力学加载实验的微小压力测量控制的装置研究

    1　系统总体结构

    微小压力测量控制系统由微压测控仪、应变仪及工作台三大部分组成。工作台中放着实验用的琼脂,并由施压挡板施压。贴于施压挡板表面的应变片受压发生相应的形变,其阻值变化经由应变仪进行调理后输入微控制器(MCU)。MCU对其进行A/D采样后,根据采样值通过驱动电路对步进电机作出相应的控制。其中,键盘用于设定值的输入;数码显示部分用于对设定值和琼脂受压情况的显示。图1为系统结构工作原理框图。其结构简图如图2所示。通过步进电机作执行元件,通过丝杆和阻尼弹簧对挡板施压载荷,挡板在滑轨上往复滑动,从而实现对琼脂使加载荷。

    2　微压测量的传感器

    在测量对琼脂的压力时,由于对琼脂的压力小(约为50～300 mN),采用单臂方案时效果不理想。^[1]另外,对挡板测量时,容易找到受压相等的两个作用点。而要同时实现受压与受拉两种作用较难。又由于应变片的温度效应,同时受压的半桥电路没有温度补偿作用,因此还采用了两片温度补偿片进行温度补偿。故采用应变片组成半桥电路来实现。其中,两片应变片对称地粘贴在铝制的圆柱上,两片温度补偿片贴在应变片附近不受形变的位置。为提高灵敏度,采用了铝制的空心圆柱。空心圆柱由一块带内螺纹的滑块推动^[2]。

    3　控制部分设计

    控制部分采用片内集成10位A/D转换器的凌阳16位单片机SPCE061A^[3]。SPCE061A是凌阳科技推出μ’nSP^TM系列产品之一。SPCE061A内嵌32K字的闪存(FLASH)。较高的处理速度(达49.152 MHz)使μ’nSP^TM能快速地处理复杂的数字信号。SPCE061A内含7通道10位电压A/D转换器和一个单通道的声音专用模-数转换器;2个10位D/A转换器输出通道;2个16位可编程定时器/计数器(可自动预置初始计数值);具有低电压复位(LVR)功能和低电压监测(LVD)功能;具有保密能力;具有WatchDog功能;内置在线仿真电路ICE接口,便于程序调试。

    3.1　SPCE061A最小系统及附属电路

    由于SPCE061A片内集成了10位A/D转换器,精度和速度都满足本系统的要求,故在开发时不必再另外加接A/D芯片及设计A/D相关电路,简化了硬件构成,增加了系统的可靠性,同时降低了成本。硬件上就只要构成最小系统就可以了。图3为SPCE061A的最小系统组成^[4]。

    利用SPCE061A芯片内置的在线仿真电路ICE和凌阳公司的在线串行编程技术,EZ—PROBE工作于凌阳IDE集成开发环境软件包下,通过5芯的仿真头分别连接到最小系统板的缓冲电路输入管脚和SPCE061A芯片相应管脚上实现在目标电路板上的CPU调试、运行用户编制的程序;另一头是标准25针打印机接口,直接连接到计算机打印口与上位机通讯。在计算机IDE集成开发环境软件包下完成在线调试功能。