【正文】 g阻值確定，計(jì)算公式為式（）；當(dāng)通道全部截止時(shí)，AD524增益為1。當(dāng)INH輸入端＝“1”時(shí)，所有的通道截止。例如，若VDD＝+5V，VSS＝0，VEE＝，則0～～。CD4051有三個(gè)二進(jìn)控制輸入端A、B、C和INH輸入，具有低導(dǎo)通阻抗和很低的截止漏電流。為達(dá)到最好效果, RG 應(yīng)選用低溫度系數(shù)的精密電阻器。(2) AD524增益選擇AD524芯片中集成有精密電阻網(wǎng)絡(luò)，該集成放大器通過(guò)內(nèi)部的高精密電阻設(shè)置1，10，100，1000四種增益，并且可通過(guò)連接適當(dāng)?shù)脑鲆娑说玫蕉喾N組合的增益值，還可通過(guò)連接外部電阻任意設(shè)定增益值。但第二級(jí)兩路電子R3和R5，R4和R6的相對(duì)誤差將引起電路的不對(duì)稱，從而降低共模抑制能力。在集成儀表放大器中，Rg為外接電阻。為了提高電路的抗共模干擾能力和抑制漂移的影響，電路采用上、下對(duì)稱結(jié)構(gòu)，即R1=RR3=RR5=R6 。儀表放大器的工作原理[21]如圖36所示。AD524的基本結(jié)構(gòu)如圖35所示。(1) AD524的基本結(jié)構(gòu)和工作原理AD524是美國(guó)ADI公司推出的一種適用于高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的精密儀表放大器，具有109Ω的高輸入阻抗，能有效的抑制信號(hào)源與傳輸網(wǎng)絡(luò)阻抗不對(duì)稱引入的誤差；單位增益帶寬25MHz，適用于寬頻帶測(cè)量系統(tǒng)；共模抑制比高達(dá)120 dB，；℃，能有效的抑制共模干擾引入的誤差，提高信噪比和系統(tǒng)的精度；具有較高的增益以及較寬的增益調(diào)節(jié)范圍。由于該信號(hào)較弱，必須經(jīng)過(guò)放大，為減弱放大電路對(duì)測(cè)量電橋的影響，該放大電路應(yīng)具有高輸入阻抗的特性，同時(shí)也應(yīng)具有低漂移、較高的精度和較強(qiáng)的抗干擾能力。信號(hào)調(diào)理電路由程控放大電路和程控低頻濾波電路組成。應(yīng)變信號(hào)經(jīng)測(cè)量電橋被轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，但是該信號(hào)一般十分微弱，并且含有高頻干擾信號(hào)。當(dāng)控制輸入端A為0時(shí)，選通X0,Y0這一對(duì)通道，即選擇橋路1；當(dāng)控制輸入端A為1時(shí)，選通X1,Y1這一對(duì)通道，即選擇橋路2。二位二進(jìn)制輸入信號(hào)選通4對(duì)通道中的其中一對(duì)通道，可連接該輸入至輸出。～20V的數(shù)字信號(hào)可控制峰峰值至20V的模擬信號(hào)。該功能通過(guò)4通道數(shù)字控制模擬開(kāi)關(guān)芯片CD4052實(shí)現(xiàn)。為避免模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生回路，模擬電源和數(shù)字電源相互獨(dú)立連接。本穩(wěn)壓電源不僅可以作為測(cè)量電橋的電源，也可以作為TTL和單片機(jī)電路的電源。220V交流市電通過(guò)電源變壓器變換成交流低壓，再經(jīng)過(guò)橋式整流電路和輸入端濾波電容的整流和濾波，在固定式三端穩(wěn)壓器的Vin和GND兩端形成一個(gè)并不穩(wěn)定的直流電壓（該電壓常常會(huì)因?yàn)槭须婋妷旱牟▌?dòng)和負(fù)載的變化等原因而發(fā)生變化）。電路如圖32所示。本設(shè)計(jì)中，采用LM7805CT、LM7815CT、LM7915CT集成穩(wěn)壓器作為穩(wěn)壓器件。 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能[20]測(cè)量電橋的作用是把應(yīng)變片的應(yīng)變信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。 3級(jí)加密位 共8個(gè)中斷源 可編程UART串行通道 時(shí)鐘頻率024MHz 256x8bit內(nèi)部RAM 8k可反復(fù)擦寫(1000次）Flash ROM 它主要有以下功能特性：經(jīng)考慮，我采用了與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MCS51系列單片機(jī)兼容的ATMEL生產(chǎn)的AT89C52型號(hào)單片機(jī)。[18][19]本課題設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)試儀的測(cè)量對(duì)象的頻率并不高。中央處理單元是整個(gè)系統(tǒng)的核心，其處理速度的快慢、存儲(chǔ)能力大小是其重要的性能指標(biāo)。另外可以通過(guò)鍵盤輸入、調(diào)節(jié)參數(shù)。測(cè)量電橋產(chǎn)生的微弱信號(hào)經(jīng)程控放大器放大后，再由程控截止頻率濾波器進(jìn)行濾波，獲得的為模擬信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后成為數(shù)字信號(hào)，送入AT89C52單片機(jī)進(jìn)行處理。其結(jié)構(gòu)如圖31所示。工作應(yīng)變片感受應(yīng)變?yōu)棣?。由UO=0推得R1R4=R2R3，并考慮到 很小， 的二次項(xiàng)可以略去，整理得（214）在應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì)中R1=R2和R3=R4，故式（214）變?yōu)? (215)由于 遠(yuǎn)小于1，因此可得到輸出電壓增量與電阻變化率近似線性關(guān)系（216）設(shè)各應(yīng)變片的靈敏系數(shù)均相等且為KI，各應(yīng)變片的應(yīng)變量分別為εεε3和ε4，則將其代入（216）可得電橋輸出電壓與被測(cè)應(yīng)變的關(guān)系 （217）1 單臂測(cè)量接線法單臂測(cè)量接線法，R1為工作應(yīng)變片，R2為溫度補(bǔ)償片，其阻值和R1相等，R3R4是固定電阻。[12][13][14][15]圖24 直流電橋從ABC半個(gè)電橋來(lái)看，AC間的電壓Ea，流經(jīng)R1的電流為（29）因此 （210）同理 （211）故電橋輸出電壓為（212）設(shè)電橋各橋臂相應(yīng)電阻增量分別為△R△R△R△R4，則由式（212）得直流電橋的電橋輸出電壓UO+△UO為（213）在測(cè)試前一般先將電橋調(diào)平衡，即UO=0。電橋的輸出端一般接高阻抗的放大器，這樣電橋輸出電流很小，可以忽略不計(jì)，認(rèn)為電橋輸出對(duì)角是開(kāi)路的。下面講述直流電橋的工作原理、以及它的幾種組成方法。常用的電路有三種，即電位計(jì)、惠斯登電橋和雙恒流源電路。為此，需把應(yīng)變片接入某種電路。50106/℃的范圍內(nèi)；康銅的加工性能好，易于焊接， 因而國(guó)內(nèi)外多以康銅作為應(yīng)變絲材料。圖22 金屬電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)另外，對(duì)電阻絲材料有如下要求：  ① 靈敏系數(shù)大，且在相當(dāng)大的應(yīng)變范圍內(nèi)保持常數(shù)；  ②ρ值大，即在同樣長(zhǎng)度、同樣橫截面積的電阻絲中具有較大的電阻值；  ③ 電阻溫度系數(shù)小，否則因環(huán)境溫度變化也會(huì)改變其阻值； ④ 與銅線的焊接性能好， 與其它金屬的接觸電勢(shì)?。? ⑤ 機(jī)械強(qiáng)度高， 具有優(yōu)良的機(jī)械加工性能。基片和覆蓋層的材料有膠膜、紙、玻璃纖維布等[11]。箔式金屬電阻應(yīng)變片是利用光刻、腐蝕等工藝制成的一種很薄的金屬箔柵， ～，可制成各種形狀的敏感柵（即應(yīng)變花），其優(yōu)點(diǎn)是表面積和截面積之比大， 散熱性能好，允許通過(guò)的電流較大，可制成各種所需的形狀， 便于批量生產(chǎn)。金屬電阻應(yīng)變片的敏感柵有絲式和箔式兩種形式，如圖22所示。1微應(yīng)變相當(dāng)于長(zhǎng)度為1米的試件其變形為1微米時(shí)的相對(duì)變形量，即1με=106金屬電阻應(yīng)變片由敏感柵、引出線、基底、覆蓋層組成，用粘貼劑粘貼在一起，如圖22所示。 ε—試件的應(yīng)變，是無(wú)量綱的量。“ε與ΔR/R成線性關(guān)系”這是實(shí)驗(yàn)與測(cè)試技術(shù)的一個(gè)重要前提。 將式（23）、式（25）代入式（22），可得 （26）令則： （27）k0—單根金屬絲的靈敏系數(shù)根據(jù)實(shí)驗(yàn)得知：大多數(shù)金屬的k0是一個(gè)常數(shù)，其值隨材料不同而異。[11]如圖2 1所示，一根金屬電阻絲，在其未受力時(shí)，原始電阻值為（21） 式中： ρ——電阻絲的電阻率； l ——電阻絲的長(zhǎng)度； A——電阻絲的截面積。通過(guò)電阻應(yīng)變測(cè)量裝置（簡(jiǎn)稱應(yīng)變儀）可將電阻應(yīng)變片中的電阻值的變化測(cè)定出來(lái)，換算成應(yīng)變或輸出與應(yīng)變呈正比的模擬電信號(hào)（電壓或電流），用記錄儀記錄下來(lái)，也可用計(jì)算機(jī)按預(yù)定的要求進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到所需要的應(yīng)力或應(yīng)變值。電阻應(yīng)變測(cè)量法是將應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電信號(hào)進(jìn)行測(cè)量的方法，簡(jiǎn)稱電測(cè)法。電阻式應(yīng)變儀是目前在測(cè)量力、力矩、壓力、加速度、重量等參數(shù)中應(yīng)用最廣泛的儀器之一。電阻式應(yīng)變儀是利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化的儀器，儀器的構(gòu)造由在彈性元件上黏貼電阻應(yīng)變敏感元件構(gòu)成。動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀也將向著智能化、高精度、高速化、網(wǎng)絡(luò)化等方向發(fā)展。10000με 靜態(tài)測(cè)量精度： 動(dòng)態(tài)測(cè)量誤差：% RAM：32MB NAND Flash：256MB USB從口 可接全橋、半橋 1彩色液晶顯示（”LCD） 圖14西格瑪(sigmar)手持式動(dòng)、靜態(tài)應(yīng)力測(cè)量?jī)x隨著模擬集成電路技術(shù)、無(wú)線電技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展，動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀也向著遠(yuǎn)程遙測(cè)、虛擬儀器方向發(fā)展。其內(nèi)置有鋰電池，能確保該設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)或野外長(zhǎng)時(shí)間工作。手持便攜型如西格瑪(sigmar) 開(kāi)發(fā)的超小型手持式高速動(dòng)、靜態(tài)應(yīng)力/應(yīng)變測(cè)試儀，具有三個(gè)并行通道，有一套具有其自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的操作軟件，可測(cè)應(yīng)力、應(yīng)變，本身可存儲(chǔ)大量測(cè)試結(jié)果，并可通過(guò)USB或Ethernet網(wǎng)口與外界通訊。5通道工作時(shí)采樣速率為10kHz。%(4h)工作環(huán)境溫度：10℃40℃濕度：≤85%供電方式AC220 50Hz外形尺寸 245150364 另外國(guó)內(nèi)的動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀現(xiàn)在也向著多通道擴(kuò)展和手持便攜型的方向發(fā)展。%零點(diǎn)漂移小于177。5000微應(yīng)變),微調(diào)范圍177。 供橋電壓(V) 2,4,8應(yīng)變系數(shù)K=平衡范圍使用電橋電阻的177。%，其相應(yīng)的性能參數(shù)如表11所示。如圖13為北戴河實(shí)用電子技術(shù)研究所開(kāi)發(fā)的SDY2101型通用動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀。同時(shí)，多臺(tái)應(yīng)變儀之間可以用網(wǎng)線互連，實(shí)現(xiàn)通道數(shù)的擴(kuò)展。圖11 DRC3410數(shù)字高速動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀背面板應(yīng)變儀還提供專門的3柵應(yīng)變花專用接口，與TML公司的專用電纜連接單元B723相配合，可以方便的進(jìn)行10個(gè)3柵應(yīng)變花的測(cè)試（即30通道）。DRC3410高速數(shù)字動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀還可以通過(guò)網(wǎng)線多臺(tái)互連，實(shí)現(xiàn)通道數(shù)擴(kuò)展。內(nèi)部存儲(chǔ)器可根據(jù)采樣速度自動(dòng)轉(zhuǎn)換成高速或低速狀態(tài)，并響應(yīng)高速波形和進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量。它具有30個(gè)測(cè)量通道，高速采樣頻率達(dá)1MHz，可測(cè)量0～100kHz的應(yīng)變信號(hào)。對(duì)于動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀，可以達(dá)到30個(gè)通道以上，而且擴(kuò)展功能強(qiáng)大。目前國(guó)內(nèi)應(yīng)變儀做的比較好的有華東儀器廠，靖江東華，揚(yáng)州泰司，北戴河蘭德公司等，國(guó)外有日本東京測(cè)器，日本共和，美國(guó)NEFF公司等。在國(guó)內(nèi)，還不能很好地解決測(cè)量電路和直流電源精度，測(cè)量距離、溫度、濕度對(duì)實(shí)際測(cè)量精度有較大的影響等一系列問(wèn)題。在動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量中，國(guó)際上大都采用直流供電，測(cè)量信號(hào)范圍已達(dá)30KHz，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度高。 國(guó)內(nèi)外應(yīng)變儀的研究現(xiàn)狀以前采用交流電橋，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需電容平衡，很難實(shí)現(xiàn)橋路的自動(dòng)平衡與自動(dòng)標(biāo)定，采用載波放大，相敏檢波，主要是當(dāng)時(shí)直流放大器性能不高，因此只能采用交流放大。（2）一般只能測(cè)量構(gòu)件表面上的應(yīng)變，對(duì)于塑料、混凝土等可安裝內(nèi)埋式應(yīng)變計(jì)的構(gòu)件，可測(cè)量其內(nèi)部應(yīng)變。后來(lái)發(fā)展的其它應(yīng)變傳感元件，如電容應(yīng)變計(jì)等，可用于高溫結(jié)構(gòu)應(yīng)變等長(zhǎng)期測(cè)量，用以制作的各種類型傳感器用于測(cè)量和控制。（8）用電阻應(yīng)變計(jì)配合專門彈性元件可制成各種傳感器，用以測(cè)量力、荷載、壓強(qiáng)、扭矩、位移和加速度等物理量。也可利用無(wú)線電發(fā)射相接收方式進(jìn)行遙測(cè)。（5）頻率響應(yīng)快，可測(cè)量靜態(tài)到500kHz的動(dòng)態(tài)應(yīng)變。（3）測(cè)量應(yīng)變量程大，一般為1％～2％（l04～2l04μm/m），特殊的大應(yīng)變電阻應(yīng)變計(jì)可測(cè)量10％～25％（10l04～25l04μm/m）應(yīng)變量。[5][6] 應(yīng)變電測(cè)的優(yōu)缺點(diǎn)概述應(yīng)變電測(cè)技術(shù)的迅速的發(fā)展，源于電阻應(yīng)變計(jì)的有其自身的優(yōu)點(diǎn)：[7][8]（1）電阻應(yīng)變計(jì)尺寸小、重量輕，一般不會(huì)干擾構(gòu)件的應(yīng)力狀態(tài)，安裝（如粘貼）方便。在此以前，已出現(xiàn)用電阻應(yīng)變計(jì)制作的各種傳感器，后來(lái)還出現(xiàn)其它各種電學(xué)傳感器，用它們可測(cè)量力、壓強(qiáng)、荷重、位移和加速度等物理量。1936年至1938年間，并由美國(guó)Baldwin Lima Hamilton公司專利生產(chǎn)，取它們名字字首命名為SR4型號(hào)。[3][4] 應(yīng)變電測(cè)技術(shù)的發(fā)展在1856年，發(fā)現(xiàn)了電纜的阻值隨海水深度不同而變化，從而對(duì)銅絲和鐵絲進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)，得出結(jié)論:銅絲和鐵絲的應(yīng)變與其電阻變化成不同的函數(shù)關(guān)系，且由于應(yīng)變而產(chǎn)生的微小電阻變化可用惠斯頓電橋進(jìn)行測(cè)量。它加速了力學(xué)科學(xué)及工程測(cè)試數(shù)據(jù)分析自動(dòng)化的技術(shù)基礎(chǔ)。廣泛采用計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)自動(dòng)采集處理等新技術(shù)。應(yīng)變電測(cè)法由于其測(cè)試廉價(jià)、快速、精度高、容易實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和處理自動(dòng)化、實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)，在交通、材料、航空、航天、機(jī)械等重要工程領(lǐng)域的研究中，有著廣泛的應(yīng)用。微弱信號(hào)的測(cè)量以及分析一直是個(gè)難點(diǎn)，如幅值小于10μV的信號(hào)，應(yīng)變測(cè)量就是其中的一類?？梢哉f(shuō)，測(cè)量技術(shù)與自動(dòng)控制水平的高低，是衡量一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志。本測(cè)試儀器具有測(cè)試動(dòng)態(tài)應(yīng)變量、靜態(tài)應(yīng)變量和頻率等功能，適合與多種工程應(yīng)用。本系統(tǒng)在硬件上采用與MCS51系列單片機(jī)兼容的單片機(jī)AT89C52為核心，由中央處理模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、人機(jī)接口模塊和電源模塊五部分構(gòu)成。 雙通道動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)試儀軟硬件設(shè)計(jì)摘 要本文介紹了基于微機(jī)的動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀軟硬件研究與設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)變信號(hào)采集、運(yùn)算、顯示等功能，并采用RS232串行方式與上位機(jī)通訊，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)作進(jìn)一步處理。針對(duì)微弱信號(hào)在硬件選擇上和軟件方面采用相應(yīng)方法來(lái)提高精度和抗干擾能力。軟件由上位機(jī)軟件和下位機(jī)軟件兩部分構(gòu)成。關(guān)鍵詞： 單片機(jī) 動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量 惠斯登電橋 微機(jī)通訊 電橋選擇 自動(dòng)校零Hardware and Software Design of Dualc