一种实用过载测试系统设计
摘 要：介绍一种实用的过载测试系统,能够实现空间三个垂直方向上数据的采集,实现过载过程中过载量的测试。
关键词：过载;回归分析;串行通讯
概述
随着经济的飞速发展,汽车等现代化交通工具日益走进众多家庭,电梯等载人工具的应用也越来越广泛,随之而来的安全隐患不能不引起社会的高度重视。过载量的大小作为衡量运动系统综合性能的一个重要指标,日益被提上日程,因为过载量的大小直接关系到人身安全,不容忽视。本文介绍了一种便携式过载测试系统,使用锂电池作为供电源,当过载发生时能够在空间三个垂直方向上采集过载量并存储,数据采集完毕后,可以送入微机进行处理,也可以直接打印结果。
系统硬件
该测试系统主要由过载数据采集系统和通讯软件组成。数据采集系统通过三个方向的加速度传感器采集数据,而后存入外部数据存储器中。通讯软件通过串行口进行数据的读取和处理。数据采集系统采用8751单片机作为主控芯片,实现数据的采集和存储。整个系统的组成如图1所示。
信号放大电路
本系统的信号源自三个沿空间三维方向分布的加速度传感器输出的电压信号,传感器使用的是3031型加速度传感器,标准量程为±50g,规格为0.994mv/g。由于传感器内部含温补电路,因而不需考虑温度对测量信号的影响。又由于加速传感器响应的是过载冲击量,过载值的输出量较小,因此必须采用合适的放大电路对信号进行放大,放大电路必须保证具有一定的对称性,减少漂移量,并且应具有高输入阻抗和高共膜抑制比,才能对微小的差模电压信号敏感。另外由于传感器的输出特性为非线性,必须采用分段放大的方式才能提高测试精度。为达到以上要求,我们采用了如图2所示的信号放大电路。
利用回归分析法,用三段折线段逼近加速度传感器的输出曲线,图2中由线性放大器A3决定基本折线,A2和A1分别决定另外两条折线。当电压输入量为ei时,放大器A1、A2和A3的线性放大输出分别为eo1、eo2和eo3,总的合成特性曲线为：eo=eo1+eo2+eo3。采用分段线性放大的方法,可以大幅减少传感器由于传感器的信号输出为非线性而造成的误差。
供电电路设计
由于本测试装置需要便于携带,电源要保证能够一定的供电时间,还要体积小,因此选用了锂电池作为电源,并设计了配套的升压电路。锂电池的规格为：1000mAh3.6V,系统所需的电压为+5V。该系统中采用的电池升压电路如图3
