碰撞瞬間的撞擊力測量方法

在實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)過程中很多情況需要進(jìn)行一些碰撞、爆炸、突變等一些實(shí)驗(yàn)。而這些實(shí)驗(yàn)過程相對來說都比較短暫常見的力值測量設(shè)備難以對其過程進(jìn)行相關(guān)的測量。

瞬態(tài)數(shù)字測量，把力傳感器和現(xiàn)代數(shù)字測量技術(shù)結(jié)合起來，采用高精度力傳感器和現(xiàn)代的告訴采集系統(tǒng)，以及相關(guān)的專業(yè)軟件實(shí)現(xiàn)對沖擊力的整個(gè)過程的監(jiān)測和測量。

所需設(shè)備：

1、測力傳感器

2、0-5V電壓輸出變送器

3、DAQ采集卡

4、數(shù)據(jù)采集軟件

5、三芯、四芯屏蔽線、USB連接線等附件

安裝步驟：

1、將測力傳感器安裝在要撞擊的位置

2、將測力傳感器的出線連接至變送器

（紅線：電源+

黑線：電源-

綠線：信號+

白線：信號-）

3、給變送器供電：GND連接至24V電源- 供電連接至24V電源-

4、將變送器連接至采集卡

5、采集卡插入至電腦USB接口

6、電腦安裝數(shù)據(jù)采集軟件

原理闡述：

1）測力傳感器工作原理

電阻應(yīng)變式測力傳感器是基于這樣一個(gè)原理：彈性體（彈性元件，敏感梁）在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在他表面的電阻應(yīng)變片（轉(zhuǎn)換元件）也隨同產(chǎn)生變形，電阻應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減�。�，再經(jīng)相應(yīng)的測量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號（電壓或電流），從而完成了將外力變換為電信號的過程。

2）0-5V電壓輸出變送器

高精度集成運(yùn)算放大器是指那些失調(diào)電壓小，溫度漂移非常小，以及增益、共模抑制比非常高的運(yùn)算放大器。這類運(yùn)算放大器的噪聲也比較小。其中單片高精度集成運(yùn)算放大器的失調(diào)電壓可小到幾微伏，溫度漂移小到幾十微伏每攝氏度。

3）DAQ采集卡

DAQ采集卡是一款基于 USB總線的精巧型信號采集器。外形與 U 盤相似，但其內(nèi)部卻集成了高速AD和復(fù)合功能的輸入輸出雙向數(shù)字接口。它能夠采集±5V之間的單端電壓信號，采樣率高達(dá) 100Ksps，并且內(nèi)置了放大器，可以由外部的增益電阻來設(shè)置放大倍數(shù)。采集到的信號數(shù)據(jù)可以連續(xù)不斷的傳送到計(jì)算機(jī)，通過使用配套應(yīng)用軟件或另行編程，可以實(shí)現(xiàn)電壓表、虛擬示波器、信號記錄儀、頻譜分析儀等多種高級功能。

DAQ采集卡將電壓輸出變送器的電壓信號采集過來并通過AD轉(zhuǎn)換功能將電壓轉(zhuǎn)換至數(shù)字信號，并通過USB2.0高速接口與電腦通訊，DAQ采集卡的采集頻率最高可達(dá)100kHz（即每秒鐘采集10萬次），從而可以實(shí)現(xiàn)電腦采集碰撞瞬間的力值。

4）數(shù)據(jù)采集軟件

對稱重傳感器、壓力變送器、位移傳感器等各類傳感器采集到的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集卡采集到計(jì)算機(jī)。

軟件可以設(shè)置采集頻率，最高可達(dá)100kHz�？梢詫ε鲎�、撞擊、爆炸、等時(shí)間內(nèi)的力值、壓強(qiáng)、扭矩值等物理量的突變進(jìn)行精確的采集。

軟件根據(jù)所采集到的數(shù)據(jù)繪制時(shí)間-力值的曲線圖，以便更直觀觀測數(shù)據(jù)的變化過程及規(guī)律。并可以設(shè)置門限報(bào)警等功能。

設(shè)備照片：

測力傳感器：

0-5V電壓輸出變送器

數(shù)據(jù)采集軟件

注意事項(xiàng)

1、傳感器安裝的時(shí)候要注意碰撞的方向要與傳感器受力方向一致，勿造成片在線向

2、傳感器與變送器連接的時(shí)候四芯屏蔽線的屏蔽端要接外殼

3、用戶須注意電源的開關(guān)順序，使用時(shí)要求先將采集卡連至計(jì)算機(jī)，而后開啟供電源電源；關(guān)閉時(shí)先關(guān)信號源電源，后將設(shè)備斷電。

4、將采集卡拔離計(jì)算機(jī)后，請間隔一定時(shí)間再重新插入。拔插過快有可能造成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配置驅(qū)動異常，此時(shí)請重新拔插采集卡。

方案設(shè)計(jì)：

吳天翔（蘇州奧巴特爾高級工程師）

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