碰撞瞬間的撞擊力測(cè)量方法

在實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)過(guò)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(guò)程相對(duì)來(lái)說(shuō)都比較短暫常見(jiàn)的力值測(cè)量設(shè)備難以對(duì)其過(guò)程進(jìn)行相關(guān)的測(cè)量。

瞬態(tài)數(shù)字測(cè)量，把力傳感器和現(xiàn)代數(shù)字測(cè)量技術(shù)結(jié)合起來(lái)，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(zhuān)業(yè)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)沖擊力的整個(gè)過(guò)程的監(jiān)測(cè)和測(cè)量。

所需設(shè)備：

1、測(cè)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(xiàn)、USB連接線(xiàn)等附件

安裝步驟：

1、將測(cè)力傳感器安裝在要撞擊的位置

2、將測(cè)力傳感器的出線(xiàn)連接至變送器

（紅線(xiàn)：電源+

黑線(xiàn)：電源-

綠線(xiàn)：信號(hào)+

白線(xiàn)：信號(hào)-）

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(cè)力傳感器工作原理

電阻應(yīng)變式測(cè)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(cè)量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)（電壓或電流），從而完成了將外力變換為電信號(hào)的過(guò)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(lèi)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(xiàn)的精巧型信號(hào)采集器。外形與 U 盤(pán)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(hào)，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(lái)設(shè)置放大倍數(shù)。采集到的信號(hào)數(shù)據(jù)可以連續(xù)不斷的傳送到計(jì)算機(jī)，通過(guò)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(hào)記錄儀、頻譜分析儀等多種高級(jí) 功能。

DAQ采集卡將電壓輸出變送器的電壓信號(hào)采集過(guò)來(lái)并通過(guò)AD轉(zhuǎn)換功能將電壓轉(zhuǎn)換至數(shù)字信號(hào)，并通過(guò)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(wàn)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(duì)稱(chēng)重傳感器、壓力變送器、位移傳感器等各類(lèi)傳感器采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)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。可以對(duì)碰撞、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(xiàn)圖，以便更直觀觀測(cè)數(shù)據(jù)的變化過(guò)程及規(guī)律。并可以設(shè)置門(mén)限報(bào)警等功能。

設(shè)備照片：

測(cè)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(xiàn)向

2、傳感器與變送器連接的時(shí)候四芯屏蔽線(xiàn)的屏蔽端要接外殼

3、用戶(hù)須注意電源的開(kāi)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(kāi)啟供電源電源；關(guān)閉時(shí)先關(guān)信號(hào)源電源，后將設(shè)備斷電。

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

方案設(shè)計(jì)：

吳天翔（蘇州奧巴特爾高級(jí)工程師）

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