采用SCXI-1520測應變信號的可行性研究

李會婷 李立洋

西安航天動力測控技術研究所 陜西 西安710025

1 引言

測試總線技術的發展從70年代提出了GPIB總線技術開始，主要經歷了VXI、PCI發展到PXI。PXI系統是PCI總線在儀器領域的擴展，PXI的核心是Compact PCI的結構與Microsoft Windows軟件，這使得PXI用戶能夠把包括機械、電氣和軟件在內的PCI的優越性能和Microsoft Windows軟件直接應用到測試、測量、數據采集和工業控制中去，而隨著眾多廠商加盟PXI系統聯盟，使得用戶在配置PXI系統時可以從日益增多的PXI模塊及數以百計的Compact PCI模塊中來選擇合適的產品。它具有小型便攜、高速數據傳輸、模塊式結構、通用性強、軟硬件標準化程度高、使用和維護方便等優點。特別是其測試功能強大、易于組建、使用靈活、模塊可重復利用，大大減少了用戶的系統開發時間，在對速度、精度要求較高的場合，有著其它系統無法比擬的優勢。

2 現有應變測量方式

目前采用的是SCXI-1102C模塊與自行研制的信號調理器相互配合來實現應變測量，測試原理圖如圖1所示：

圖1 測試原理圖

3 待選模塊功能簡介

經過調研，基于PXI總線的測試系統，適合應變信號測量的模塊有SCXI-1521B和SCXI-1520，分別介紹如下。

3.1 SCXI-1521B SCXI-1521B模塊具有以下主要功能：

a.24路四分之一橋配橋信號調理模塊，配橋電阻為120歐姆；

b.可編程激勵電源，調節范圍：0-5V，調節步長數量1024；

c.單通道可編程分流電阻和零點扣除機制；

d.10赫茲低通濾波器；

e.固定增益42v/v。

3.2 SCXI-1520 SCXI-1520模塊具有以下功能：

a.8路模擬輸入通道，可配置全橋，二分之一橋，四分之一橋，配橋阻值為350歐姆和120歐姆兩種；

b.可編程激勵電源，調節范圍：0-10 V；

c.每通道可編程增益1-1000設置；

d.每通道可編程4 極巴特沃思濾波器，可屏蔽，可選10hz，100hz，1khz，10kz；

e.單通道可編程分流電阻和零點扣除機制。

SCXI-1521B模塊具有24個通道，可以滿足應變信號測試通道要求，但由于SCXI-1521B模塊的10hz低通濾波器無法屏蔽掉，只適合靜態應變測量，項目中應變測量包含動態成分，因此不適合選用SCXI-1521B模塊。SCXI-1520模塊雖然只包含8個通道，但各項功能均滿足測試基本要求，可同時選用多塊模塊來實現測試。

4 SCXI-1 5 2 0 測量應變方法

利用SCXI-1520結合SCXI-1314接線端子，采用三線制接法，可以實現直接或間接測量應變量。測量原理如圖2所示：

圖2 測量原理

使用SCXI-1520模塊實現應變信號測量，使用SCXI-1314接線端子上提供的電阻構成四分之一橋，為平衡每一個橋臂上的壓降，使得惠斯通橋輸出的初始電壓最小，需要使橋臂上的電阻和應變片的電阻阻值盡可能接近。SCXI-1314內置的電阻是可插拔更換的，阻值為120Ω 和350Ω 可選，根據所用應變片阻值均約為120Ω，因此選用120Ω阻值電阻。

4.1 三線制接法 如圖2所示，使用SCXI-1520進行四分之一橋進行應變測量，激勵電壓VEX取5.0 V時，V CH-=2.5 V，RL取同樣長度、同樣規格的導線，由于R4≈R3，因此VCH+≈2.5 V，VCH≈0，即三線制接法可消除在沒有形變情況下的電橋輸出。

4.2 使用NI軟件自帶例程測電壓VCH(電壓值放大200倍)，使用標定系數計算應變 利用SCXI-1520結合SCXI-1314接線端子，可以實現直接或間接測量應變量，

1)測試原理。將線阻、應變因子、應變計電阻對測試結果的影響通過標定體現在標定系數內，實際應變量即為實測VCH電壓*標定系數。

2)設置如圖3所示。

圖3 設置面板

3)標定。標定結果如表1所示：

表1

4)應變計算公式。Strain(με)=K*VCH

5)優點。無需考慮線阻大小；需要通過標定獲得標定系數，配套的通用設備精密電阻箱還可以用于數據異常時查找問題。

5 SCXI-1 5 2 0 與SCXI-1 1 0 2 C測應變量數據比對

5.1 現用通過標定系數計算得到應變方式對比 使用精密電阻箱對SCXI-1520進行系數標定法計算得應變，與SCXI-1102C結合自研應變調理箱進行系數標定后測得數據進行比對。

線阻為0時，SCXI-1520測量方式與SCXI-1102C測量方式對比數據如表2所示：

表2

通過上表可以看出，SCXI-1520測應變與SCXI-1102C測應變最大差值為1.8%。

5.2 模擬不同的線纜長度通過SCXI-1520模塊進行系數標定后獲得應變量 使用精密電阻箱對SCXI-1520進行系數標定后測試應變，模擬不同的線纜長度(RL)條件下獲得應變量進行比對，比對數據如表3所示：

表3

R4=120.5 1534.7149 1534.0900 1530.5558 1526.5783 1526.2734 1530.4425 0.2792% 0.2383% 0.0074% -0.2525%-0.2724%R4=120.7 2299.9750 2298.9914 2294.0681 2288.0367 2287.7300 2293.7602 0.2709% 0.2281% 0.0134% -0.2495%-0.2629%R4=120.9 3062.8969 3062.4003 3055.6701 3048.0348 3047.4163 3055.2837 0.2492% 0.2329% 0.0126% -0.2373%-0.2575%R4=121.1 3825.6839 3825.0688 3817.2542 3804.9093 3803.9652 3815.3763 0.2702% 0.2540% 0.0492% -0.2743%-0.2991%R4=121.3 4583.9753 4583.3597 4574.0096 4563.1884 4561.8879 4573.2842 0.2338% 0.2203% 0.0159% -0.2208%-0.2492%R4=121.5 5344.1303 5343.5913 5333.3161 5320.4643 5319.3926 5332.1789 0.2241% 0.2140% 0.0213% -0.2197%-0.2398%R4=121.7 6102.6304 6102.2496 6090.9559 6076.3624 6075.3500 6089.5097 0.2155% 0.2092% 0.0237% -0.2159%-0.2325%

通過上表可以看出，不同線纜長度時對于SCXI-1520測試應變結果最大影響不超過0.4%。

5.3 對于SCXI-1520以三種不同方式直接或間接獲得應變量 通過標定系數方式測量應變(傳統方式)、調用內部函數直接獲得應變量以及通過測量橋路電壓，通過理論計算獲得應變量三種方式數據對比，比對數據如表4所示：

測試條件：線阻為20.1歐姆(考慮)

R4為應變片初始阻值，取常用值120.1歐姆計算，所有變化量均扣除初始值。

表4 對應應變量范圍

通過上表可以看出，最大偏差不超過0.6%。

6 結論

通過上述幾組數據的比對，包括對SCXI-1520模塊三種不同方式測應變量，不同線阻條件下SCXI-1520模塊測得應變量以及SCXI-1520與SCXI-1102模塊同樣使用標定系數計算應變量等多組數據，三線制接法測應變無需考慮線阻大小，選用SCXI-1520模塊無論是多種方式測應變量，還是和現用SCXI-1102模塊同樣采用標定獲得系數方式計算實測應變量，測得數據最大偏差為1.8%，完全滿足測試要求。