【正文】 地，可以分為金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩大類。金屬電阻應(yīng)變片按照結(jié)構(gòu)形式分為絲式、箔式和薄膜式三種。由于超高壓水切割系統(tǒng)高壓缸發(fā)生的形變很小，而且要測(cè)圓軸型缸體的應(yīng)力，因此選用BA1203A 11箔式應(yīng)變片，該類的敏感柵是通過光刻、腐蝕等工藝制成。，（a）所示，箔片應(yīng)變片面積大，散熱性好，允許通過較大的電流。由于厚度薄，因此具有很好的可繞性，靈敏度系數(shù)較高。箔式應(yīng)變片根據(jù)需要可以制成任意形狀，適合超高壓系統(tǒng)高壓缸應(yīng)力測(cè)試需求。在用應(yīng)變片測(cè)試應(yīng)力時(shí)最重要的是掌握好應(yīng)變片的粘貼方法，選擇粘貼劑要抗剪能力強(qiáng)，能正確傳遞應(yīng)力；絕緣良好；形變能力大；蠕變??；粘貼固化工藝簡(jiǎn)單方便。應(yīng)變片的粘貼工藝包括：試件表面的打磨，畫中心線，涂膠貼片，檢查貼片質(zhì)量，貼接線端子，焊接引出線，焊接導(dǎo)線，（b）所示。 （a） （b） 箔式應(yīng)變片BA1203A 11型應(yīng)變片的主要技術(shù)參數(shù)：輸出：電阻值；補(bǔ)償方法：溫度補(bǔ)償；電橋結(jié)構(gòu)：全橋；靈敏度1/1000；工作溫度：80～100℃；（1）振動(dòng)傳感器的工作原理 測(cè)量振動(dòng)信號(hào)時(shí)，通?？梢赃x用電渦流位移傳感器、壓電加速度傳感器或集成加速度傳感器。加速度傳感器基本工作原理就是根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律: F=ma (310)當(dāng)加速度計(jì)受到振動(dòng)或沖擊時(shí)，由于慣性的作用，質(zhì)量塊施加給振動(dòng)傳感器敏感元件的力F與a成正比，而壓電晶體則產(chǎn)生與受力大小成正比的電荷量。通過測(cè)量晶體上的電荷變化量，可測(cè)得這個(gè)慣性力F，進(jìn)而可測(cè)得振動(dòng)的加速度值。（2）振動(dòng)傳感器的選型本文振動(dòng)信號(hào)的采集選用江蘇聯(lián)能電子技術(shù)有限公司生產(chǎn)的螺栓固定型CAYD128加速度傳感器。內(nèi)裝ICP電路電壓式傳感器是國(guó)際上新興的機(jī)電一體化測(cè)量傳感器。除了體積小、剛度大、頻響寬、靈敏度高、使用方便等優(yōu)點(diǎn)外，還有一系列優(yōu)點(diǎn):1)低阻抗允許在惡劣環(huán)境下使用超長(zhǎng)電纜傳輸信號(hào)2)固定的電壓靈敏度與電纜的長(zhǎng)度與電容無(wú)關(guān)3)作為二線制系統(tǒng)，能適配通用的廉價(jià)同軸電纜4)低阻抗的電壓輸出能與通用的儀器和采集卡兼容5)系統(tǒng)成本低，只需配接低成本的恒流源，省去了昂貴的電荷放大器 CAYD128加速度傳感器ICP型加速度傳感器經(jīng)配接的恒流源適調(diào)儀輸出的是去掉了直流分量的交流電壓量，但是應(yīng)用到具體的測(cè)試，仍需進(jìn)行濾波、放大等處理。本文的被測(cè)對(duì)象—超高壓水切割系統(tǒng)的振動(dòng)加速度較大，頻率成分主要集中在幾赫茲到幾百赫茲范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)了信號(hào)截止頻率為800Hz的低通濾波器。 精密的ICP型加速度傳感器更是內(nèi)置了低通濾波電路，使得外圍的信號(hào)調(diào)理電路變得簡(jiǎn)單，甚至在較為簡(jiǎn)單的應(yīng)用中可以直接省略信號(hào)調(diào)理電路，因而在振動(dòng)測(cè)試中被廣泛應(yīng)用。 CAYD28型加速度傳感器主要技術(shù)指標(biāo):靈敏度：10mv/ms2。工作電壓：12～24V；工作電流：2～1OmA；～8000Hz； 信號(hào)調(diào)理電路 信號(hào)調(diào)理電路的選型原則調(diào)理是指將信號(hào)進(jìn)行電學(xué)處理，調(diào)整至后續(xù)數(shù)據(jù)采樣部件能用或能驅(qū)動(dòng)記錄設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，即信號(hào)調(diào)理的過程是將微弱信號(hào)放大（或信噪分類），轉(zhuǎn)化為后續(xù)儀表可以直接利用的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì)原則，是對(duì)有用信號(hào)起增益作用，對(duì)噪聲干擾起抑制作用，信噪比是它的一項(xiàng)重要指標(biāo)。從傳感器得到的信號(hào)進(jìn)入數(shù)據(jù)采集設(shè)備之前要經(jīng)過調(diào)理。信號(hào)調(diào)理的方法包括放大、隔離、濾波、激勵(lì)、線性化等。由于不同的傳感器有不同的特性，因此除了這些通用的功能，還要根據(jù)具體傳感器的特性和要求來(lái)選用特殊的信號(hào)調(diào)理功能。（1） 放大對(duì)微弱信號(hào)都要進(jìn)行放大，以提高分辨率，并使調(diào)理后信號(hào)的電壓范圍與ADC的電壓范圍相匹配。信號(hào)調(diào)理模塊應(yīng)盡可能靠近信號(hào)源或傳感器，使得信號(hào)在受到傳輸信號(hào)的環(huán)境噪聲影響之前被放大，從而提高信噪比。（2） 隔離隔離是指使用變壓器、光或電容耦合等方法在被測(cè)系統(tǒng)和測(cè)試系統(tǒng)之間傳遞信號(hào)，避免直接的電連接。使用隔離的原因有兩個(gè)：一是從安全的角度考慮；另一個(gè)是使從數(shù)據(jù)采集卡讀出來(lái)的數(shù)據(jù)不受地電位和輸入模式的影響。如果數(shù)據(jù)采集卡的地與信號(hào)地之間有電位差，而又不進(jìn)行隔離，那么就有可能形成接地回路，引起誤差。（3）濾波濾波的目的是從測(cè)量的信號(hào)中除去不需要的頻率成分。大多數(shù)信號(hào)調(diào)理模塊有低通濾波器，用來(lái)濾除噪聲。為了濾除信號(hào)中需要的最高頻率以上的所有頻率的信號(hào)，采用抗混疊濾波器。某些高性能的數(shù)據(jù)采集卡自身帶有抗混疊濾波器。（4）激勵(lì)信號(hào)調(diào)理設(shè)備通常能夠?yàn)槟承﹤鞲衅魈峁┧璧募?lì)信號(hào)，比如應(yīng)變傳感器、熱敏電阻等需要外界電源或電流激勵(lì)信號(hào)的傳感器。（5）線性化許多傳感器對(duì)被測(cè)量的響應(yīng)是非線性化的，因而需要對(duì)其輸出信號(hào)進(jìn)行線性化，并補(bǔ)償傳感器帶來(lái)的誤差。（6）多路復(fù)用功能多路復(fù)用是使用單個(gè)測(cè)量設(shè)備來(lái)測(cè)量多個(gè)信號(hào)的常用技術(shù)。模擬信號(hào)的信號(hào)調(diào)理硬件常對(duì)如溫度這樣緩慢變化的信號(hào)使用多路復(fù)用方式。ADC采集一個(gè)通道后，轉(zhuǎn)換到另一個(gè)通道并進(jìn)行采集，然后再轉(zhuǎn)換到下一個(gè)通道，如此往復(fù)。由于同一個(gè)ADC可以采集多個(gè)通道而不是一個(gè)通道，每個(gè)通道的有效采樣速率和所采樣的通道數(shù)呈反比。（7）數(shù)字信號(hào)調(diào)理即使傳感器直接輸出數(shù)字信號(hào)，有時(shí)也有必要進(jìn)行調(diào)理。其作用是將傳感器輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行必要的整形或電平調(diào)整。大多數(shù)數(shù)字信號(hào)調(diào)理模塊還提供其他一些電路模塊，這使得用戶可以通過數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)字I/O直接控制超高壓系統(tǒng)的電磁閥、電動(dòng)機(jī)和開關(guān)等外部設(shè)備。數(shù)字濾波是信號(hào)處理的一個(gè)重要內(nèi)容，在某些方面它已經(jīng)可以取代模擬濾波器，尤其在一些需要靈活性和編程能力的領(lǐng)域內(nèi)。與模擬濾波器相比，數(shù)字濾波器具有下列優(yōu)點(diǎn)：①可以用軟件編程；②穩(wěn)定性高，可預(yù)測(cè)；③不會(huì)因溫度、濕度的影響產(chǎn)生誤差，不需要高精度元件；④很高的性能價(jià)格比。數(shù)字濾波器可分為兩大類：一類是無(wú)限沖激響應(yīng)（IIR）或者遞歸數(shù)字濾波器，另一類是有限沖激響應(yīng)（FIR）或者非遞歸數(shù)字濾波器。前者有較平坦的幅頻特性，而后者可以實(shí)現(xiàn)相位不失真[17]。[18]超高壓測(cè)試系統(tǒng)所需傳感信號(hào)有電壓信號(hào)，電流信號(hào)，壓力信號(hào)，溫度信號(hào)等，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試伴有噪聲信號(hào)干擾，同時(shí)根據(jù)選型原則，該系統(tǒng)選用SCXI調(diào)理模塊SCXI1121和SCXI1125。SCXI1121有四個(gè)隔離的輸入通道，每個(gè)通道都帶有激勵(lì)源。，將電阻信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榫_的電壓信號(hào)，以4線制方式測(cè)出此電壓，經(jīng)隔離、放大、抗噪聲濾波后送到數(shù)據(jù)采集卡。SCXI1125有8個(gè)隔離的輸入通道，在輸入端子SCXI1138的配合下，將變送器輸出的420mA電流轉(zhuǎn)變?yōu)?5V電壓，％精度對(duì)其進(jìn)行測(cè)量。按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，測(cè)量吸排壓力的誤差小于177。％即可（測(cè)量油壓的誤差小于177。％），故SCXI1125也用來(lái)測(cè)量氣壓、油壓。此外，SCXI1125的5V輸入通道還可用來(lái)測(cè)量經(jīng)互感器和變送器變換的交流電流、交流電壓和功率等強(qiáng)電量。NI儀器公司的SCXI—1520的技術(shù)性能如下：（1）一個(gè)八通道的通用應(yīng)變電橋輸入模塊，提供基于應(yīng)變電橋的初級(jí)或高級(jí)應(yīng)變測(cè)試。通過這個(gè)模塊可以獲得來(lái)自應(yīng)變、載荷、力、扭矩和壓力傳感器的信號(hào)。（2）為了能夠精確的進(jìn)行應(yīng)變測(cè)試，SCXI1520為每個(gè)通道提供了可編程控制的放大器，增益調(diào)整在X1到X1000之間，共有48個(gè)檔。（3）各通道010V的可編程激勵(lì)源。（4）可編程控制的四階巴特沃斯低通濾波器。濾波器截止頻率為10Hz，100Hz,1000Hz,或者10KHz。（5）SCXI1520在模塊中提供了半橋補(bǔ)償電阻，在SCXI1314接線板中提供了1/4橋的350?和120?的補(bǔ)償電阻。（6）為每個(gè)通道提供了自動(dòng)零調(diào)整電路，遙感功能以及并聯(lián)標(biāo)定電路。（7）具有同步采樣保持電路，可滿足同時(shí)采樣要求。 數(shù)據(jù)采集卡 數(shù)據(jù)采集卡選型原則要將數(shù)據(jù)采集到計(jì)算機(jī)，并對(duì)其進(jìn)行合理的組織，需要構(gòu)建一個(gè)完整的數(shù)據(jù)采集（Data AcQuisition，DAQ）系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括傳感器和變換器、信號(hào)調(diào)理設(shè)備、數(shù)據(jù)采集卡（或裝置）、驅(qū)動(dòng)程序、硬件配置管理軟件、應(yīng)用軟件和計(jì)算機(jī)等。使用不同的傳感器和變換器可以測(cè)量不同的物理量，并將它們轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；信號(hào)的調(diào)理設(shè)備可對(duì)采集到的電信號(hào)進(jìn)行加工，使它們適合數(shù)據(jù)采集卡等設(shè)備的需求；計(jì)算機(jī)是測(cè)試硬件平臺(tái)；軟件則控制著整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)，它告知采集設(shè)備什么時(shí)候從哪個(gè)通道獲取數(shù)據(jù)，同時(shí)還對(duì)原始數(shù)據(jù)作分析處理，并將最后結(jié)果表示成容易理解的方式[19]。要組建一個(gè)基于計(jì)算機(jī)的現(xiàn)代測(cè)試系統(tǒng)，性能好的數(shù)據(jù)采集卡是及其重要的因素。數(shù)據(jù)采集卡性能的好壞，主要在于以下幾方面：（1）數(shù)據(jù)分辨率和精度在組建測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，對(duì)測(cè)試結(jié)果有一個(gè)精度指標(biāo)，要達(dá)到這一目標(biāo)，這個(gè)精度需要從整個(gè)系統(tǒng)考慮，不僅涉及到A/D變換的精度，還必須考慮傳感器、信號(hào)放大、采樣保持、多路開關(guān)、參考電壓以及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理等各部分的誤差，要根據(jù)實(shí)際情況確定對(duì)數(shù)據(jù)采集卡的精度要求。另外，數(shù)據(jù)采集卡的分辨率往往高于其精度，分辨率等于一個(gè)量化單位，和A/D變換的位數(shù)直接相關(guān)，而精度包含了分辨率、零位誤差、零漂等各種誤差因素。一般A/D變換系統(tǒng)的分辨率優(yōu)于精度一個(gè)數(shù)量級(jí)或按二進(jìn)制來(lái)說高出2~4位比較合適。（2）最高采樣速度數(shù)據(jù)采集卡的最高采樣速度一般用最高采樣頻率（Hz）來(lái)表示，表示其單通道采樣能使用的最高采樣頻率，這也就限制了該數(shù)據(jù)采集卡能夠處理信號(hào)的最高頻率（最高采樣頻率/2）。如果要進(jìn)行多通道采樣，則能夠達(dá)到的采樣頻率是原最高采樣頻率除以通道數(shù)。所以在選擇這個(gè)指標(biāo)時(shí)，首先要明確測(cè)試信號(hào)的最高頻率及需要同時(shí)采樣的通道數(shù)。（3）通道數(shù)通道數(shù)指能夠同時(shí)采樣的通道數(shù)，根據(jù)測(cè)試任務(wù)選擇。（4）數(shù)據(jù)總線接口類型不同的總線接口類型的數(shù)據(jù)采集卡的接口硬件形式不一樣，數(shù)據(jù)傳遞的規(guī)則和數(shù)據(jù)傳遞的速度也不一樣。（5）是否有隔離好的數(shù)據(jù)采集板卡每個(gè)通道的輸入和輸出端之間帶有隔離放大器。對(duì)于工作在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，選擇具有隔離配置的數(shù)據(jù)采集卡才能保證采集的可靠性。（6）板卡本身是否帶有微處理器自身帶有微處理器（CPU）的數(shù)據(jù)采集卡可以當(dāng)作主機(jī)的下位機(jī)使用，自行控制采樣的進(jìn)行。（7）是否有標(biāo)定功能數(shù)據(jù)采集卡使用一段時(shí)間以后，器件值會(huì)有變化，基準(zhǔn)電壓也可能會(huì)改變，零點(diǎn)會(huì)有漂移。對(duì)于高精度的數(shù)據(jù)采集，需要每隔一段時(shí)間進(jìn)行精度標(biāo)定，好的數(shù)據(jù)采集卡具有自我標(biāo)定功能，但價(jià)格也會(huì)高很多。（8）支持的軟件驅(qū)動(dòng)程序及其軟件平臺(tái)和數(shù)據(jù)采集卡的硬件接口類似，買來(lái)的數(shù)據(jù)采集卡能在什么軟件環(huán)境下使用，使用起來(lái)是否還需要自己編制驅(qū)動(dòng)程序，也是選擇數(shù)據(jù)采集卡很重要的因素。選擇數(shù)據(jù)采集卡的軟件除了和現(xiàn)有的測(cè)試系統(tǒng)軟件兼容以外，還應(yīng)考慮其更廣泛的兼容性和靈活性，以便在其他測(cè)試任務(wù)和系統(tǒng)中也能使用。另外，數(shù)據(jù)采集卡的選擇還有一些常用的指標(biāo)，如輸入電壓的最大范圍、輸入增益的種類、是否有模擬輸出、輸入觸發(fā)的類型等[18]。 數(shù)據(jù)采集卡采集過程 數(shù)據(jù)采集卡通過多路開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換芯片和數(shù)據(jù)緩存（Buffer）幾個(gè)部件將多通道的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并存儲(chǔ)在其緩存中，計(jì)算機(jī)通過LabVIEW中的數(shù)據(jù)采集VI對(duì)數(shù)據(jù)采集卡中的幾個(gè)部件的運(yùn)作進(jìn)行控制，數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)之間通過計(jì)算機(jī)總線實(shí)現(xiàn)通信，交換數(shù)據(jù)和控制信息。 模擬信號(hào)的一個(gè)數(shù)據(jù)采集過程一個(gè)多點(diǎn)多通道波形數(shù)據(jù)采集的過程一般經(jīng)過以下幾個(gè)步驟：（1）數(shù)據(jù)采集VI通知數(shù)據(jù)采集卡相關(guān)的采樣參數(shù)；采樣頻率，即多路開關(guān)進(jìn)行一次掃描的頻率；采樣次數(shù)，即多路開關(guān)掃描的次數(shù)；采樣通道，即多路開關(guān)對(duì)哪些通道進(jìn)行掃描；數(shù)據(jù)緩存的大小，確定每次將多少掃描的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)緩存中。（2）采樣開始，多路開關(guān)對(duì)采樣通道進(jìn)行一次一次掃描，每個(gè)通道采樣一個(gè)點(diǎn)；（3）采樣的模擬信號(hào)送到A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；（4）數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)緩存；（5）重復(fù)（2）（4）的操作，直到采集到了所需的采樣次數(shù)，全部數(shù)據(jù)順序存儲(chǔ)到緩存中；（6）從數(shù)據(jù)采集卡的緩存中讀取數(shù)據(jù)到計(jì)算機(jī)的內(nèi)存中。 數(shù)據(jù)采集卡的選型[20]800MPa超高壓系統(tǒng)測(cè)試進(jìn)行性能測(cè)試時(shí)，輸入信號(hào)既有模擬輸入?yún)⒘?，又有?shù)字輸入?yún)⒘?，并且同時(shí)采集的參量較多，需要外部信號(hào)或軟件的觸發(fā)采樣，測(cè)試的工作性質(zhì)還要求系統(tǒng)應(yīng)有較好的穩(wěn)定性?；谶x卡原則本文選擇NI 6024E數(shù)據(jù)采集卡。NI 6024E是一種性能優(yōu)良，能夠完成信號(hào)采集、數(shù)字信號(hào)的模擬輸出以及定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，適合于組建虛擬應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)。 NI6024E數(shù)據(jù)采集卡NI 6024E有16個(gè)模擬輸入通道（對(duì)差分輸入是8對(duì)模擬輸入通道）。其A/D轉(zhuǎn)換部分的主要性能指標(biāo)如下：① 提供3種信號(hào)輸入方式選擇：?jiǎn)味藷o(wú)參考地輸入、單端有參考地輸入及差分輸入；② 量程：分為177。10V和0～10V兩種，分別對(duì)應(yīng)信號(hào)雙極性輸入方式和單極性輸入方式；③ 分辨率：12位；④ 單通道最大采樣率：200kHz。⑤ 磁盤寫入速度：200KS/s。⑥ 支持的軟件有LabVIEW、LabWindows/CVI、Visual Basic、C/C++等。 測(cè)試系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)[21] 在超高壓數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)，計(jì)算機(jī)控制對(duì)象和測(cè)量信號(hào)分布在各處。信號(hào)線、控制線均可能很長(zhǎng)；其次，在現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)電設(shè)備的啟動(dòng)和工作過程將對(duì)計(jì)算機(jī)產(chǎn)生強(qiáng)烈的干擾。如，大功率電機(jī)、電氣設(shè)備產(chǎn)生的磁場(chǎng)、高壓電氣設(shè)備的電場(chǎng)以及各種電磁波和其他輻射等。這些電磁場(chǎng)的存在和變化以不同途徑和方式混入被測(cè)信號(hào)，使測(cè)試系統(tǒng)出現(xiàn)干擾。如通過輸入、輸出信號(hào)線、電源線和地線，把干擾傳導(dǎo)進(jìn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。如果不采取抗干擾措施，計(jì)算機(jī)是無(wú)法應(yīng)用于測(cè)試系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)的。就會(huì)失去測(cè)試的意義。(1)干擾產(chǎn)生的機(jī)理按干擾作用方式不同，可分為串模干擾和共模干擾兩種。串模干擾是疊加在被測(cè)信號(hào)上的干擾噪聲。被測(cè)信號(hào)Us是指有用的直流信號(hào)或變化緩慢的交流信號(hào)。干擾噪聲是指無(wú)用的、變化很快的、雜亂的交變信號(hào)。串模干擾和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的關(guān)系是在計(jì)算機(jī)的兩個(gè)輸入點(diǎn)之間串進(jìn)一種電壓干擾，即USN=US+UN ,(a)所示。 產(chǎn)生串模干擾的原