论文部分内容阅读
应变式力传感器在科学实验和工业生产应用广泛。然而,不同的应用环境中的噪声干扰不同;当噪声频带与被测力信号频带相重叠时,传感器测量精度会大幅降低,甚至无法正常测量。为此,针对不同噪声环境下的应变力传感器的测量需求,本文主要研究应变式力传感器的交/直流激励测量方法、研制相应的数字式交/直流激励测量系统,以实现应变式力传感器的高精度测量。首先,基于应变式力传感器交、直流激励测量的基本原理,提出了数字式交、直流激励测量方案与信号处理算法流程,针对交流激励测量情况下长导线的寄生参数干扰问题提出了解决方法,分析对比了交、直流激励测量方法的噪声抑制性能,并进行了仿真验证。其次,以DSP芯片TMS320F28335为核心研制了多通道数字式应变力传感器交/直流激励测量系统,交/直流激励方式可选、激励频率数字可调,提供了8个模拟输入/输出测量通道且模拟输入采用四/六线制可选方案,采用多通道同步采样控制,实现16位高精度测量,从而为不同场合的应变力传感器提供灵活的高精度测量平台。再次,基于所研制的交/直流激励测量系统,提出了噪声自适应交/直流激励软件测量方法,并进行了软件编程实现。系统先采用直流激励方式采集现场噪声并进行频谱分析,然后选定激励方式和激励频率,据此计算相应的工作参数,之后进入相应的激励测量流程,从而实现激励方式的自动选择与测量。最后,以S型应变式力传感器为例,进行了有无强低频干扰情况下的系统静态标定和动态测量实验。静态实验结果表明,无强低频噪声干扰时,交、直流激励测量的标定结果线性度均较好,最大误差均在0.2%以内;有强低频噪声干扰时,交流激励测量的最大标定误差不超过0.5%,而直流激励测量的标定误差普遍超过2%且最大误差超过20%。动态测量实验结果表明,直流激励方式无法克服强低频噪声的干扰,而交流激励测量方式可以有效克服。综上,本文所研究的应变式力传感器交/直流激励测量方法和所研制的系统具有较高的测量精度和较强的实用价值。考虑交流激励测量方法的测量频带受交流激励频率限制,本研究可为不同应用中的应变式力测量提供灵活的方法。