卧式拉力机的测试系统

卧式拉力机测试系统已广泛应用于电力行业，用于电力金工具的机械测试。在一定程度上可以替代手工操作，提高相关工具和材料的检验和试验水平。然而，市场上的拉机都是为特定的应用需求而设计的。他们是具有特定功能的个体。他们的自动化水平很低，在具体的应用中有许多限制。主要表现在以下几个方面：自动化程度低，在实验过程中，工作人员需要干预，浪费大量时间和精力，实时性差，试验结果单一；测试结果很难量化。通常只能给出一个简单的结论，而且缺乏对测试结果的定性分析。

1 系统设计

针对卧式拉力机存在的一些问题，本文设计了一种新型的卧式拉力机系统。在尽可能保持原有机械结构的基础上，增加微处理器控制模块，完成数据采集和控制。系统结构如下。如图1所示。

卧式拉力机系统主要由传统张力机的机械结构和微处理器控制模块两部分组成。机械结构部分分为加力系统和测力系统，其中如何完成测力系统的自动化操作是设计的关键。张力测试系统的结构图如图2所示。

可以看出，该系统通过传感器和数据采集模块将转换成电子信号，并进行放大、滤波等预处理。利用微处理器控制模块完成数据抽样量化、测试控制、信息分析和存储等功能。后，通过串行通信，实时显示存储分析结果。

2 系统的硬件实现

为了使传统的拉力机具有自动化功能，有必要对相关的机械结构部分进行修改，改造主要涉及以下部分。

a）根据具体应用配置放大系数适当的A/D转换器。转换完成后，信号处理模块对得到的信号进行滤波平滑处理。可以选择12位逐次快速逼近A/D转换器，如AD1674。该芯片内置三态输出缓冲电路，可直接与微处理器相连，芯片内有高精度时钟电路，无需外部时钟和电路即可完成A/D转换。

b)选择度高、性能好的传感器。例如，可以使用恒压电桥式电阻应变传感器。该型传感器具有良好的线性度和高精度，输出直流电压信号的优点。

c）信号放大电路的设计。使用两阶段扩增方法。级使用差分电路，第二级使用加法器电路。这种设计允许放大器电路具有高共模抑制比，实现高输入阻抗，低漂移，并且对弱电压敏感，使其成为传感器的理想选择。硬件设计框图如图3所示。

恒压传感器电桥由四个应变电阻组成。它的阻力随力而变化。它可以输出与力成比例的电压信号。经放大电路处理后送入A/D转换器。转换后的结果存储在高8位和低4位两个寄存器中，并通过数据总线送入微处理器。

微处理器控制模块是系统设计的关键。所要处理的技术问题包括以下几个部分。

a）采样期。采样周期的选择会影响采样数据的准确性和测试曲线的变化。通过采用软件控制方法，可以根据样品的位移精度和变形速度动态计算循环。

b）消除零点漂移引起的误差。在实际运行过程中，系统电路不可避免地会产生零点漂移，导致采样误差。我们可以通过增加一个重采样输入电路来消除零点漂移。

c）为了实现程序和数据存储功能，内存芯片2764和6264可以分别作为外部程序内存和外部数据内存进行扩展。

3 系统的软件实现

该系统的软件设计框图如图4所示。数据采集过程中值得注意的问题是如何准确地收集由于信道中存在干扰信号而导致的缓慢输入的拉动信号。虽然滤波器已用于硬件设计中的模拟滤波，但不能保证完全消除干扰信号。为此，在软件设计中采用动态数据在线滤波算法来提高信噪比，并采用值检测方法进行数据提取，进一步减少采样数据误差，保证准确性和真实性。 - 采样数据的时间（见图5）。

在具体的软件实现中，根据不同类型的微处理器，可以有不同的实现方法。如果选用单片机，程序采用语言C51实现，程序采用MPLAB和KEIL C51编译。或者直接使用ARM构建芯片系统，如飞思卡尔系列高性能处理器，直接使用厂商提供的BSP开发包构建开发环境，用C语言实现程序功能，用GCC通用编译器编译程序。这两种方法都可以直接编译算法程序并将其烧录到外部程序存储器中，以提高软件设计的效率。

根据传感器的具体采集率，选择了数据传输方法。数据传输方法包括软件触发器、中断和dma。如果传感器的捕获率在每秒几千字节以内，则可以通过软件触发和中断来实现。如果收集率较高，则使用dma直接完成数据传输，而不需要cpu参与。采集到的数据可以先存储在自加载的ifo缓冲区中，通过dma数据传输直接保存样本数据。

4 系统程序设计

系统程序设计主要包括串行数据通信，拉函数的实现和拉数据的实时显示。串行通信主要是编写串口功能，实现与测试系统的通信，包括串口扫描和波特率设置。张力函数主要用于确定力与采样数据之间的关系，通过功能关系获得特定张力值进行实时显示。拉数据的实时显示由定时器或软件中断完成。当前的微处理器提供各种精度的定时器，并使用定时器每隔一段时间发送一个消息。当系统捕获消息时，调用pull函数来读取数据并显示它。软件中断的原理类似。系统捕获中断信号并调用其相关的中断处理程序以完成数据的实时显示。

5 具体应用

架空导线入网穿线前，应按有关要求进行受力试验。当测试新的架空导线的力值时，导线通常是用钩子固定的，因此必须在测试导线的两端压上张力夹，以便于钩住和固定导线。

在力值试验中，首先采用液压夹具固定架空导线。通过卧式拉力机的控制，液压夹具的压力值可以保持在7,000n/cm2的强迫值，导线与液压夹具之间的连接可靠稳定。液压夹具的开合由液压控制泵控制，不同规格导线的张力试验值也不同。液压控制泵由水平拉机控制，调节液压夹具的受力值，避免夹具对导线的损伤。保证了试验数据和试验结果的稳定性和可靠性。