臥式拉力機的測試系統

臥式拉力機測試系統已廣泛應用于電力行業，用于電力金工具的機械測試。在一定程度上可以替代手工操作，提高相關工具和材料的檢驗和試驗水平。然而，市場上的拉機都是為特定的應用需求而設計的。他們是具有特定功能的個體。他們的自動化水平很低，在具體的應用中有許多限制。主要表現在以下幾個方面：自動化程度低，在實驗過程中，工作人員需要干預，浪費大量時間和精力，實時性差，試驗結果單一；測試結果很難量化。通常只能給出一個簡單的結論，而且缺乏對測試結果的定性分析。

1 系統設計

針對臥式拉力機存在的一些問題，本文設計了一種新型的臥式拉力機系統。在盡可能保持原有機械結構的基礎上，增加微處理器控制模塊，完成數據采集和控制。系統結構如下。如圖1所示。

臥式拉力機系統主要由傳統張力機的機械結構和微處理器控制模塊兩部分組成。機械結構部分分為加力系統和測力系統，其中如何完成測力系統的自動化操作是設計的關鍵。張力測試系統的結構圖如圖2所示。

可以看出，該系統通過傳感器和數據采集模塊將轉換成電子信號，并進行放大、濾波等預處理。利用微處理器控制模塊完成數據抽樣量化、測試控制、信息分析和存儲等功能。后，通過串行通信，實時顯示存儲分析結果。

2 系統的硬件實現

為了使傳統的拉力機具有自動化功能，有必要對相關的機械結構部分進行修改，改造主要涉及以下部分。

a）根據具體應用配置放大系數適當的A/D轉換器。轉換完成后，信號處理模塊對得到的信號進行濾波平滑處理?？梢赃x擇12位逐次快速逼近A/D轉換器，如AD1674。該芯片內置三態輸出緩沖電路，可直接與微處理器相連，芯片內有高精度時鐘電路，無需外部時鐘和電路即可完成A/D轉換。

b)選擇度高、性能好的傳感器。例如，可以使用恒壓電橋式電阻應變傳感器。該型傳感器具有良好的線性度和高精度，輸出直流電壓信號的優點。

c）信號放大電路的設計。使用兩階段擴增方法。級使用差分電路，第二級使用加法器電路。這種設計允許放大器電路具有高共模抑制比，實現高輸入阻抗，低漂移，并且對弱電壓敏感，使其成為傳感器的理想選擇。硬件設計框圖如圖3所示。

恒壓傳感器電橋由四個應變電阻組成。它的阻力隨力而變化。它可以輸出與力成比例的電壓信號。經放大電路處理后送入A/D轉換器。轉換后的結果存儲在高8位和低4位兩個寄存器中，并通過數據總線送入微處理器。

微處理器控制模塊是系統設計的關鍵。所要處理的技術問題包括以下幾個部分。

a）采樣期。采樣周期的選擇會影響采樣數據的準確性和測試曲線的變化。通過采用軟件控制方法，可以根據樣品的位移精度和變形速度動態計算循環。

b）消除零點漂移引起的誤差。在實際運行過程中，系統電路不可避免地會產生零點漂移，導致采樣誤差。我們可以通過增加一個重采樣輸入電路來消除零點漂移。

c）為了實現程序和數據存儲功能，內存芯片2764和6264可以分別作為外部程序內存和外部數據內存進行擴展。

3 系統的軟件實現

該系統的軟件設計框圖如圖4所示。數據采集過程中值得注意的問題是如何準確地收集由于信道中存在干擾信號而導致的緩慢輸入的拉動信號。雖然濾波器已用于硬件設計中的模擬濾波，但不能保證完全消除干擾信號。為此，在軟件設計中采用動態數據在線濾波算法來提高信噪比，并采用值檢測方法進行數據提取，進一步減少采樣數據誤差，保證準確性和真實性。 - 采樣數據的時間（見圖5）。

在具體的軟件實現中，根據不同類型的微處理器，可以有不同的實現方法。如果選用單片機，程序采用語言C51實現，程序采用MPLAB和KEIL C51編譯?；蛘咧苯邮褂肁RM構建芯片系統，如飛思卡爾系列高性能處理器，直接使用廠商提供的BSP開發包構建開發環境，用C語言實現程序功能，用GCC通用編譯器編譯程序。這兩種方法都可以直接編譯算法程序并將其燒錄到外部程序存儲器中，以提高軟件設計的效率。

根據傳感器的具體采集率，選擇了數據傳輸方法。數據傳輸方法包括軟件觸發器、中斷和dma。如果傳感器的捕獲率在每秒幾千字節以內，則可以通過軟件觸發和中斷來實現。如果收集率較高，則使用dma直接完成數據傳輸，而不需要cpu參與。采集到的數據可以先存儲在自加載的ifo緩沖區中，通過dma數據傳輸直接保存樣本數據。

4 系統程序設計

系統程序設計主要包括串行數據通信，拉函數的實現和拉數據的實時顯示。串行通信主要是編寫串口功能，實現與測試系統的通信，包括串口掃描和波特率設置。張力函數主要用于確定力與采樣數據之間的關系，通過功能關系獲得特定張力值進行實時顯示。拉數據的實時顯示由定時器或軟件中斷完成。當前的微處理器提供各種精度的定時器，并使用定時器每隔一段時間發送一個消息。當系統捕獲消息時，調用pull函數來讀取數據并顯示它。軟件中斷的原理類似。系統捕獲中斷信號并調用其相關的中斷處理程序以完成數據的實時顯示。

5 具體應用

架空導線入網穿線前，應按有關要求進行受力試驗。當測試新的架空導線的力值時，導線通常是用鉤子固定的，因此必須在測試導線的兩端壓上張力夾，以便于鉤住和固定導線。

在力值試驗中，首先采用液壓夾具固定架空導線。通過臥式拉力機的控制，液壓夾具的壓力值可以保持在7,000n/cm2的強迫值，導線與液壓夾具之間的連接可靠穩定。液壓夾具的開合由液壓控制泵控制，不同規格導線的張力試驗值也不同。液壓控制泵由水平拉機控制，調節液壓夾具的受力值，避免夾具對導線的損傷。保證了試驗數據和試驗結果的穩定性和可靠性。