Le module de conditionnement du signal de la machine d'essai universelle est le système de mesure Le « Centre de prétraitement du signal », dont le rôle central est de traiter le signal électrique brut faible et bruité émis par le capteur en tant que Signal Standard stable, précis et conforme aux exigences d'acquisition de données, pose les bases de la conversion analogique - numérique ultérieure (conversion A / d) et du traitement des données. Ses fonctions sont conçues autour des quatre objectifs principaux « amplification du signal, suppression du bruit, compensation des erreurs, adaptation du signal», et voici la résolution fonctionnelle spécifique (combinée avec les scénarios de mise en œuvre de l'équipement et les détails techniques):

I. fonctions de base1: amplification de signal faible (fonction de base la plus basique)

Principe de fonctionnement:

Le signal de sortie des capteurs de base tels que les capteurs de force, les extensomètres, etc. est un signal analogique faible (généralement L'ordre de µv, tel qu'une charge de 1000n correspond à un signal de 100µv), tandis que la précision d'identification des signaux faibles par le convertisseur A / n est extrêmement faible et la vulnérabilité aux interférences entraîne une distorsion des données. Le module de conditionnement du signal amplifie le signal faible au niveau MV (généralement de 1000 à 10000 fois) via un amplificateur Programmable (PGA), améliorant le rapport signal sur bruit et la reconnaissance du signal.

Détails techniques clés:

Grossissement réglable: prise en charge selon le type de capteur (par exemple capteur de force, extensomètre) et le scénario de test (petite charge)/ grande charge) réglage manuel ou automatique du grossissement (par exemple 1000x, 5000x, 10000x) pour s'assurer que les signaux de différentes grandeurs peuvent être amplifiés avec précision;

Précision de gain élevée: erreur de grossissementInférieur ou égal à± 0,1%, éviter l'erreur de mesure due à l'écart de grossissement (par exemple, si l'erreur de grossissement 1000x est de ± 0,5%, cela entraînera directement l'erreur de mesure de la valeur de la forceAccessible ± 0,5%);

Faible courant de polarisation d'entrée:≤1nA， Réduisez l'impact de la charge sur le signal de sortie du capteur (évitez que le signal du capteur ne soit "tiré vers le bas" ou déformé).

Scénarios d'application:

Essais de petites charges (p. ex.Test de traction à micro - ressorts jusqu'à 10n): le signal de sortie du capteur est seulement de quelques μv et doit être amplifié de 10 000 à plusieurs dizaines de MV pour être reconnu avec précision par le convertisseur A / N;

Mesure de déformation (par exemple, essai de déformation élastique des métaux): le signal de sortie de l'extensomètre est généralement≤10μV， Un grossissement élevé est nécessaire pour capturer les variations de déformation microscopiques.

II. Fonctions de base2: suppression du bruit et filtrage (amélioration de la pureté du signal)

Principe de fonctionnement:

Il y a beaucoup de perturbations électromagnétiques dans l'environnement d'essai (par exemple, le bruit à haute fréquence généré par les servomoteurs, les alimentations, les convertisseurs de fréquence), le bruit de vibration mécanique qui se superpose au signal d'origine du capteur, provoquant un signal « distorsion » (comme des fluctuations en dents de scie dans la courbe des valeurs de force). Le module de conditionnement du signal est conçu à travers un circuit de filtrage et un blindage électromagnétique qui filtre le bruit inutile et préserve le signal efficace.

Détails techniques clés:

Modes de filtrage Multi - types:

Filtre passe - Bas (Mainstream): filtre le bruit haute fréquence au - dessus de la fréquence définie (par exemple, la fréquence de coupure)1kHz、5kHz）， Adaptation de différentes vitesses de test (fréquence de coupure basse pour les tests à basse vitesse, fréquence de coupure haute pour les tests à haute vitesse);

Filtre de fréquence de puissance (50hz / 60Hz): filtre spécifiquement les interférences de fréquence d'alimentation générées par la tension du réseau électrique (comme le bruit 50hz du réseau électrique 220V du laboratoire), qui est un moyen commun de filtrer les sources d'interférence;

Filtre Notch: filtre précis contre les interférences à des fréquences spécifiques, telles que le bruit de 100 Hz généré par le fonctionnement du moteur, pour éviter d'affecter le signal;

Taux d'inhibition de mode commun élevé (CMRR）：≥ 120dB@50Hz , supprime les interférences de mode commun (telles que les interférences à la Terre aux deux extrémités du câble du capteur), assure la précision de l'amplification différentielle du signal;

Conception de blindage: le boîtier du module adopte un blindage métallique, le câble choisit un fil blindé à double torsion, résistance à la terre≤ 4Ω, réduisant davantage les interférences électromagnétiques.

Scénarios d'application:

Test de la presse hydraulique à grande charge: bruit à haute fréquence généré par le fonctionnement de la pompe hydraulique (≥1kHz）， Doit être filtré à travers un filtre passe - Bas (fréquence de coupure de 1 kHz) pour éviter les fluctuations des données de valeur de force;

Test de déformation de précision: le bruit électromagnétique ambiant (par exemple, ordinateur, convertisseur de fréquence) peut provoquer une dérive du signal de déformation, nécessitant un filtrage par fréquence d'alimentation+ conception blindée pour contrôler l'erreur de mesure de déformation à ± 1 μm / m.

Iii. Fonctions de base3: compensation des erreurs de signal (correction des écarts du système)

Principe de fonctionnement:

Le capteur lui - même présente des erreurs intrinsèques telles que la dérive de température, le décalage du point zéro, etc. le module de conditionnement du signal corrige ces erreurs système et assure la précision du signal grâce à des circuits de compensation matériels et à des algorithmes de Calibration logiciels.

Détails techniques clés:

Compensation de température:

Compensation matérielle: capteur de température intégré et résistance de compensation lorsque la température ambiante change (par exemple23 ℃ ± 5 ℃), ajuste automatiquement le gain ou la tension de polarisation du circuit d'amplification, neutralisant la dérive de température du capteur (par exemple, 10 ℃ par changement de température du capteur de force, dérive ≤ 0005% FS);

Compensation logicielle: correction des mesures en temps réel par mémorisation des coefficients d'étalonnage, écriture de la correspondance de la température à l'erreur dans le programme;

Compensation du point zéro et Calibration:

Prend en charge l'étalonnage manuel ou automatique du point zéro (par exemple, le zéro vide avant le test), corrige le décalage du point zéro du capteur (par exemple, la sortie lorsque le capteur n'est pas chargé après une longue utilisation)Signal de 0,1 µv, remise à zéro par compensation du point zéro);

Prise en charge de l'étalonnage de signaux étalons externes (par exemple, entrée d'un signal de tension étalon connu, étalonnage de la précision du gain du circuit d'amplification);

Compensation de linéarité: correction des erreurs de non - linéarité du capteur et du circuit d'amplification (par exemple, la non - linéarité de la sortie du capteur par rapport à la grandeur physique réelle), contrôle des erreurs de linéarité par un algorithme d'étalonnage segmenté ± 0,02% FS à l'intérieur.

Scénarios d'application:

Test environnemental à haute température (par exemple avec un test de boîte environnementale à haute et basse température): plage de variation de température- 70 ℃ ~ 300 ℃, il est nécessaire de s'assurer que la valeur de la force / signal de déplacement n'est pas affectée par la température par compensation de température;

Tests continus à long terme (p. ex. lignes de production)Contrôle de qualité 24 heures): le zéro du capteur dérive lentement au fil du temps et les écarts doivent être corrigés par un étalonnage automatique du zéro (un zéro pour 100 tests).

Iv. Fonctions de base4: adaptation et conversion du signal (correspond à la session d'acquisition suivante)

Principe de fonctionnement:

Le type de signal (p. ex., signal différentiel, signal à extrémité unique) et l'amplitude de la sortie du capteur peuvent êtreLes exigences d'entrée du convertisseur A / n ne sont pas adaptées et le module de conditionnement du signal, via un circuit de conversion de signal, adapte le signal au signal standard que le convertisseur A / n peut recevoir.

Détails techniques clés:

Conversion de type de signal:

Convertit le signal différentiel du capteur, tel que la sortie différentielle du pont à lames de contrainte, en un signal à extrémité unique, tel que le signal de référence à la terre, adapté à la plupart desLes exigences d'entrée du convertisseur A / D;

Soutenir le signal de courant (4 ~ 20ma) Conversion avec le signal de tension (0 ~ 10v) (Certains capteurs externes sont de type courant de sortie);

Pince d'amplitude du signal: limite l'amplitude du signal amplifié àPlage d'entrée du convertisseur A / D (par exemple ± 10 v) pour éviter que la surcharge du signal ne cause des dommages au convertisseur A / D ou un débordement de données;

Fourniture d'alimentation d'excitation: fournit une alimentation d'excitation en pont stable pour les capteurs à lame de contrainte (capteurs de force, extensomètres) (généralement5V ou 10v), stabilité de la tension d'excitation ≤ ± 0,01% / h, ondulation ≤ 1mv, assure le fonctionnement stable du capteur.

Scénarios d'application:

Extensomètre externe de haute précision (type de sortie de courant4 ~ 20ma): le signal de courant doit être converti en signal de tension 0 ~ 10v par le module de conditionnement de signal, puis le convertisseur A / D;

Un signal après amplification à fort multiple (comme20v): limité à ± 10v par la fonction de pince d'amplitude pour éviter de sortir de la plage d'entrée du convertisseur A / N (typiquement ± 10v).

V. fonctions de base5: contrôle d'acquisition synchrone multicanal (mesure multiparamètre adaptée)

Principe de fonctionnement:

La machine d'essai universelle doit synchroniser l'acquisition de la valeur de la force, du déplacement, de la déformation et d'autres signaux de plusieurs canaux (tels que le canal de valeur de la force, le canal de déplacement, le canal de déformation), le module de conditionnement du signal par le circuit de commande synchrone, Pour s'assurer que le rythme d'acquisition du signal de tous les canaux est cohérent, pour réaliser l'alignement de l'horodatage des données.

Détails techniques clés:

Traitement parallèle multicanal: support≥ 3 canaux (force, déplacement, déformation) Acquisition synchrone, isolation inter - canal ≥ 100db, évitez la diaphonie du signal inter - canal;

Mécanisme de déclenchement synchrone: Assurez - vous que tous les canaux démarrent l'acquisition en même temps, par un déclenchement matériel (par exemple, un signal de début de test) ou un déclenchement logiciel≤ ± 1% (par exemple, lors de l'échantillonnage à 1000 Hz, l'écart du taux d'échantillonnage de chaque canal est ≤ 10 Hz);

Cache et transfert de données: module de cache intégré (capacité)≥1MB）， Stockez temporairement les données acquises par synchronisation multicanal, évitez la perte de données due à une vitesse de transfert insuffisante, soutenez le transfert à haute vitesse au Contrôleur via USB, interface Ethernet.

Scénarios d'application:

Stress- tracé de la courbe de déformation: la valeur de la force d'acquisition (la contrainte calculée) et les données de déformation doivent être synchronisées, si le canal n'est pas synchronisé, cela entraînera un décalage du point d'inflexion de la courbe (par exemple, une erreur de calcul du point d'élasticité du métal);

Test de fatigue dynamique: il est nécessaire d'acquérir de manière synchrone la valeur de la Force pendant le chargement du cycle, le signal de déplacement, pour s'assurer que l'analyse des données de chaque cycle est précise.

Vi. Indicateurs de performance du module de conditionnement du signal et référence de sélection

Résumé

Le module de conditionnement du signal de la machine d'essai universelle relie le capteur au système d'acquisition de données Le « pont », dont la valeur fondamentale réside dans « l’épuration du signal, la correction des erreurs, l’adaptation de l’acquisition », détermine directement la précision et la stabilité du système de mesure. Les fonctions clés peuvent être résumées comme suit:

Amplifie les signaux faibles, améliore la reconnaissance;

Filtrer les interférences de bruit pour assurer la pureté du signal;

Compensation des erreurs de système telles que la température, le point zéro, etc.;

Type de signal de conversion/ grandeur, correspond au convertisseur A / D;

Acquisition multicanal synchronisée pour garantir une association précise des données.

Lors de la sélection du type, selon la classe de précision de l'équipement (par ex.Les équipements de classe 0.1 doivent choisir un module de conditionnement à haute CMRR et à faible dérive), des paramètres de test (tels que des tests de déformation nécessitant un grossissement élevé et un faible bruit), des conditions environnementales (telles que des scénarios à haute température nécessitant une forte compensation de température) et un jugement global, Tout en demandant aux fabricants de fournir un rapport d'étalonnage du module pour assurer la conformité de l'indicateur de performance. Lors de l'utilisation, vous devez vérifier régulièrement la mise à la terre blindée du module, le réglage des paramètres de filtrage, afin d'éviter la distorsion des données de test due à la défaillance du module.