短（720us）;頻率特性好，能測量從準靜態(tài)力到疲勞力，沖擊力等高速動態(tài)力。此外，這種傳感器還具有結(jié)構(gòu)堅持，體積小，質(zhì)量輕，使用壽命長等優(yōu)點。3.2 引伸計引伸計（extensometer) 是測量構(gòu)件與其他物體兩點之間線變形的一種儀器，通常由傳感器、放大器和記錄器三部分組成。傳感器直接和被測構(gòu)件接觸。構(gòu)件上被測的兩點之間的距離kg2kg2為標距,標距的變化kg1kg2(伸長或縮短)為線變形。構(gòu)件變形，傳感器隨著變形，并把這種變形轉(zhuǎn)換為機械、光、電、聲等信息，放大器將傳感器輸出的微小信號

29、放大。記錄器（或讀數(shù)器）將放大后的信號直接顯示或自動記錄下來。引伸計是感受試件變形的傳感器，應變計式的引伸計由于原理簡單、安裝方便，目前是廣泛使用的一種類型。引伸計按測量對象，可分為軸向引伸計、橫向引伸計、夾式引伸計。徑向引伸計：用于檢測標準試件徑向收縮變形，它與軸向引伸計配合用來測定泊松比，它將徑向變形(或橫向某一方向的變形)變換成電量，再通過二次儀表測量、記錄或控制另一設(shè)備。夾式引伸計： 用于檢測裂紋開位移。夾式引伸計是斷裂力學實驗中最常用的儀器之一，它較多用在測定材料斷裂韌性實驗中。精度高，安裝方便、操作簡單。試件斷裂時引伸計能自動脫離試件，適合靜、動變形測量。 一、引伸計結(jié)構(gòu)與工作原理

30、 ：應變片、變形傳遞桿、彈性元件、限位標距桿、刀刃和夾緊彈簧等。測量變形時, 將引伸計裝卡于試件上, 刀刃與試件接觸而感受兩刀刃間距的伸長,通過變形桿使彈性元件產(chǎn)生應變, 應變片將其轉(zhuǎn)換為電阻變化量, 再用適當?shù)臏y量放大電路轉(zhuǎn)換為電壓信號。二、引伸計規(guī)格：距兩刀口初始間距量程最大伸長量WDW-100引伸計：標距50mm,量程10mm(20%)CSS-2210 引伸計：標距50mm,量程5mm(10%) 三、引伸計使用方法1、對于WDW100配引伸計，首先將標距卡插入到限位桿和變形傳遞桿之間；對于CSS2210配引伸計，首先將定位銷插入定位孔；2、用兩個手指夾住引伸計上下端部，將上下刀口中點接觸

31、試件（試件測量部位），用彈簧卡或皮筋分別將引伸計的上下刀口固定在試件上；3、對于WDW100配引伸計：取下標距卡；對于CSS2210配引伸計：取下定位銷；（切記：實驗前必須檢查，以免造成引伸計損壞）4、在試驗機控制軟件實驗條件選擇界面，對于WDW100選擇變形測量方式：引伸計；對于CSS2210選擇曲線跟蹤方式是載荷變形曲線；5、引伸計信號顯示調(diào)零；6、根據(jù)測量變形的大小選擇放大器衰減檔。 CSS2210引伸計安裝前后3.3 USB7310USB7310 模入接口模塊適用于提供了USB 接口的PC系列微機，具有真正的熱插拔、即插即用（PnP）功能。其操作系統(tǒng)可選用目前流行的 Windows 系

32、列、高穩(wěn)定性的Unix等多種操作系統(tǒng)以與專業(yè)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)LabVIEW 等軟件環(huán)境。在硬件的安裝上非常簡單，使用時只需將USB7310的USB接口插入計算機任何一個USB接口插座中，信號電纜從模塊提供的接口直接接入。USB7310 模入接口模塊允許采用16路單端輸入方式或8路雙端輸入方式。用戶可根據(jù)需要選擇測量單極性信號或雙極性信號。其輸入的模擬信號由模塊的25芯D型插頭直接接入。3.3.1 工作原理USB7310 模入接口模塊主要由模擬多路開關(guān)選通電路、差分放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、開關(guān)量輸入輸出電路和接口控制邏輯電路組成。1 模擬多路開關(guān)選通電路：模擬通道開關(guān)由2片ADG508（或同類產(chǎn)

33、品）與跨接器JP3組成，可以從16路單端信號或8路雙端信號中任選一路，送入差分放大器。2差分放大器電路：差分放大器由1個運算放大器AD620以與相關(guān)的電阻組成一個標準的儀用差分放大器，用以對通道開關(guān)選中的模擬信號進行變換處理。3模數(shù)轉(zhuǎn)換電路：12位逐次逼近式AD轉(zhuǎn)換器ADS774片自帶精密基準源，并經(jīng)激光修調(diào)，具有較高的轉(zhuǎn)換速率和轉(zhuǎn)換精度，其轉(zhuǎn)換時間僅為8.5S。AD轉(zhuǎn)換器由程序啟動，其轉(zhuǎn)換狀態(tài)的結(jié)束可由程序查詢讀出或產(chǎn)生結(jié)束中斷申請。AD轉(zhuǎn)換器的模擬輸入信號幅度由跨接器JP1選擇， AD 轉(zhuǎn)換后的輸出代碼形式由跨接器JP2選擇，可分別輸出二進制原碼或雙極性偏移二進制碼。電位器W1用于單極性零

34、點調(diào)節(jié)，W2用于滿量程增益調(diào)節(jié),W3用于雙極性偏移調(diào)節(jié)。4開關(guān)量輸入輸出電路：本模塊還提供了各8路的開關(guān)量輸入輸出信號通道。使用中需注意對這些信號的要求應嚴格符合TTL 電平規(guī)。5 接口電路：接口電路用來將USB總線控制邏輯轉(zhuǎn)換成與各種操作相關(guān)的控制信號。3.3.2 主要技術(shù)指標 1 USB指標1.1 處理器芯片： AN2131QC1.2 通訊方式： USB接口1.3 通訊距離： 小于5米1.4 通訊協(xié)議： USB1.11.5通訊最大速率：1M Byte / 秒 ，即 8M bps的波特率2模入部分(標*為出廠標準狀態(tài)，下同)2.1輸入通道數(shù)：單端16路*；雙端8路2.2 輸入信號圍： 0V1

35、0V*；5V5V； -10V10V2.3 輸入阻抗：10M2.4 AD轉(zhuǎn)換分辨率：12位2.5 AD轉(zhuǎn)換速率：8.5S2.6 AD啟動方式：程序啟動2.7 AD轉(zhuǎn)換非線性誤差：1LSB2.8 AD轉(zhuǎn)換輸出碼制：單極性原碼*雙極性偏移碼2.9 系統(tǒng)綜合誤差：0.1 F.S3 開關(guān)量部分3.1 輸入路數(shù)：8路TTL電平3.2 輸出路數(shù)：8路TTL電平4 電源功耗：5V(10)500mA5 環(huán)境要求：工作溫度： 1040相對濕度： 4080存貯溫度： -55853.3.3 安裝與使用注意本模塊的安裝十分簡便，無需將主機機殼打開，也無需關(guān)電，將本模塊插入主機的任何一個空余USB接口插座即可。本模塊采用

36、的模擬開關(guān)是COMS 電路，容易因靜電擊穿或過流造成損壞，所以在打開模塊盒或用手觸摸本模塊電路板時，應事先將人體所帶靜電荷對地放掉，同時應避免直接用手接觸器件管腳，以免損壞器件。本模塊USB接口允許從計算機上帶電插拔。模塊上有3個跨接選擇器，使用中應嚴格按照說明書進行設(shè)置操作。設(shè)置模塊跨接套和安裝接口帶纜時均應在關(guān)電狀態(tài)下進行。當模入通道不全部使用時，應將不使用的通道就近對地短接，不要使其懸空，以避免造成通道間串擾和損壞通道。為保證安全與采集精度，應確保系統(tǒng)地線（計算機與外接儀器機殼）接地良好。特別是使用雙端輸入方式時，為防止外界較大的共模干擾，應注意對信號線進行屏蔽處理。3.3.4 使用與操

37、作1 主要可調(diào)整元件位置見圖12指示燈(LED)的用途：紅燈亮 指示3.3V電源工作正常 黃燈亮 指示模塊程序工作正常3 跨接器的使用：3.1 AD量程選擇：本卡由這兩個跳線JP1（下）、JP2（上）組合實現(xiàn)A/D量程與單雙極性的變化，其使用方法見圖2。3.2單端雙端方式選擇:JP3為單端雙端方式選擇插座，其使用方法見圖3。3.3.5 調(diào)整與校準1零點校準：將任一通道對模擬地短接(單端方式時)同時對該通道進行AD轉(zhuǎn)換，調(diào)整W1電位器，使其轉(zhuǎn)換結(jié)果為“0”或“1”(稍微偏正1個碼為好)。2 滿度校準：在任一通道接入一接近正滿度的穩(wěn)定正電壓信號，運行程序?qū)υ撏ǖ啦蓸?。調(diào)整W2使AD轉(zhuǎn)換讀數(shù)值等于或

38、接近外加信號電壓。3 雙極性校準：如果測量雙極性信號時偏差較大，應在零點和滿度已校準好的基礎(chǔ)上分別加入正、負信號并反復調(diào)整W3使其符合要求。3.3.6 軟件軟件安裝: USB7310模塊在硬件安裝完成后還需進行軟件安裝，其具體安裝步驟如下： 1. 將模塊USB接口插入計算機USB插座。 2. 啟動計算機，操作系統(tǒng)將自行檢測新安裝的硬件，并彈出”添加新硬件向?qū)А睂υ捒?在“添加新硬件向?qū)А睂υ捒虺霈F(xiàn)時，點擊“下一步”按鈕。 3. 選中“顯示指定位置的所有驅(qū)動程序的列表.”單選鈕，點擊“下一步”按鈕。 4. 點擊“下一步”。 5. 點擊“從軟盤安裝”按鈕，彈出“從磁盤安裝”對話框。 6. 點擊“瀏覽”按鈕，選擇“Usb7kC.inf”所在的目錄（光盤USB