一種應變計校準設備和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種應變計校準設備和方法，涉及計算機測控領域，在應變計校準的過程中無需進行人工操作，提高了應變計校準的效率，并且避免了由于人工操作而增加的誤差，該應變計校準設備包括：控制器、伺服驅動器、伺服電機、機械傳動組件和應變桿；其中，該控制器通過該伺服驅動器與該伺服電機連接，該伺服電機連接該機械傳動組件的一端，該機械傳動組件的另一端與該應變桿的一端連接，該應變桿的另一端固定連接；該應變桿上設置有待校準應變計，該待校準應變計與電阻構成電橋，該電橋的輸出端與該控制器連接，該電橋的另一端與電源連接。本發(fā)明實施例用于應變計校準。
【專利說明】一種應變計校準設備和方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及計算機測控領域，尤其涉及一種應變計校準設備和方法。

【背景技術】
[0002] 應變計是一種應用廣泛計量器具，它種類繁多，既可應用于建筑工程的安全問 題，也可應用于火箭發(fā)動機測試。因此，應變計的校準有著極為重要的意義。
[0003] 目前進行應變計校準的方法主要有兩種：一種方法是采用應變梁，將應變計粘貼 在應變梁上，對梁施加載荷產生已知應變值，利用高精度靜態(tài)應變計測量應變計的應變量， 然后根據(jù)相應的數(shù)據(jù)處理規(guī)范（如回歸分析或最小二乘法）計算出靈敏度系數(shù)；另一種方 法是，采用精密電橋（或其它高精度的電阻測量儀表），測出應變計的初始電阻和在載荷作 用下的電阻變化量，然后根據(jù)相應的數(shù)據(jù)處理規(guī)范（如回歸分析或最小二乘法）計算出靈 敏度系數(shù)。
[0004] 現(xiàn)有的兩種校準方法都是采用人工手動懸掛重物（如砝碼）的方式實現(xiàn)載荷的加 載，浪費了大量的人力資源，降低了校準的效率，并且由于人工操作而增加了校準的誤差。


【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的實施例提供一種應變計校準設備和方法，在應變計校準的過程中無需 進行人工操作，提高了應變計校準的效率，并且避免了由于人工操作而增加的誤差。
[0006] 為達到上述目的，本發(fā)明的實施例采用如下技術方案：
[0007] -方面，提供一種應變計校準設備，包括：控制器、伺服驅動器、伺服電機、機械傳 動組件和應變桿；其中，所述控制器通過所述伺服驅動器與所述伺服電機連接，所述伺服電 機連接所述機械傳動組件的一端，所述機械傳動組件的另一端與所述應變桿的一端連接， 所述應變桿的另一端固定連接；所述應變桿上設置有待校準應變計，所述待校準應變計與 電阻構成電橋，所述電橋的輸出端與所述控制器連接，所述電橋的另一端與電源連接；
[0008] 所述控制器，用于根據(jù)所述伺服電機的步距角、所述機械傳動組件的參數(shù)和所述 應變桿的長度以及預設的標準應變值得到所述伺服電機旋轉的脈沖數(shù)，并根據(jù)所述脈沖數(shù) 通過伺服驅動器控制所述伺服電機按照所述脈沖數(shù)旋轉，以便所述伺服電機通過驅動所述 機械傳動組件，以驅動所述應變桿形變，并在所述應變桿形變后，獲取所述電橋的輸出電 壓，根據(jù)所述輸出電壓、所述電源的電壓和所述電橋的單個橋臂的電阻值得到所述待校準 應變計對應所述標準應變值的電阻變化值，并根據(jù)所述電阻變化值得到所述待校準應變計 的靈敏度系數(shù)。
[0009] 另一方面，提供一種應變計校準的方法，包括：
[0010] 控制器根據(jù)伺服電機的步距角、機械傳動組件的參數(shù)和應變桿的長度以及預設的 標準應變值得到伺服電機旋轉的脈沖數(shù)；
[0011] 所述控制器根據(jù)所述脈沖數(shù)通過伺服驅動器控制所述伺服電機按照所述脈沖數(shù) 旋轉，以便所述伺服電機通過驅動所述機械傳動組件，以驅動所述應變桿形變；
[0012] 在所述應變桿形變后，所述控制器獲取所述電橋的輸出電壓；
[0013] 所述控制器根據(jù)所述輸出電壓、所述電源的電壓和所述電橋的單個橋臂的電阻值 得到所述待校準應變計對應所述標準應變值的電阻變化值，并根據(jù)所述電阻變化值得到所 述待校準應變計的靈敏度系數(shù)。
[0014] 采用上述應變計校準設備和方法，應變計校準設備中的控制器根據(jù)該伺服電機的 步距角、該機械傳動組件的參數(shù)和該應變桿的長度以及預設的標準應變值得到該伺服電機 旋轉的脈沖數(shù)，并根據(jù)該脈沖數(shù)通過伺服驅動器控制該伺服電機按照該脈沖數(shù)旋轉，以便 該伺服電機通過旋轉該機械傳動組件，以驅動該應變桿形變，并在該應變桿形變后，獲取該 電橋的輸出電壓，根據(jù)該輸出電壓、該電源的電壓和該電橋的單個橋臂的電阻值得到該待 校準應變計的電阻變化值，并根據(jù)該電阻變化值得到該待校準應變計的靈敏度系數(shù)。這樣， 應變計校準設備在校準過程中無需再采用手工操作，實現(xiàn)了校準過程的自動加載，提高了 校準工作效率，同時也避免了人工操作可能帶來的誤差。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0016] 圖1為本發(fā)明實施例提供的一種應變計校準設備的結構示意圖；
[0017] 圖2為本發(fā)明實施例提供的一種電橋的結構示意圖；
[0018] 圖3為本發(fā)明實施例提供的另一種應變計校準設備的結構示意圖；
[0019] 圖4為本發(fā)明實施例提供的一種控制器的結構示意圖；
[0020] 圖5為本發(fā)明實施例提供的一種應變計校準方法的流程示意圖。

【具體實施方式】
[0021] 下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于 本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0022] 本發(fā)明實施例提供一種應變計校準設備，如圖1和圖2所示，圖1為該應變計校準 設備的結構示意圖，圖2為待校準應變計與電阻構成的電橋的結構示意圖，該應變計校準 設備包括：控制器11、伺服驅動器12、伺服電機13、機械傳動組件14和應變桿15。
[0023] 其中，該控制器11通過該伺服驅動器12與該伺服電機13連接，該伺服電機13連 接該機械傳動組件14的一端，該機械傳動組件14的另一端與該應變桿15的一端連接，該 應變桿15的另一端固定連接；該應變桿15上設置有待校準應變計16,該待校準應變計16 與電阻17構成電橋，該電橋的輸出端與該控制器11連接，該電橋的另一端與電源18連接。
[0024] 其中，該電橋的輸出端可以是對應該待校準應變計所在橋臂和其中一電阻所在橋 臂的連接端，則另一端與電源連接。
[0025] 該控制器11，用于根據(jù)該伺服電機的步距角、該機械傳動組件的參數(shù)和該應變桿 的長度以及預設的標準應變值得到該伺服電機旋轉的脈沖數(shù)，并根據(jù)該脈沖數(shù)通過伺服驅 動器控制該伺服電機按照該脈沖數(shù)旋轉，以便該伺服電機通過驅動該機械傳動組件，以驅 動該應變桿形變，并在該應變桿形變后，獲取該電橋的輸出電壓，根據(jù)該輸出電壓、該電源 的電壓和該電橋的單個橋臂的電阻值得到該待校準應變計對應該標準應變值的電阻變化 值，并根據(jù)該電阻變化值得到該待校準應變計的靈敏度系數(shù)。需要說明的是，該應變桿上可 以設置多個待校準應變計，每個待校準應變計都與相應的電阻構成電橋，每個電橋的輸出 端分別通過不同的連接通道與數(shù)據(jù)采集卡連接，這樣，能夠同時實現(xiàn)多個待校準應變計的 校準，并且控制器可以根據(jù)連接通道區(qū)分出采集的數(shù)據(jù)對應的電橋。另外，在得到該標準 應變值的電阻變化值后，通過回歸分析法或者最小二乘法得到該待校準應變計的靈敏度系 數(shù)。
[0026] 在本發(fā)明一種可能的實現(xiàn)方式中，如圖3所示，該機械傳動組件14包括：減速器 141、滾珠絲杠142、滾珠絲杠副143和連接器144。
[0027] 其中，該減速器141與該伺服電機13連接，該滾珠絲杠142的一端與該減速器141 連接，該滾珠絲杠142的另一端與該滾珠絲杠副143連接，該滾珠絲杠副143通過連接器 144與該應變桿15的一端連接。
[0028] 具體地，控制器、伺服驅動器和伺服電機之間是通過信號線連接的，伺服電機和減 速器之間、減速器和滾珠絲杠之間使用聯(lián)軸器連接，連接器與滾珠絲杠副之間、連接器和應 變桿之間可以通過螺栓連接，應變桿的另一端可以安裝在固定支架或壁面上。電橋的輸出 電壓連接到控制器上。
[0029] 進一步地，如圖4所示，該控制器11包括：工控機111、伺服電機驅動卡112和數(shù) 據(jù)采集卡113,其中，該工控機111分別與該伺服電機驅動卡112和該數(shù)據(jù)采集卡113連接， 該數(shù)據(jù)采集卡113與該電橋連接，該伺服電機驅動卡112與該伺服驅動器12連接；
[0030] 該工控機111，用于根據(jù)該伺服電機的步距角、該機械傳動組件的參數(shù)和該應變桿 的長度以及預設的標準應變值得到該伺服電機旋轉的脈沖數(shù)；
[0031] 該伺服電機驅動卡112,用于根據(jù)該工控機11得到的脈沖數(shù)通過伺服驅動器控制 該伺服電機按照該脈沖數(shù)旋轉，以便該伺服電機通過驅動該機械傳動組件，以驅動該應變 桿形變；
[0032] 該數(shù)據(jù)采集卡113,用于在該伺服電機驅動卡112驅動該應變桿形變后，獲取該電 橋的輸出電壓；
[0033] 該工控機111還用于，根據(jù)該數(shù)據(jù)采集卡113獲取的輸出電壓、該電源的電壓和該 電橋的單個橋臂的電阻值得到該待校準應變計對應該標準應變值的電阻變化值，并根據(jù)該 電阻變化值得到該待校準應變計的靈敏度系數(shù)。
[0034] 具體地，該工控機111具體用于，根據(jù)該伺服電機的步距角、該減速器的減速比、 該滾珠絲杠的導程和該應變桿的長度以及該預設的標準應變值通過公式：

【權利要求】
1. 一種應變計校準設備，其特征在于，包括：控制器、伺服驅動器、伺服電機、機械傳動 組件和應變桿；其中，所述控制器通過所述伺服驅動器與所述伺服電機連接，所述伺服電機 連接所述機械傳動組件的一端，所述機械傳動組件的另一端與所述應變桿的一端連接，所 述應變桿的另一端固定連接；所述應變桿上設置有待校準應變計，所述待校準應變計與電 阻構成電橋，所述電橋的輸出端與所述控制器連接，所述電橋的另一端與電源連接； 所述控制器，用于根據(jù)所述伺服電機的步距角、所述機械傳動組件的參數(shù)和所述應變 桿的長度以及預設的標準應變值得到所述伺服電機旋轉的脈沖數(shù)，并根據(jù)所述脈沖數(shù)通過 伺服驅動器控制所述伺服電機按照所述脈沖數(shù)旋轉，以便所述伺服電機通過驅動所述機械 傳動組件，以驅動所述應變桿形變，并在所述應變桿形變后，獲取所述電橋的輸出電壓，根 據(jù)所述輸出電壓、所述電源的電壓和所述電橋的單個橋臂的電阻值得到所述待校準應變計 對應所述標準應變值的電阻變化值，并根據(jù)所述電阻變化值得到所述待校準應變計的靈敏 度系數(shù)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的設備，其特征在于，所述機械傳動組件包括：減速器、滾珠絲 杠、滾珠絲杠副和連接器；其中，所述減速器與所述伺服電機連接，所述滾珠絲杠的一端與 所述減速器連接，所述滾珠絲杠的另一端與所述滾珠絲杠副連接，所述滾珠絲杠副通過連 接器與所述應變桿的一端連接。
3. 根據(jù)權利要求2所述的設備，其特征在于，所述控制器包括：工控機、伺服電機驅動 卡和數(shù)據(jù)采集卡，其中，所述工控機分別與所述伺服電機驅動卡和所述數(shù)據(jù)采集卡連接，所 述數(shù)據(jù)采集卡與所述電橋連接，所述伺服電機驅動卡與所述伺服驅動器連接； 所述工控機，用于根據(jù)所述伺服電機的步距角、所述機械傳動組件的參數(shù)和所述應變 桿的長度以及預設的標準應變值得到所述伺服電機旋轉的脈沖數(shù)； 所述伺服電機驅動卡，用于根據(jù)所述工控機得到的脈沖數(shù)通過伺服驅動器控制所述伺 服電機按照所述脈沖數(shù)旋轉，以便所述伺服電機通過驅動所述機械傳動組件，以驅動所述 應變桿形變； 所述數(shù)據(jù)采集卡，用于在所述伺服電機驅動卡驅動所述應變桿形變后，獲取所述電橋 的輸出電壓； 所述工控機還用于，根據(jù)所述數(shù)據(jù)采集卡獲取的輸出電壓、所述電源的電壓和所述電 橋的單個橋臂的電阻值得到所述待校準應變計對應所述標準應變值的電阻變化值，并根據(jù) 所述電阻變化值得到所述待校準應變計的靈敏度系數(shù)。
4. 根據(jù)權利要求3所述的設備，其特征在于，所述工控機具體用于，根據(jù)所述伺服電機 的步距角、所述減速器的減速比、所述滾珠絲杠的導程和所述應變桿的長度以及所述預設 的標準應變值通過公式：
得到所述伺服電機旋轉的脈沖數(shù)； 其中，h為所述脈沖數(shù)，ew為第i個標準應變值,1為所述應變桿的長度,s為所述滾 珠絲杠的導程，a為所述伺服電機的步距角，0為所述減速器的減速比，n為所述預設的標 準應變值的個數(shù)，￡〇,〇 = 〇。
5. 根據(jù)權利要求3或4所述的設備，其特征在于，所述工控機具體用于，根據(jù)所述輸出 電壓、所述電源的電壓和所述電橋的單個橋臂的電阻值通過公式：
i= 1，2, 3......n 得到所述待校準應變計對應所述標準應變值的電阻變化值；其中，n為所述預設的標 準應變值的個數(shù)，ARi為所述待校準應變計對應第i個標準應變值的電阻變化值，E。為所 述電源的電壓，W為第i個待校準應變計對應電橋的輸出電壓，&為所述電橋的單個橋臂 的電阻值，R為所述待校準應變計未受載荷時的電阻值。
6. -種應變計校準的方法，其特征在于，包括： 控制器根據(jù)伺服電機的步距角、機械傳動組件的參數(shù)和應變桿的長度以及預設的標準 應變值得到伺服電機旋轉的脈沖數(shù)； 所述控制器根據(jù)所述脈沖數(shù)通過伺服驅動器控制所述伺服電機按照所述脈沖數(shù)旋轉， 以便所述伺服電機通過驅動所述機械傳動組件，以驅動所述應變桿形變； 在所述應變桿形變后，所述控制器獲取所述電橋的輸出電壓； 所述控制器根據(jù)所述輸出電壓、所述電源的電壓和所述電橋的單個橋臂的電阻值得到 所述待校準應變計對應所述標準應變值的電阻變化值，并根據(jù)所述電阻變化值得到所述待 校準應變計的靈敏度系數(shù)。
7. 根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于，所述機械傳動組件包括，減速器、滾珠絲 杠、滾珠絲杠副和連接器；其中，所述減速器與所述伺服電機連接，所述滾珠絲杠的一端與 所述減速器連接，所述滾珠絲杠的另一端與所述滾珠絲杠副連接，所述滾珠絲杠副通過連 接器與所述應變桿的一端連接； 所述根據(jù)所述伺服電機的步距角、所述機械傳動組件的參數(shù)和所述應變桿的長度以及 預設的標準應變值得到所述伺服電機旋轉的脈沖數(shù)包括： 根據(jù)所述伺服電機的步距角、所述減速器的減速比、所述滾珠絲杠的導程和所述應變 桿的長度以及所述預設的標準應變值通過公式：
得到所述伺服電機旋轉的脈沖數(shù)； 其中，h為所述脈沖數(shù)，ew為第i個標準應變值,1為所述應變桿的長度,s為所述滾 珠絲杠的導程，a為所述伺服電機的步距角，0為所述減速器的減速比，n為所述預設的標 準應變值的個數(shù)，￡〇,〇 = 〇。
8. 根據(jù)權利要求7所述的方法，其特征在于，所述控制器根據(jù)所述輸出電壓、所述電源 的電壓和所述電橋的單個橋臂的電阻值得到所述待校準應變計對應所述標準應變值的電 阻變化值包括： 根據(jù)所述輸出電壓、所述電源的電壓和所述電橋的單個橋臂的電阻值得到所述待校準 應變計的電阻變化值通過公式：
i= 1，2, 3......n 得到所述待校準應變計對應所述標準應變值的電阻變化值；其中，n為所述預設的標 準應變值的個數(shù)，ARi為所述待校準應變計對應第i個標準應變值的電阻變化值，E。為所 述電源的電壓，W為第i個待校準應變計對應電橋的輸出電壓，&為所述電橋的單個橋臂 的電阻值，R為所述待校準應變計未受載荷時的電阻值。
【文檔編號】G01B7/16GK104406512SQ201410452325
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年9月5日 優(yōu)先權日:2014年9月5日
【發(fā)明者】呂翔, 陳劍, 李江, 劉佩進, 何國強 申請人:西北工業(yè)大學