基于数字锁相的应变放大测量

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第 3 4卷第 4期20 0 8年 7月

中国测试技术C N ME UR HI A AS EME NT& TE T NG TE HNOL SI C OGY

Vo .4 No4 13 .

J l 0 8 uy 2 0

基于数字锁相的应变放大测量向锷，陈建政，任愈 (西南交通大学牵引动力国家重点实验室，四川成都 6 0 3 ) 10 1摘要：为解决数据采集现场噪声大，布线安装困难的情况，将数字锁相应用于高精度的应变放大测量中。由于锁

相放大在干扰较大的应用现场是最易于实现高精度检测的方法之一，因此在模拟锁相的基础上推出对应变桥路的数字锁相放大检测原理，并根据此原理利用 A 8 3放大器和 C 0 10 1片机设计了一个实用的数字锁相测量 D21 8 5 F6单系统，系统的分辨率和精度大为提高，该有效地降低了现场测试中干扰与布线的难度。

关键词：应变测量；模拟锁相放大；数字锁相；单片机；交流调制中图分类号： M9 5 7 T 3 . T 3 .;M9 4 1 2 文献标识码： A文章编号：6 2- 8 ( 0 8 0— 12 0 17 - 9 4 2 0 ) 4 0 3— 3 4t ba e o a g￣ s d n ii lc i o k- n

St a n m p iyi g ri a lf n

XI ANG E, C N Ja—h n HE in z e g, R EN Yu

( rco o e t eK yL brt y Suh etJ oog U i r t, hn d 10 1C i ) Tatn P w rSa e aoa r,o t s i tn n esy C e gu 6 03,hn i t o w a v i aAb t a t T s le os it r r n e n a a c u st n. t e u h r a p id h te r O d gt l c i sr c: o ov n ie ne f e c i d t a q ii o e i h a t o s p l t e h o y f i i l o k— n e a a l y n t t i me s r me t a d e i n a ih c u a y sr i me s r g s se mp i i g o r n f s a a u e n n d sg hg a c r c t n a a u n y tm.L c— n a l yn s n i o k i mp i ig wa o e f o te a is f h e se t meh d t i l me

t ih r cso d tc ig n h e vr n n wi s v r i tr r n e T e t o s o mpe n hg p e iin ee t i te n i me t t n o h e e e ne e e c . h f

pp ri rdcd t e c n r c l o h i t ok i a l e o t si r g ae n t ho f ae n oue h d t t g p ni e fte dgM lc -n mpf r fses g b de b sd o h ter o t e ei i p i i i r n i e y aa glc -n a pi n ei ig o apata dga lc—n m au n yt s g a pie D 2 ad n l ok i m ly ad ds nn f rccl i t ok i esr g ss m ui m l rA 8 3 n o f g i il i e n f 1S M 0 0 1 i a y g v u e d ti o ad r tu tr . C C8 5 F 6,f H a e o tt ea l f h r wae s cu 1 n h r e

K y w rs t s m au n;A a g l k i m ly i t ok i;S M;A o ua e o d:Sr s e sr g nl o -n a pi;Dga lc—n C e i o c f i l C m dl e t

1引言

抗干扰性强的检测模块。本文利用单片机实现对缓

在现代的各种生产和试验中，应变力的测量是不可缺少的。在很多控制系统中，有的控制都是所基于应变力的检测。例如，车的各种参数检测都火基本基于各部分的受力检测和位移检测。而目前利用应变片组桥检测力是最常用，也是最有效的方法。 应变桥路检测时常用的桥路激励有三种：直流电压、恒流源及交流电压。其中直流电压激励电路最为简单，抗干扰能力较差，以实现高精度测量；但难 恒流源激励较为复杂，线性度好并可以降低由于但桥路引线及接触电阻引起的误差；流电压激励电交路最为复杂，是可以消除系统中器件的直流误差但

变力的高精度测量，采用 C 0 10 1 C 0 1 10 8 5F 6和 85F 2单片机构成数字锁相放大器达到轮对力检测要求。

2系统的组成及基本原理 D转换

结果计算

图 1系统组成框图

21信号调制

部分 .

及温升带来的误差，大大提高系统的精度，是前两种方法不可比拟的。测力轮对是检测轮轨力最常用有效的方法，但是由于轮对的结构及现场的情况，要求检测系统要体积小便于安装布线，度高，干精抗扰陛强。因而需要设计制作一种体积较小，精度高，收稿日期：0 7 1— 2收到修改稿日期：0 8 0— 7 20— 0 2; 20— 10

信号调制部分由正弦波产生、滤波及放大和桥路四部分组成。 由于大部分信号都可以分解为正弦信号叠加， 在此以正弦信号来表示应变信号。 假设桥路输出为：( ) s ot t= i9 n1

作者简介：向

锷 ( 9 9 )男，士研究生， 17一，硕专业方向为信号

交流激励为：5 t= io ( 2> ) ( ) s 9 t O> 1 n2 9

采集、测试分析及各种控制系统设计等。

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第3 4卷第 4期

向

锷等：基于数字锁相的应变放大测量

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所以桥路输出为： ( ) s ot s t￡ 12 c s∞l∞ )— t= i ) i o=/[o (+ 2 t nl n2 CS∞1∞ )] O(一 2t22信号放大及滤波部分 .

将这些信号数字化，进行数字锁相相关运算。以数字计算代替后来的解调电路，可得到以下结果。 同上有：( ) 5 t+ rt= it+ t= t: ( )^( ) s o N( ) nts ( t+ rt i 2 n )^( )

系统的放大分为两个部分：置放大及二级放前大，在两级放大之间加了低通滤波。设放大倍数为 A,。而滤波器的衰减系数为 A,以在二级放大后 所的系统输出为：( ) s ol s t= 2 12 c s∞1 t= i ) i o t A1A /[o (+ n t n2 )- O (一 2t t CS∞1∞ )]23信号采集及锁相计算部分 .

同频参考正弦信号 ( ) s ( t￡=i 2 n )同频参考余弦信号 S( ) CS 2 t ct= O( )

以采样信号对信号进行离散化处理：=o, ^手取q r, -

个期M (‘)采采间为= I得周，=^次样，样隔 gr _到信号序列 x k: ()(= i( t)Ⅳ( t) k) s 2 n k,+ k,=

传统的模拟锁相放大器在信号调制放大后就

由相敏检波

器、正交相敏检波器、低通滤波计算及输出几部分组成。相敏检波器的参考输入信号就是与调制信号同频的信号 5 …… 此处隐藏：5036字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……