作者：浙江大学机械系生产所流体传动及控制国家重点实验室 魏燕定 来源：《电子技术应用》

1200kn标准动态力装置测控系统的研制

　 摘 要： 介绍了最新研制成功的1200kn标准动态力源装置的测控系统，该系统由pc机、单片机、两块高速数据采集卡及其它电路等组成，其中测控系统的组建、高速数据同步采集技术较有特色。

关键词： 标准动态力 装置 计算机控制 高速同步采样

1200kn标准动态力源是基于帕斯卡定律的液压放大式原理建成的[1]。该装置作为国家大吨位动态力基准受国防科工委委托研制，主要用于力传感器的动态校准。首先在小径测力油缸上加载标准砝码，在与小径测力油缸相通的大径工作油缸上复现放大的标准力值，然后用冲击卸荷的方法获得一个近似于理想的负阶跃力[2][3]。整个装置机械系统结构简图如图1、图2所示。图1中测力机由8块不同质量的标准砝码组成，可获得最小分辨率为10kn、范围为50kn～1200kn的不同力值。图2中落锤高度由光电编码器测量，高度根据力值大小设定，最大升高为1.8m，工作油缸与测力油缸相通，力值放大比为200。

1 系统功能及特点

图3为整个标准动态力源装置的系统结构框图。其主要功能及特点如下：

（１）标准砝码是通过提升油缸和24只交流伺服微电机控制选择加载的，微电机正反转由单片机和外部逻辑电路控制，该逻辑电路[1]较好地避免了微电机和限位开关的损坏，并将i／o口线从72线减少到9线。

（２）冲击落锤的自动抓取、释放是通过对内外滑套、钢珠、弹簧、电磁铁等进行巧妙设计实现的，提升高度通过光电编码器测量控制。

（３）为保证力源精度，测力油缸和工作油缸采取间隙高压油封技术，整个系统油路设计见文献[4]，高压油封压力由d／a控制比例溢流阀自动调节实现。

（４）激光多普勒测速仪用于测量负阶跃力的下沿时间，其数据由50mhz、8bit的高速采样卡记录，力传感器电压经二次仪表放大后，由2mhz、12bit的高速采样卡记录，静态力值由14位低速高精度采样卡记录。

（５）计算机系统采用上下位机，通过串行口通信，数据采集分析由pc机完成，动作控制由单片机控制完成，操作命令可由pc机或控制柜上的小键盘单独操纵，并可进行单步执行或流程全自动执行。

（６）除传感器安装外，所有操作均为计算机自动控制实现，测控系统软硬件充分运用了抗干扰技术。

2 硬件组成

本测控系统原理框图如图４所示。主要包括以下五部分：

信号检测：包括光电编码器信号检测，提升油缸、测力油缸上下限位检测，24只砝码电机到位检测以及落锤是否抓牢及允许释放信号检测。

执行信号：包括砝码选择电机正反转，各电磁阀开关，落锤释放控制，提升电机正反转，泵电机启停控制。

数据采集：低速高精度采样卡可记录静态力值并动态监视保压效果，高速采样卡分别记录激光信号和传感器输出电压信号。

信号处理：包括将光电编码器信号转化为高度值并由数码管实时显示；自动加载及保压油压控制策略的实现。

键盘显示：由8279芯片完成，并设置了8个数码管和24个薄膜按键。

3 高速数据同步采集技术

动态力实现时力的下沿时间最短为20μs，即整个冲击过程在几十微秒内完成。而根据力传感器校准要求，必须对力传感器输出及力的测速实现同步采集，因此，我们采取以下技术措施：（１）两卡上均设有高速ram，其中2mhz卡存储量为32kb，50mhz卡存储量为64kb，且均有可调的内外触发电平功能；（２）有提前存储功能且ram存储量大小可调节；（３）