測(cè)量系統(tǒng)采集觸發(fā)切換技術(shù)研究

趙 嬋

(中國(guó)飛機(jī)強(qiáng)度研究所，陜西 西安 710065)

1 引 言

現(xiàn)階段，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)的規(guī)模和數(shù)量不斷增加，與此同時(shí)，試驗(yàn)設(shè)備設(shè)施的使用周期不斷延長(zhǎng)。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)集中標(biāo)定等情況時(shí)，設(shè)備儲(chǔ)備不足，或當(dāng)試驗(yàn)規(guī)模較大，常用設(shè)備不能滿足使用規(guī)模時(shí)，需要同時(shí)使用兩種或多種設(shè)備。在測(cè)量系統(tǒng)的配置過程中，這種狀況尤為明顯。某強(qiáng)度試驗(yàn)中，要求隨動(dòng)加載，在加載過程中加載設(shè)備隨載荷變化而變化，所以要求測(cè)量系統(tǒng)在不同加載譜段對(duì)不同位置的測(cè)量采用不同的觸發(fā)模式，這就帶來了采集觸發(fā)切換問題。

文獻(xiàn)[1]通過電源快速切換避免了停電的倒閘方式；文獻(xiàn)[2]通過對(duì)比研究，分析了電源快速切換在變電企業(yè)的應(yīng)用；文獻(xiàn)[3]提出了一種多級(jí)壓力源液壓切換系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)液壓閥控系統(tǒng)傳動(dòng)效率低的問題；文獻(xiàn)[4]設(shè)計(jì)了模擬電源與真實(shí)電源、左右模擬電源之間切換的一套模擬電源控制系統(tǒng)；文獻(xiàn)[5]提出了一種新型的基于殘壓特性預(yù)測(cè)的實(shí)時(shí)快速切換方法。

以上研究針對(duì)電源快速切換以及其他切換技術(shù)，與采集信號(hào)觸發(fā)切換機(jī)制基本一致。信號(hào)觸發(fā)的切換從高電平觸發(fā)到上升沿觸發(fā)，是一個(gè)電源切換的問題。本文在以上研究基礎(chǔ)上，結(jié)合工程實(shí)際問題展開研究，設(shè)計(jì)了一個(gè)觸發(fā)信號(hào)切換器，提出了一種基于外置電源的觸發(fā)切換控制技術(shù)，該方法能夠在試驗(yàn)進(jìn)行過程中通過設(shè)置載荷譜隨時(shí)切換觸發(fā)模式，而且在必要時(shí)可以采用人工控制實(shí)現(xiàn)觸發(fā)切換。此外，對(duì)該設(shè)備的有效性和可靠性進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。

2 背景描述

2.1 采集觸發(fā)

采集觸發(fā)是強(qiáng)度試驗(yàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，是試驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量與加載一致性的重要保障，也是試驗(yàn)獲得有效數(shù)據(jù)的基本要求。試驗(yàn)加載過程中，控制系統(tǒng)需要對(duì)測(cè)量系統(tǒng)在需要時(shí)進(jìn)行觸發(fā)，觸發(fā)信號(hào)一般指能夠引起測(cè)量系統(tǒng)采集操作的信號(hào)，觸發(fā)的周期由試驗(yàn)設(shè)計(jì)人員根據(jù)載荷譜設(shè)置。觸發(fā)根據(jù)信號(hào)形式分為上升沿觸發(fā)和高電平觸發(fā)兩種形式，根據(jù)信號(hào)接收端的控制形式分為軟件觸發(fā)和硬件觸發(fā)兩種形式。試驗(yàn)測(cè)控工程師需要在系統(tǒng)配置過程中，合理配置軟硬件信息，確定觸發(fā)機(jī)制，達(dá)到系統(tǒng)的兼容性。

2.2 觸發(fā)切換

對(duì)于隨動(dòng)加載系統(tǒng)，在試驗(yàn)進(jìn)行過程中，需要對(duì)加載設(shè)備的位置進(jìn)行定位，所以在布置試驗(yàn)環(huán)境時(shí)，對(duì)加載執(zhí)行機(jī)構(gòu)和夾具進(jìn)行位置監(jiān)測(cè)，在試驗(yàn)件加載運(yùn)行的邊界位置監(jiān)測(cè)位移，危險(xiǎn)部位進(jìn)行應(yīng)變監(jiān)測(cè)。工程中某隨動(dòng)加載試驗(yàn)，由于設(shè)備緊缺，采用了不同型號(hào)的采集設(shè)備，其觸發(fā)信號(hào)不相同，測(cè)控工程師為了避免在加載過程中非重要數(shù)據(jù)的采集，提出了觸發(fā)切換的思想，也就是在加載過程中，對(duì)試驗(yàn)件的測(cè)量和加載支持夾具的測(cè)量采用不同的采集觸發(fā)模式。

3 總體設(shè)計(jì)

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)初期，對(duì)觸發(fā)切換器的外形進(jìn)行了設(shè)計(jì)，設(shè)備外觀如圖1所示。在設(shè)備的前端有電源插座開口、切換按鈕開口和鎖止按鈕開口，左側(cè)是兩種觸發(fā)模式輸出端口，信號(hào)輸入端位于設(shè)備后側(cè)。在設(shè)備的頂面板設(shè)計(jì)了散熱柵格，基本開口2mm，陣列分布，主要是避免設(shè)備發(fā)熱以及高溫等惡劣環(huán)境造成設(shè)備快速老化。

圖1 設(shè)備外觀圖

3.2 工作原理

設(shè)備工作過程中，信號(hào)輸入端與控制系統(tǒng)連接，在接收到信號(hào)時(shí)，內(nèi)置電路將信號(hào)轉(zhuǎn)換為開關(guān)信號(hào)，由一個(gè)繼電器實(shí)現(xiàn)，設(shè)備默認(rèn)輸出信號(hào)為上升沿信號(hào)。當(dāng)系統(tǒng)按下切換按鈕，另外一個(gè)繼電器動(dòng)作，將5V電源輸出，在高電平端口測(cè)到高電平，鎖止按鈕控制另外兩個(gè)繼電器的自鎖功能，能夠?qū)κ謩?dòng)切換按鈕的功能進(jìn)行屏蔽，適用于設(shè)備調(diào)試階段對(duì)測(cè)量系統(tǒng)分別調(diào)試驗(yàn)證。當(dāng)系統(tǒng)調(diào)試完成時(shí)，設(shè)備自鎖按鈕解鎖，設(shè)備具備工作狀態(tài)。初始設(shè)計(jì)階段，柵格的散熱效果不好，在電路的擴(kuò)展接口增加了電風(fēng)扇，當(dāng)環(huán)境溫度較高時(shí)，避免設(shè)備過熱出現(xiàn)故障。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證觸發(fā)切換器的切換效率和可靠性，在圖2試驗(yàn)平臺(tái)基礎(chǔ)上，對(duì)試驗(yàn)件彈簧系統(tǒng)采用位移測(cè)量的高電平觸發(fā)模式，對(duì)連接件應(yīng)變測(cè)量采用上升沿觸發(fā)模式，并在試驗(yàn)載荷譜配置過程中設(shè)置切換模式為自動(dòng)觸發(fā)。

圖2 試驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)

通過模擬疲勞加載試驗(yàn)，反復(fù)運(yùn)行載荷譜，求得平均切換時(shí)間遠(yuǎn)小于1s,滿足載荷譜加載需求。此外，對(duì)信號(hào)的手動(dòng)切換功能和觸發(fā)信號(hào)輸出的鎖止功能均進(jìn)行了驗(yàn)證，達(dá)到了控制效果。在驗(yàn)證過程中發(fā)現(xiàn)，切換器的外接電源體積較大，給設(shè)備安裝帶來不便。后續(xù)設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮內(nèi)置電源裝置，使設(shè)備性能更優(yōu)。

5 結(jié) 論

考慮到隨動(dòng)加載過程中工程的實(shí)際需求與設(shè)備資源不匹配的實(shí)際問題，提出了一種基于外設(shè)電源的采集觸發(fā)信號(hào)切換技術(shù)，利用簡(jiǎn)單的電路及硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的功能。該方法不僅可以在工程中直接應(yīng)用，其預(yù)置的控制端口還可以實(shí)現(xiàn)載荷譜自動(dòng)觸發(fā)切換的功能，提升了采集設(shè)備的兼容性和擴(kuò)展性，在一定程度上節(jié)省了試驗(yàn)成本，對(duì)于工程急需的觸發(fā)切換問題，提供了解決方案，達(dá)到了預(yù)期效果。