O módulo de acondicionamento de sinal da máquina de teste universal é um sistema de medição O "centro de pré-processamento de sinal", o papel central é processar o sinal elétrico bruto fraco e ruído da saída do sensor como um sinal padrão estável, preciso e em conformidade com os requisitos de coleta de dados, estabelecendo a base para a conversão modular posterior (conversão A / D) e o processamento de dados. Suas funções foram concebidas em torno de quatro objetivos principais "amplificação de sinal, supressão de ruído, compensação de erro e adaptação de sinal", com a seguinte análise funcional específica (combinando cenários práticos do dispositivo e detalhes técnicos):

Funções principaisAmplificação de sinal fraco (função básica)

Princípio de função:

O sinal de saída dos sensores de força e extensômetros é um sinal analógico fraco (geralmente Classes de μV, como uma carga de 1000N corresponde a um sinal de 100μV), enquanto os conversores A/D reconhecem sinais fracos com uma precisão extremamente baixa e são vulneráveis a distorções de dados. O módulo de condicionamento de sinal aumenta o sinal fraco até o nível de mV (geralmente 1.000 a 10.000 vezes) através de um amplificador programável (PGA), melhorando a relação sinal-ruído e a reconhecibilidade do sinal.

Principais detalhes técnicos:

Multiplicador de ampliação ajustável: suporte de acordo com o tipo de sensor (por exemplo, sensor de força, extensômetro) e cenário de teste (carga pequena)Carga elevada) Ajuste manual ou automático do multiplicador de amplificação (por exemplo, 1000, 5000 ou 10000 vezes) para garantir que os sinais de diferentes amplitudes sejam amplificados com precisão;

Alta precisão de ganho: amplificação de erros multiplicadoresMenor ou igual±0,1% para evitar erros de medição devido ao desvio do multiplicador de ampliação (por exemplo, um erro de ampliação de 1000 vezes de ±0,5% pode levar diretamente a erros de medição do valor da força)Até ±0.5%）；

Baixa corrente de desvio de entrada:≤1nA， Reduzir o impacto da carga no sinal de saída do sensor (evitando que o sinal do sensor seja "puxado para baixo" ou distorcido).

Aplicação:

Testes de carga pequena (comoTeste de tracção de micro-mola abaixo de 10N): o sinal de saída do sensor é de apenas alguns μV e precisa ser amplificado de 10.000 a dezenas de mV para ser identificado com precisão pelo conversor A/D;

Medição de tensão (por exemplo, teste de tensão de submissão de metais): o sinal de saída do extensômetro é normalmente≤10μV， Ampliação múltipla elevada é necessária para capturar mudanças de tensão microscópica.

Funções principais2: Supressão de ruído e filtragem (melhorar a pureza do sinal)

Princípio de função:

Há uma grande quantidade de interferência eletromagnética no ambiente de teste (por exemplo, ruído de alta frequência gerado por servomotores, fontes de alimentação e conversores de frequência), ruído de vibração mecânica, que se sobrepõe ao sinal original do sensor, resultando em um sinal "Distorção" (por exemplo, flutuação serrada na curva do valor da força). O módulo de acondicionamento de sinal é projetado através de circuitos de filtro e blindagem eletromagnética para filtrar ruído inútil e manter o sinal eficaz.

Principais detalhes técnicos:

Múltiplos modos de filtro:

Filtro de baixa passagem (principal): filtra ruído de alta frequência acima da frequência definida (por exemplo, frequência de corte)1kHz、5kHz）， Adaptar-se a diferentes velocidades de teste (baixa velocidade de teste selecionar baixa frequência de corte, alta velocidade de teste selecionar alta frequência de corte);

Filtro de Frequência (50Hz / 60Hz): interferência de frequência de trabalho gerada pela tensão da rede de filtro especial (como ruído de 50Hz na rede de 220V de laboratório), é um método comum de filtragem de fonte de interferência;

Filtro notch: filtra com precisão para interferências em frequências específicas, como ruído de 100 Hz causado pelo funcionamento do motor, para evitar que o sinal seja afetado;

Alta proporção de supressão comum (CMRR）：≥ 120dB@50Hz inibir a interferência do modo comum (como interferência terrestre em ambas as extremidades do cabo do sensor) para garantir a precisão da amplificação diferencial do sinal;

Projeto de blindagem: a carcaça do módulo usa uma capa de blindagem metálica, o cabo escolhe um fio de blindagem duplo, resistência a terra≤4Ω, reduzindo ainda mais a interferência eletromagnética.

Aplicação:

Teste de máquinas hidráulicas de grande carga: ruído de alta frequência gerado pelo funcionamento da bomba hidráulica (≥1kHz）， É necessário filtrar através de um filtro de baixa passagem (frequência de corte 1kHz) para evitar flutuações de dados de valor de força;

Teste de tensão de precisão: ruído eletromagnético ambiental (por exemplo, computador, conversor de frequência) pode levar à deriva do sinal de tensão, que precisa passar pelo filtro de frequência de trabalho+ Projeto de blindagem para controlar os erros de medição da tensão dentro de ±1 μm/m.

Funções principais3: Compensação de erros de sinal (corrigem de desvios do sistema)

Princípio de função:

Os próprios sensores apresentam erros inerentes, como desvios de temperatura e desvios de ponto zero, e os módulos de regulação de sinal corrigem esses erros do sistema através de circuitos de compensação de hardware e algoritmos de calibração de software para garantir a precisão do sinal.

Principais detalhes técnicos:

Compensação de temperatura:

Compensação de hardware: sensores de temperatura integrados e resistência de compensação quando a temperatura ambiente muda (como23 ℃ ± 5 ℃), ajustar automaticamente a tensão de ganho ou desvio do circuito de amplificação para compensar a deriva de temperatura do sensor (por exemplo, a variação de temperatura do sensor de força de 10 ℃, a deriva ≤ 0,005% FS);

Compensação de software: através do armazenamento do coeficiente de calibração, a correspondência entre temperatura e erro é gravada no programa e os valores de medição são corrigidos em tempo real;

Compensação de ponto zero e calibração:

Suporta a calibração manual ou automática de ponto zero (por exemplo, zero de carga vazia antes do teste), corrige o deslocamento de ponto zero do sensor (por exemplo, saída quando o sensor está sem carga após uso prolongado)sinal de 0,1 μV, com compensação de ponto zero);

Suporta a calibração de sinais padrão externo (por exemplo, a entrada de sinais de tensão padrão conhecidos, a precisão de ganho do circuito de amplificação de calibração);

Compensação de linearidade: corrige erros não lineares no sensor e no circuito de amplificação (como a relação não linear entre a saída do sensor e a quantidade física real), controlando erros de linearidade em Dentro de ± 0,02% FS.

Aplicação:

Ensaios ambientais de alta temperatura (por exemplo, com testes ambientais de alta temperatura e baixa temperatura): variação de temperatura- 70 ° C ~ 300 ° C, a compensação de temperatura deve garantir que o valor da força / sinal de deslocamento não seja afetado pela temperatura;

Testes contínuos a longo prazo (por exemplo, linhas de produção)Inspeção de qualidade 24 horas): o ponto zero do sensor se desvia lentamente ao longo do tempo e o desvio precisa ser corrigido através da calibração automática do ponto zero (zero a cada 100 testes).

Funções principais4: Adaptação e conversão do sinal (correspondência ao link de captação posterior)

Princípio de função:

O tipo de sinal de saída do sensor (por exemplo, sinal diferencial, sinal de extremo único) e a amplitude podemOs requisitos de entrada do conversor A/D não correspondem e o módulo de regulamento de sinal adapta o sinal como um sinal padrão que o conversor A/D pode receber através de um circuito de conversão de sinal.

Principais detalhes técnicos:

Tipo de conversão de sinal:

Converte o sinal diferencial do sensor (como a saída diferencial de uma ponte de variação de tensão) em um sinal de uma extremidade (como um sinal de referência terrestre) para adaptar-se à maioriaRequisitos de entrada do conversor A/D;

suporte ao sinal de corrente (4 ~ 20mA) e a conversão do sinal de tensão (0 ~ 10V) (alguns sensores externos são do tipo de saída de corrente);

Pinça de amplitude de sinal: limita a amplitude de sinal ampliada aGama de entrada do conversor A/D (por exemplo, ±10V) para evitar sobrecarga de sinal que cause danos ao conversor A/D ou overflow de dados;

Fornecimento de energia estimulante: Fornecimento de energia estimulante de ponte estável para sensores de tensão (sensores de força, extensômetros) (normalmente)5V ou 10V), estabilidade de tensão de estimulação ≤ ± 0,01% / h, onda de corrugação ≤ 1mV para garantir a estabilidade do trabalho do sensor.

Aplicação:

Tensiométrico externo de alta precisão (tipo de saída de corrente)4 ~ 20mA): é necessário converter o sinal de corrente em sinal de tensão de 0 ~ 10V através do módulo de acondicionamento de sinal e inserir o conversor A / D;

sinais amplificados por múltiplos elevados (como20V): Limite a função de pinça de amplitude a ±10V para evitar exceder a faixa de entrada do conversor A/D (geralmente ±10V).

V. Funções principais5: Controle de captura sincrônica multicanal (adaptado a medições multiparâmetros)

Princípio de função:

A máquina de teste universal precisa sincronizar o valor da força, o deslocamento, a tensão e outros sinais de vários canais (por exemplo, o canal de valor da força, o canal de deslocamento, o canal de tensão), o módulo de acondicionamento do sinal através do circuito de controle sincronizado para garantir que o ritmo de captação do sinal de todos os canais seja consistente e alcance o alinhamento do carimbo do tempo dos dados.

Principais detalhes técnicos:

Paralelismo multicanal: suporte≥3 canais (força, deslocamento, tensão) captura sincronizada, canal de separação ≥100dB, para evitar a interferência de sinal entre canais;

Mecanismo de acionamento sincronizado: Garante que todos os canais iniciem a coleta simultaneamente através de acionamentos de hardware (como sinais de início de teste) ou software, com taxa de amostragem consistente≤±1% (por exemplo, com amostragem de 1000Hz, desvio de taxa de amostragem de cada canal ≤10Hz);

Cache e transferência de dados: módulo de cache integrado (capacidade)≥1MB）， Mantenha os dados coletados sincronicamente em vários canais para evitar a perda de dados devido a velocidades insuficientes e suporte a transferência de alta velocidade para o controlador através de interfaces USB e Ethernet.

Aplicação:

Estresse- Desenho de curva de tensão: é necessário sincronizar os valores de força de captação (cálculo de tensão) e dados de tensão, se o canal não for sincronizado, pode levar ao desvio do ponto de curva (como erro de julgamento do ponto de submissão do metal);

Teste de fadiga dinâmica: é necessário coletar sincronicamente os valores de força e sinais de deslocamento durante o ciclo de carga para garantir que a análise de dados de cada ciclo seja precisa.

Indicadores de desempenho e referência de seleção do módulo de regulamento de sinal

Resumo

O módulo de acondicionamento de sinal da máquina de teste universal conecta o sensor ao sistema de coleta de dados A ponte, cujo valor fundamental é “purificar o sinal, corrigir erros e adaptar a captação”, determina diretamente a precisão e a estabilidade do sistema de medição. As principais funções podem ser resumidas como:

Ampliar o sinal fraco para melhorar a reconhecibilidade;

Filtrar a interferência de ruído para garantir que o sinal seja puro;

Compensar erros de sistema como temperatura e ponto zero;

Tipo de sinal de conversãoValor de amplitude correspondente ao conversor A/D;

Sincronize a coleta multicanal para garantir a precisão das associações de dados.

A escolha deve ser feita de acordo com o nível de precisão do equipamento (comoO equipamento de nível 0.1 deve escolher um módulo de condicionamento com alta CMRR e baixa deriva), parâmetros de teste (como teste de tensão com alto multiplicador de amplificação e baixo ruído) e condições ambientais (como cenários de alta temperatura com forte compensação de temperatura), ao mesmo tempo que exige que o fabricante forneça um relatório de calibração do módulo para garantir que os indicadores de desempenho sejam cumpridos. É necessário verificar regularmente as configurações de parâmetros de filtro e proteção do módulo para evitar distorções de dados de teste devido a falhas do módulo.