基于LS7266R1的電子式萬(wàn)能材料試驗機中的設計

摘要: 針對材料試驗機等設備中要求測量或控制材料拉伸或壓縮的位移，一般采用光電軸角編碼器檢測位置信號，輸出正交編碼脈沖信號。若采用其他方法檢測位置信號，必然導致電路設計復雜，可靠性降低。因此，提出一種基于LS7266R1的電子式萬(wàn)能材料試驗機設計方案。給出了試驗機中的控制器工作原理，LS7266R1與單片機的接口硬件設計，以及主程序軟件流程圖。巧妙地把力量傳感器，位移傳感器等機械運動(dòng)狀態(tài)的壓力或拉力以及位置坐標，變成了電壓信號和電脈沖數字信號，供A/D測量和LS7266R1計數，從而實(shí)現了獨立完成材料試驗控制或通過(guò)PC機串口命令完成材料試驗控制。

　　電子式萬(wàn)能材料試驗機是一種材料試驗機測控裝置，能夠實(shí)現對材料拉伸、壓縮、剝離、撕裂、抽出等力學(xué)性能試驗的測試與控制。該試驗機通過(guò)采集多通道壓力信號，編碼器輸出的位移脈沖信號，并進(jìn)行干擾抑制、模擬信號放大濾波和隔離變換等處理，利用鍵盤(pán)和顯示模塊人機接口，結合變頻控制器技術(shù)實(shí)現機臺斷點(diǎn)停機控制、定荷重控制、定應力控制、定位移控制、定應變(延伸率)控制、力量保持控制、自動(dòng)回歸控制、限位控制、多段條件測試等功能。而針對實(shí)現上位移測量及定位移控制功能，提出一種利用光電軸角編碼器的專(zhuān)用計數器LS7266R1來(lái)采集編碼器輸出的位移脈沖信號。

　　1 LS7266R1簡(jiǎn)介

　　雙軸正交信號鑒相器LS7266R1是一款低成本、超高精度、24位雙通道的求積計數器，4種可編程計數方式，3種求積方式和1種非求積方式，計數精度高，具有X和Y雙通道計數，每路計數長(cháng)度可達24位，且具有二進(jìn)制／十進(jìn)制計數二種可編程方式。特別重要的是它有方向標志功能，測量2路(X、Y)編碼器的大小相等，但有2種方向情況，當2路(X、Y)編碼器的符號標志S相同時(shí)，表示位移為正方向；當符號標志S相反時(shí)，表示位移為反方向。利用該功能可以通過(guò)光電軸角編碼器轉換，對電子式萬(wàn)能材料試驗機中的材料拉伸、壓縮的位移值實(shí)行加或減位移值的方向判斷。另外，在3種求積方式下，對每路編碼器還可實(shí)現8位獨立的可編程數字濾波的功能。其內部寄存器的功能設置可參見(jiàn)LS7266R 1的數據資料。

　　2 光電軸角編碼器

　　光電軸角編碼器又稱(chēng)光電角位置傳感器，有輸出循環(huán)二進(jìn)制碼的絕對式光電軸角編碼器和輸出單列或相位差90°的兩列光電脈沖信號的增量式光電軸角編碼器3種。這里選用ZSP3．812-003G-3600BZ型增量式光電軸角編碼器，該光電周角編碼器采用電纜側出，3 600 p／r，寬電壓7～24 V，互補輸出，集成模塊，具有體積小，價(jià)格低，非接觸等特點(diǎn)。它是一種集光、機、電為一體的精密數字測角裝置，它把軸角信息轉換成電脈沖數字信號，通過(guò)LS7266R1計數器與單片機等連接后可實(shí)現動(dòng)態(tài)測量和實(shí)時(shí)自動(dòng)控制。

　　3 電子式萬(wàn)能材料試驗機

　　圖1為試驗機機臺外型。該試驗機是由機座(內放置了單相電機和變頻器)，控制箱，力量傳感器，位移傳感器，以及機架等組成?？刂葡鋬鹊目刂破魇瞧浜诵?，由力量傳感器、儀表放大器、多路開(kāi)關(guān)、A／D構成試驗機力量測量單元；由增量式光電軸角編碼器，LS7266R1雙軸積分式計數器構成試驗機采集編碼器輸出的位移信號。利用光電方法，通過(guò)光電轉換將輸出軸的機械量。幾何位移量轉換成相應的電脈沖信號，從而獲得機械運動(dòng)狀態(tài)，位置坐標及其變化量等信息。CPU根據上述這些信息，以D／A輸出控制變頻器實(shí)現變頻技術(shù)與伺服控制技術(shù)，來(lái)調節或啟停電機，實(shí)現馬達的速度調節控制、位移量控制，力量保持控制等多種功能；利用算法實(shí)現了對力量傳感器的分階段校正、單位變換、多種保護，解決零點(diǎn)漂移，保證系統可靠穩定。試驗機人機接口方便，系統的功能多、性?xún)r(jià)比高。

圖1 試驗機機臺