采用SCXI-1520测应变信号的可行性研究

李会婷 李立洋

西安航天动力测控技术研究所 陕西 西安710025

1 引言

测试总线技术的发展从70年代提出了GPIB总线技术开始，主要经历了VXI、PCI发展到PXI。PXI系统是PCI总线在仪器领域的扩展，PXI的核心是Compact PCI的结构与Microsoft Windows软件，这使得PXI用户能够把包括机械、电气和软件在内的PCI的优越性能和Microsoft Windows软件直接应用到测试、测量、数据采集和工业控制中去，而随着众多厂商加盟PXI系统联盟，使得用户在配置PXI系统时可以从日益增多的PXI模块及数以百计的Compact PCI模块中来选择合适的产品。它具有小型便携、高速数据传输、模块式结构、通用性强、软硬件标准化程度高、使用和维护方便等优点。特别是其测试功能强大、易于组建、使用灵活、模块可重复利用，大大减少了用户的系统开发时间，在对速度、精度要求较高的场合，有着其它系统无法比拟的优势。

2 现有应变测量方式

目前采用的是SCXI-1102C模块与自行研制的信号调理器相互配合来实现应变测量，测试原理图如图1所示：

图1 测试原理图

3 待选模块功能简介

经过调研，基于PXI总线的测试系统，适合应变信号测量的模块有SCXI-1521B和SCXI-1520，分别介绍如下。

3.1 SCXI-1521B SCXI-1521B模块具有以下主要功能：

a.24路四分之一桥配桥信号调理模块，配桥电阻为120欧姆；

b.可编程激励电源，调节范围：0-5V，调节步长数量1024；

c.单通道可编程分流电阻和零点扣除机制；

d.10赫兹低通滤波器；

e.固定增益42v/v。

3.2 SCXI-1520 SCXI-1520模块具有以下功能：

a.8路模拟输入通道，可配置全桥，二分之一桥，四分之一桥，配桥阻值为350欧姆和120欧姆两种；

b.可编程激励电源，调节范围：0-10 V；

c.每通道可编程增益1-1000设置；

d.每通道可编程4 极巴特沃思滤波器，可屏蔽，可选10hz，100hz，1khz，10kz；

e.单通道可编程分流电阻和零点扣除机制。

SCXI-1521B模块具有24个通道，可以满足应变信号测试通道要求，但由于SCXI-1521B模块的10hz低通滤波器无法屏蔽掉，只适合静态应变测量，项目中应变测量包含动态成分，因此不适合选用SCXI-1521B模块。SCXI-1520模块虽然只包含8个通道，但各项功能均满足测试基本要求，可同时选用多块模块来实现测试。

4 SCXI-1 5 2 0 测量应变方法

利用SCXI-1520结合SCXI-1314接线端子，采用三线制接法，可以实现直接或间接测量应变量。测量原理如图2所示：

图2 测量原理

使用SCXI-1520模块实现应变信号测量，使用SCXI-1314接线端子上提供的电阻构成四分之一桥，为平衡每一个桥臂上的压降，使得惠斯通桥输出的初始电压最小，需要使桥臂上的电阻和应变片的电阻阻值尽可能接近。SCXI-1314内置的电阻是可插拔更换的，阻值为120Ω 和350Ω 可选，根据所用应变片阻值均约为120Ω，因此选用120Ω阻值电阻。

4.1 三线制接法 如图2所示，使用SCXI-1520进行四分之一桥进行应变测量，激励电压VEX取5.0 V时，V CH-=2.5 V，RL取同样长度、同样规格的导线，由于R4≈R3，因此VCH+≈2.5 V，VCH≈0，即三线制接法可消除在没有形变情况下的电桥输出。

4.2 使用NI软件自带例程测电压VCH(电压值放大200倍)，使用标定系数计算应变 利用SCXI-1520结合SCXI-1314接线端子，可以实现直接或间接测量应变量，

1)测试原理。将线阻、应变因子、应变计电阻对测试结果的影响通过标定体现在标定系数内，实际应变量即为实测VCH电压*标定系数。

2)设置如图3所示。

图3 设置面板

3)标定。标定结果如表1所示：

表1

4)应变计算公式。Strain(με)=K*VCH

5)优点。无需考虑线阻大小；需要通过标定获得标定系数，配套的通用设备精密电阻箱还可以用于数据异常时查找问题。

5 SCXI-1 5 2 0 与SCXI-1 1 0 2 C测应变量数据比对

5.1 现用通过标定系数计算得到应变方式对比 使用精密电阻箱对SCXI-1520进行系数标定法计算得应变，与SCXI-1102C结合自研应变调理箱进行系数标定后测得数据进行比对。

线阻为0时，SCXI-1520测量方式与SCXI-1102C测量方式对比数据如表2所示：

表2

通过上表可以看出，SCXI-1520测应变与SCXI-1102C测应变最大差值为1.8%。

5.2 模拟不同的线缆长度通过SCXI-1520模块进行系数标定后获得应变量 使用精密电阻箱对SCXI-1520进行系数标定后测试应变，模拟不同的线缆长度(RL)条件下获得应变量进行比对，比对数据如表3所示：

表3

R4=120.5 1534.7149 1534.0900 1530.5558 1526.5783 1526.2734 1530.4425 0.2792% 0.2383% 0.0074% -0.2525%-0.2724%R4=120.7 2299.9750 2298.9914 2294.0681 2288.0367 2287.7300 2293.7602 0.2709% 0.2281% 0.0134% -0.2495%-0.2629%R4=120.9 3062.8969 3062.4003 3055.6701 3048.0348 3047.4163 3055.2837 0.2492% 0.2329% 0.0126% -0.2373%-0.2575%R4=121.1 3825.6839 3825.0688 3817.2542 3804.9093 3803.9652 3815.3763 0.2702% 0.2540% 0.0492% -0.2743%-0.2991%R4=121.3 4583.9753 4583.3597 4574.0096 4563.1884 4561.8879 4573.2842 0.2338% 0.2203% 0.0159% -0.2208%-0.2492%R4=121.5 5344.1303 5343.5913 5333.3161 5320.4643 5319.3926 5332.1789 0.2241% 0.2140% 0.0213% -0.2197%-0.2398%R4=121.7 6102.6304 6102.2496 6090.9559 6076.3624 6075.3500 6089.5097 0.2155% 0.2092% 0.0237% -0.2159%-0.2325%

通过上表可以看出，不同线缆长度时对于SCXI-1520测试应变结果最大影响不超过0.4%。

5.3 对于SCXI-1520以三种不同方式直接或间接获得应变量 通过标定系数方式测量应变(传统方式)、调用内部函数直接获得应变量以及通过测量桥路电压，通过理论计算获得应变量三种方式数据对比，比对数据如表4所示：

测试条件：线阻为20.1欧姆(考虑)

R4为应变片初始阻值，取常用值120.1欧姆计算，所有变化量均扣除初始值。

表4 对应应变量范围

通过上表可以看出，最大偏差不超过0.6%。

6 结论

通过上述几组数据的比对，包括对SCXI-1520模块三种不同方式测应变量，不同线阻条件下SCXI-1520模块测得应变量以及SCXI-1520与SCXI-1102模块同样使用标定系数计算应变量等多组数据，三线制接法测应变无需考虑线阻大小，选用SCXI-1520模块无论是多种方式测应变量，还是和现用SCXI-1102模块同样采用标定获得系数方式计算实测应变量，测得数据最大偏差为1.8%，完全满足测试要求。