基于应变片的设备变形检测系统(作者：邓南化)

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六、
软件框图
软件流程图：
开始
初始化
采集
数据超标？ 否 继续工作 用户控制？ 停止工作 停止
是 报警
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电气测量系统设计
七、
特点
系统是基于应变片的设备变形检测系统，主要有以下特点： 系统采用的处理器为市面常用的单片机，成本低，易于开发与批量生产； 可以对设备变形进行多点测量，也可以对多个设备时行测量； 系统对测量信号进行必要的放大，可以提高测量的精度与准确性； 有 LCD 显示模块和键盘控制模块，有良好的用户交互，方便工程人员和非 工程人员使用； 对设备变形严重的情况做出相应的报警，使系统更加人性化和智能化； 单片所使用的 IO 资源少，易于扩展与二次开发。
重时做出相应的报警以提醒工作人员； （4） 人员可以键盘对系统控制，如停止检测，开始采集，关闭报警功能等。
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电气测量系统设计
系统的单片机接口图如下所示：
式中：ε1，ε2，ε3，ε4 分别代表电阻片 R1，R2，R3，R4 感受的应变值。上 式表明，电压变化量ΔUDB 与四个桥臂电阻片对应的应变值ε1，ε2，ε3，ε4 成 线性关系。应当注意，式中的ε是代数值，其符号由变形方向决定。通常拉应变 为正，压应变为负，可以看出，相邻两臂的ε（例如，ε1，ε2 或ε3，ε4）符 号一致时，根据式（1）应变相互抵消。如符号相反，则两应变绝对值相加。两 相对桥臂的ε （例如ε1 和ε3） 符号一致时， 其绝对值相加， 否则二者相互抵消。 显然，不同符号的应变按照不同的顺序组桥，会产生不同的测量效果。因此，灵 活地运用（2）式正确地布片和组桥，可提高测量的灵敏度并减少误差。
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电气测量系统设计
当对系统有高精度要求时，可以采查表方法获取不同输入对应的输出值。这 方法省去了计算的过程， 能通过检索直接得到结果。但有一重要问题是会消耗计 算机大量的存储空间。精度要求越高，所需要的存储空间越大。 当对系统精度要求不高时，可以采用函数表达式 y f ( x) 来确定输入与输出 的关系。则可以通过输入值，便可求得输出值。这个方法有计算时间上的时序消 耗，且表达式越复杂，时序消耗越多。优点是基本不消耗存储空间，节约硬件资 源。 应变片的总电阻相对变化率公式为：
四、
测量电路设计
本系统采用全桥对电阻的变化进行测量。电路如下图所示。
B R1 A R4 D E R3 R2 C UDB
其中，电桥中四个桥臂都是参与机械变形的电阻片。这时电桥输出电压计算 公式如下：
U DB
E R1 R 2 R3 R 4 4 R2 R3 R4 R1
二、
传感器结构设计及安装
根据设备对变形的敏感性的高低安装传感器，一般原则是对变形敏感性高的 区域需一个或多个安装传感器， 而对变形敏感性低的区域只安装一个或不安装传 感器。根据设备的不同，传感器的结构也不一样，一般情况采用表贴式即可，特 殊情况根据需要而定。
传感器
设备
载物台
三、
输入输出（变换）关系
输入与输出的关系在精度要求低的情况下是确定的，而关系式却因精度要求 不同而不同。对于精度有较高要求的系统，任何器件都不能近似线性，输入与输 出的关系式不能用线性函数表示；而对于没有高精度要求的系统，而输入与输出 有确定表达式的，则可使用相应的表达式。
R K x x K y y R
K x 为应变片的主轴向录敏度系数； K y 为应变片的横向录敏度系数， K x 和 K y 是
在单向应变场中测得的，即 K x 表示 y 0 时， 敏感栅的 R / R 与 x 之比，K y 表 示 x 0 时， 敏感栅的 R / R 与 y 之比。而它们的比值 H x / y 称为横向效应 系数，通常以百分数表示。
（1）
当四枚电阻片的灵敏系数 K 相等时， （1）式可以写成 EK U DB ( 1 2 3 4 ) 4
------基于应变片的设备变形检测系统-------------------------------------------------电阻变化不大， 电压信号比较弱， 应对采集的信号进行放大。 放大电路如下：
五、
计算机（或单片机）及其接口设计
本系统采用市面上常用的单片机，集成了 AD 模块。系统主要有以下特点： （1） （2） （3） 可以通过多路 AD 对多个设备的变形进行多点检测； 电源模块、时钟模块和复位模块为单片机的最小系统； 系统使用 LCD 液晶做显示模块，能显示设备的变形情况，当变形情况严
电气测量系统设计报告
——基于应变片的设备变形检测系统
姓 学 班
名： 号： 级：
邓南化
20091589
06120901 自动化学院
所在学院：
电气测量系统设计
基于应变片的设备变形检测系统
一、 系统的测量原理 本系统采用应变式传感器对设备的机械变形进行检测。应变式传感器是由弹 性元件、变换元件（应变片） ，以及一些附件（补偿元件、保护罩等）组成的装 置。 应变式传感器的变换元件多采用电阻丝式变换元件，能够将被测机械构件的 应变直接转换为电阻变化。一般都做成片状，通常又称为电阻应变片，或电阻应 变计，简称应变片。 在测量构件的应变时， 直接将应变片粘贴在构件上， 当构件受力产生变形时， 应变片和构件一起变形，即可从其输出端的电阻变化换算出构件的应变。