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本课题是在对传统的应变传感器原理及性能、信号调理及数据采集系统的理论及应用进行分析的基础上,对基于恒流源信号传输的应变测试系统开展研究工作。
对于应变测试的变送系统,本课题采用新型的信号处理和电流放大电路进行微小电压/电流的转换:采用ADI的高精密仪表放大器AD623进行小电压的信号调理,有效抑制传感器信号的共模干扰,并具有轨对轨输出功能;结合TI的低成本高精度变送芯片XTR115进行两线制恒流源变送,能够实现较大负载区间的精密变送,并且简化了电源管理。
本应变测试系统数据采集板卡以SPCE061A单片机作为核心处理器,采用24位高精度、低温漂的AD7190作为AD转换器,实现了一种高性能低成本的数据采集系统。
本课题对应变测试系统参数做了大量的试验分析,通过试验数据分析,可以看出:
(1)变送模块通过调节XTR115的电压基准2.5V引脚端的电位器来进行“活零点”调节,通过调节仪表放大器AD623的放大倍数来进行满度调节。由于使用了集成芯片的变送电路,板卡的电源管理更加的方便,可以有5V的外部激励电压。而且有很好的负载特性,即恒流源的恒流特性,这就给长距离传输提供了有力的保证。同时,相对于分立元件,由于避免了高精度的匹配电阻,系统的精度得到了很好的保障。
(2)在应变测试系统中,数据采集通过选用高精度的24位模数转换器AD7190,可以保证数据采集精度。因此,整个测试系统的误差集中在变送模块之上。变送模块的误差主要分为零点误差和线性误差两部分。其原因分别发生在仪表放大环节和信号变送、转换环节。这就需要对此环节进行算法的补偿。
(3)实验结果显示,在不引入误差补偿的情况下,系统的精度在0.23%,而在引入了多项式误差补偿以及分段误差补偿方法之后,通过对输出信号进行曲线拟合,将拟合公式代入数据采集系统,可以得到0.15%和0.07%的精度。并且这个精度仅由零点时放大器的失调电压决定。