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无线应变测试系统设计

作　者: 赵文亮
导　师: 孟江；潘宏侠
学　校: 中北大学
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: 无线通信应变测量 nRF9E5 单片机
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

应变测量技术是研究分析机械强度和机械结构的一个非常重要的方法,在自动控制、自动检测、确保设备可靠工作和设计理论的发展中有着非常重要的作用。通过应变的测量分析技术,能够测量被测构件受到的应力和应变,进而分析被测构件的受力状况,确定其可靠性程度,验证设计方案的合理性,得到设备工作时候的负载谱。本课题通过采用无线数据通信技术和传感器技术相结合,完成了无线应变测试装置的设计。在本系统中,应变数据传输采用无线通信技术,解决了传统测试方法因为大量线缆导致测试难度大,效率低,特别是难于采用集电装置和测试人员不易接近的部件测试等问题。系统采用单片射频数据收发芯片nRF9E5为核心,其内部集成了高性能的8051单片机内核,应用无线数据收发技术和传感器技术实现了应变数据的采集和短距离内的数据传输。系统主要分为两个部分,分别是应变数据的采集发射端和应变数据的接收端,通过无线数据通信技术完成二者之间的数据通信。数据采集发射端的主要功能就是采集和发送应变数据,数据接收端的主要功能就是接收和处理应变数据。在深入学习元器件工作原理和数据通信的基础上,进行了系统的电路设计,给出了系统的电气连接图和PCB原理图,并制作出了系统实物。为了验证本系统的整体性能、无线数据传输是否可靠以及测试精度,对设计的系统进行了性能标定,得到了测试系统的灵敏度和线性度,并且利用实验室齿轮箱传动轴装置,进行了齿轮箱输入轴的应变测试实验,采集了实时应变电压信号,最后通过MATLAB处理得到了齿轮箱输入轴的应变信号,证明了该系统能够准确地测试应变的变化,从而验证了无线通信的准确性和可靠性。本无线应变测试系统操作简单,成本低,体积小,功耗低,传输可靠,应用范围非常广泛。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-13
  1.1 概述  9-10
  1.2 应变测试和无线通信技术的现状与发展  10-12
    1.2.1 应变测试的现状与发展  10-11
    1.2.2 无线通信技术的现状与发展  11-12
  1.3 论文的主要任务  12-13
2 系统总体设计方案  13-23
  2.1 系统设计要求  13-14
  2.2 系统设计方案的确定  14-19
    2.2.1 系统整体功能框图  14-15
    2.2.2 无线通信技术的选择  15-19
  2.3 系统器件的选用  19-23
3 系统硬件设计  23-51
  3.1 应变数据采集  23-29
    3.1.1 电阻应变片的工作原理  24-25
    3.1.2 电阻应变片的选择  25-26
    3.1.3 应变测量电桥的设计  26-28
    3.1.4 温度误差和补偿  28-29
  3.2 应变数据发射装置  29-46
    3.2.1 放大电路  29-33
    3.2.2 滤波电路  33-35
    3.2.3 无线发射模块  35-46
  3.3 应变数据接收装置  46-50
    3.3.1 D/A 转换电路设计  46-49
    3.3.2 无线接收模块  49-50
  3.4 系统 PCB 原理图与实物图  50-51
4 系统软件设计  51-58
  4.1 应变数据发射端程序设计  52-55
  4.2 应变数据接收端程序设计  55-58
5 无线应变测试系统实验  58-67
  5.1 系统线性度标定实验  58-62
  5.2 齿轮箱输入轴动态应变测试实验与数据处理分析  62-67
    5.2.1 现场测试实验  62-63
    5.2.2 实验数据采集结果  63-64
    5.2.3 实验数据处理结果  64-67
6 结论  67-68
附录A 发射模块电路原理图  68-69
附录B 接收模块电路原理图  69-70
参考文献  70-74
攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果  74-75
致谢  75

无线应变测试系统设计

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