基于LS7266R1的電子式萬能材料試驗(yàn)機(jī)中的設(shè)計(jì)

摘要: 針對(duì)材料試驗(yàn)機(jī)等設(shè)備中要求測(cè)量或控制材料拉伸或壓縮的位移，一般采用光電軸角編碼器檢測(cè)位置信號(hào)，輸出正交編碼脈沖信號(hào)。若采用其他方法檢測(cè)位置信號(hào)，必然導(dǎo)致電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，可靠性降低。因此，提出一種基于LS7266R1的電子式萬能材料試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)方案。給出了試驗(yàn)機(jī)中的控制器工作原理，LS7266R1與單片機(jī)的接口硬件設(shè)計(jì)，以及主程序軟件流程圖。巧妙地把力量傳感器，位移傳感器等機(jī)械運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的壓力或拉力以及位置坐標(biāo)，變成了電壓信號(hào)和電脈沖數(shù)字信號(hào)，供A/D測(cè)量和LS7266R1計(jì)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立完成材料試驗(yàn)控制或通過PC機(jī)串口命令完成材料試驗(yàn)控制。

　　電子式萬能材料試驗(yàn)機(jī)是一種材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)控裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)材料拉伸、壓縮、剝離、撕裂、抽出等力學(xué)性能試驗(yàn)的測(cè)試與控制。該試驗(yàn)機(jī)通過采集多通道壓力信號(hào)，編碼器輸出的位移脈沖信號(hào)，并進(jìn)行干擾抑制、模擬信號(hào)放大濾波和隔離變換等處理，利用鍵盤和顯示模塊人機(jī)接口，結(jié)合變頻控制器技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)臺(tái)斷點(diǎn)停機(jī)控制、定荷重控制、定應(yīng)力控制、定位移控制、定應(yīng)變(延伸率)控制、力量保持控制、自動(dòng)回歸控制、限位控制、多段條件測(cè)試等功能。而針對(duì)實(shí)現(xiàn)上位移測(cè)量及定位移控制功能，提出一種利用光電軸角編碼器的專用計(jì)數(shù)器LS7266R1來采集編碼器輸出的位移脈沖信號(hào)。

　　1 LS7266R1簡(jiǎn)介

　　雙軸正交信號(hào)鑒相器LS7266R1是一款低成本、超高精度、24位雙通道的求積計(jì)數(shù)器，4種可編程計(jì)數(shù)方式，3種求積方式和1種非求積方式，計(jì)數(shù)精度高，具有X和Y雙通道計(jì)數(shù)，每路計(jì)數(shù)長(zhǎng)度可達(dá)24位，且具有二進(jìn)制／十進(jìn)制計(jì)數(shù)二種可編程方式。特別重要的是它有方向標(biāo)志功能，測(cè)量2路(X、Y)編碼器的大小相等，但有2種方向情況，當(dāng)2路(X、Y)編碼器的符號(hào)標(biāo)志S相同時(shí)，表示位移為正方向；當(dāng)符號(hào)標(biāo)志S相反時(shí)，表示位移為反方向。利用該功能可以通過光電軸角編碼器轉(zhuǎn)換，對(duì)電子式萬能材料試驗(yàn)機(jī)中的材料拉伸、壓縮的位移值實(shí)行加或減位移值的方向判斷。另外，在3種求積方式下，對(duì)每路編碼器還可實(shí)現(xiàn)8位獨(dú)立的可編程數(shù)字濾波的功能。其內(nèi)部寄存器的功能設(shè)置可參見LS7266R 1的數(shù)據(jù)資料。

　　2 光電軸角編碼器

　　光電軸角編碼器又稱光電角位置傳感器，有輸出循環(huán)二進(jìn)制碼的絕對(duì)式光電軸角編碼器和輸出單列或相位差90°的兩列光電脈沖信號(hào)的增量式光電軸角編碼器3種。這里選用ZSP3．812-003G-3600BZ型增量式光電軸角編碼器，該光電周角編碼器采用電纜側(cè)出，3 600 p／r，寬電壓7～24 V，互補(bǔ)輸出，集成模塊，具有體積小，價(jià)格低，非接觸等特點(diǎn)。它是一種集光、機(jī)、電為一體的精密數(shù)字測(cè)角裝置，它把軸角信息轉(zhuǎn)換成電脈沖數(shù)字信號(hào)，通過LS7266R1計(jì)數(shù)器與單片機(jī)等連接后可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)量和實(shí)時(shí)自動(dòng)控制。

　　3 電子式萬能材料試驗(yàn)機(jī)

　　圖1為試驗(yàn)機(jī)機(jī)臺(tái)外型。該試驗(yàn)機(jī)是由機(jī)座(內(nèi)放置了單相電機(jī)和變頻器)，控制箱，力量傳感器，位移傳感器，以及機(jī)架等組成?？刂葡鋬?nèi)的控制器是其核心，由力量傳感器、儀表放大器、多路開關(guān)、A／D構(gòu)成試驗(yàn)機(jī)力量測(cè)量單元；由增量式光電軸角編碼器，LS7266R1雙軸積分式計(jì)數(shù)器構(gòu)成試驗(yàn)機(jī)采集編碼器輸出的位移信號(hào)。利用光電方法，通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸的機(jī)械量。幾何位移量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖信號(hào)，從而獲得機(jī)械運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，位置坐標(biāo)及其變化量等信息。CPU根據(jù)上述這些信息，以D／A輸出控制變頻器實(shí)現(xiàn)變頻技術(shù)與伺服控制技術(shù)，來調(diào)節(jié)或啟停電機(jī)，實(shí)現(xiàn)馬達(dá)的速度調(diào)節(jié)控制、位移量控制，力量保持控制等多種功能；利用算法實(shí)現(xiàn)了對(duì)力量傳感器的分階段校正、單位變換、多種保護(hù)，解決零點(diǎn)漂移，保證系統(tǒng)可靠穩(wěn)定。試驗(yàn)機(jī)人機(jī)接口方便，系統(tǒng)的功能多、性價(jià)比高。

圖1 試驗(yàn)機(jī)機(jī)臺(tái)