应变测试的意义(论文要用，查不到资料，学的电阻应变式电测法）

摘要:本文描述了基于电阻式应变片传感器设计的电子测量握力计及实现方法。该系统由51单片机控制，通过液晶屏自动显示所测握力的大小。其电路构成主要有测量电路，差动放大电路，A/D转换，显示电路。测量电路利用电阻式应变器件将物体的力量转化成相应大小的电，通过差动放大电路将电放大到AD芯片能够识别的范围内从而能将电转换成对应的数字，最终在液晶上显示所测的握力。
关键词:电阻应变式传感器、差分放大器、液晶
Figures based on resistance strain gauge dynamometer design
Paul Chang Bin Health Core Exhibition spend Junjie
Huanghuai College
Abstract: This paper describes the resistive strain gauge sensors based on the design of electronic measuring dynamometer and implementation. The system consists of 51 single-chip control, through the LCD screen autotically displays the measured size of grip. The circuits are measuring circuit, differential amplifier, A / D conversion, display circuit. Measurement circuit using resistive strain the power of the device to an object the size of the signal into corresponding electrical signals, electrical signals through the differential amplifier circuit will be amplified to the AD chip to identify within which can convert electrical signals into corresponding digital signals, finally measured in the liuid crystal display on the grip.
Keywords: strain sensor, a differential amplifier,

一、设计任务与要求
1.1设计任务
1.设计一个数字显示握力计，可以显示出当前的力量值。
2.用数字显示被测力量。
1.2设计思路
数字显示握力计的测量过程是把被测物体的力量通过电阻式应变片传感器转换成电压。由于这一通常都很小，需要进行放大，放大后的模拟经由模/数芯片转换成数字量，再通过显示器显示出力量大小。
1.3工作原理
当被测物体(主要是手臂力量)使用数字显示握力计检测时，其力量使握力计弹簧变形便通过电阻应变片传感器，传感器随之产生相应的电效应，将物体的力量转换成电(电压或电流)。此由放大电路进行放大、经滤波后再由模/数(A/D)转换器进行转换，单片机对转换后的数字进行必要的判断、，再送到显示电路。
二、方案设计与论证
2.1整体方案
通过电阻应变片产生电压，经放大电路把放大后输入A/D转换芯片TCL进行A/D转换，由于此芯片可直接用于数字显示，故转换后的数字量直接用数码显示器进行显示。此方案的优点是外部电路非常简单，能实现较高的精度。

三、电子元器件的选取
3.1传感器的选择
电阻应变式传感器的优点是精度高，测量范围广,寿命长,结构简单，频响特性好，能在恶劣条件下工作，易于实现小型化、整体化和品种多样化等。
3.2运算放大器的选择
场上有已成形的集成运算放大器，如AD仪用放大器能直接用于该设计的放大部分，且集成芯片相对于自己用单运放搭接的运放电路具有更稳定的性能，误差更小;但集成运算放大器价格相对较高，而且自己搭接的运放电路其误差范围已经基本满足本设计的要求，所以我们选取OP07单运放搭接差分运算放大器的方式，同时一定程度上锻炼了模拟电路的实践能力。
3.3模数转换(A/D)芯片的选取
根据本课题的要求，要满足最低档位的分辨率，必须选取位数较高的A/D芯片，串行的TLC芯片驱动程序相对并行A/D复杂一点，但根据场零售价格比较，该芯片是满足要求的最便宜的芯片，本着项目尽量缩减成本的原则我们最终选取了该芯片。
3.4显示器的选择
选取Ca LCM点阵型液晶对放大以后的数据进行显示。
四、各硬件模块的具体实现方案
系统硬件包括电源模块、数据采集及放大模块、A/D转换模块、自动换档模块、数码管显示模块。
4.1电源模块
由于系统硬件有OP07，而运放电路要求正负9电源，故此整个放大电路需要的电源可以直接用可充电的锂电池。
4.2传感器模块
电阻应变式传感器就是将被测物理量的变化转换成电阻值的变化 , 再经相应的测量电路而最后显示或记录被测量值的变化。在这里，我们用电阻应变式传感器作为测量电路的核心。并应根据测量对象的要求，恰当地选择精度和范围度。

4.3、差动放大电路
数字显示握力计使用电阻应变全桥式传感器,其核心是由电阻应变计(应变片)构成的电桥电路,这类传感器具有成本低、精度高且温度稳定性好的特点。但其检测原理决定该类传感器输出电压低,要经过差分放大电路放大数百倍才能用于A/D转换。一般说来，传感器输出的电压值都非常小，基本上都是毫伏级甚至微伏级，需要外部放大电路来获得足够的增益。
仪表仪器放大器的选型很多，我们这里介绍一种用途非常广泛的仪表放大器，就是典型的差动放大器。它只需高精度OP07和几只电阻器，即可构成性能优越的仪表用放大器。广泛应用于工业自动控制、仪器仪表、电气测量等数字采集的系统中。
OP07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压，所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低和开环增益高的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱等方面。
4.4、A/D转换
在实际的测量和控制系统中检测到的常是时间、数值都连续变化的物理量，这种连续变化的物理量称之为模拟量，与此对应的电是模拟电。模拟量要输出显示，首先要经过模拟量到数字量的转换，LCM点阵型液晶才能接收、处理。

五、系统调试
5.1调试过程
(1).首先在握力计无负载时确保显示器准确显示零。
(2).然后握力臂施以不同的力量，观察显示器是否准确显示力量大小，如有偏差，采样十五次求平均值。
(3).零位稳定是影响握力计精度非常重要的因素，因受温度或其它因素影响将引起零位不稳定，这种现象称为零漂。由于零漂的影响，零输入时，输出可能不为零，为消除这个零位漂移值，采用零位补偿技术，零位补偿就是把这个零漂值储存起来，每一数据采集时减去这个数值，得到的数值就是消除零漂的有效。
六、系统功能
该数字握力计，测量范围分成四档，0~1.Kg、0~19.99Kg、0~.9Kg、0~Kg。用数字显示被测握力，小数点位置对应不同的量程显示，且具有量程自动切换功能，能适应不同层次的人。
七、设计总结
目前，场上的小型数显握力计很少但是其正朝着小型化、高精度、智能化方向发展。TCL采用较小的封装，尺寸很小，所需的器件也很少，满足了握力计小型化的需求;其内置各种控制寄存器和数据寄存器，并且可以通过SPI接口方便地控制和读取这些寄存器，满足了握力计智能化的需求。
在电子技术的课程设计中，我们花了大量的时间和精力进行资料查阅和方案论证，结合自己所学，认真解决每一个功能模块中遇到的问题。
我们还用仿真软件Proteus 6 Professional 进行某些功能模块的仿真，收到了很好的效果。
八、参考文献
[1] 刚.单片机原理机应用.:高等教育出版社，.
[2] 王化祥、张淑英.传感器原理及应用.天津:天津大学出版社，.
[1] 阎石.数字电子技术基础部分.:高等教育出版社，.
[1] 童诗白.电子技术基础模拟部分.:高等教育出版社，.
作者简介:
常生睿(-)，男，甘肃民勤，本科，网络工程师，专业方向:电子科学与技术;
花俊杰，男 ，25 ，河南信阳，本科，黄淮学院电子科学与工程系;
展保斌，男 ，甘肃白银，23 ，本科，黄淮学院信息工程系。
单位:河南省驻马店黄淮学院电子科学与工程系这真的很难一下子说明白最好上硬之城看看吧。

我国的动静态应变测试系统的发展和应用大致可分为三个阶段，第一阶段为我国解放初期的50年代的十多年里，比起国外约落后十余年，表现为当时没有专门的生产厂商，使用单位也很少，但随着国民经济恢复，某些科研院校急需进行有关结构实验，如北京航空学院，因需要对飞机结构及部件进行应变（应力）测试，有关科研人员仿制了从美国进口的SR4型静态电阻应变仪，它是利用电子管作为电压放大器件，交流载波供桥和调制放大原理，该仪器全部采用分散元器件组装而成，当时，为了振兴民族精神把它起名为“祖国牌”电阻应变仪。由于种种原因，一时无法组织生产和投入市场，急于项目需要单位，也只能向外国引进，除SR4外还有从匈牙利引进少量的静态应变仪，但一时无法满足工农业和教学科研的日益增长的需求，直到50年代末，由上海华东电子仪器厂会同有关高等院校（如上海交通大学，同济大学等）、科研单位联合研制了用电子管式放大器，如59型静态应变仪，YJ-5型静态电阻应变仪，YJD-1型静动态电阻应变仪和YD-4型动态应变仪，它们的共同点是体积大而自重重，温漂和时漂大，可测应变量程范围小，动态信噪比大、抗干扰和稳定性差，指零读数法、手动法作电容和电阻予调平衡操作十分繁杂等等，虽然这些电阻应变仪可解决一时教学科研的需要，由于上述先天的不足，影响到应变测试的应用和普及。 第二阶段，在70到90年代，国内外由于数字电路和小型集成电路的出现，应变电测放大器开始向直流供桥，数字显示和人工测读方向发展，首先提出的为 位数字静态应变仪，如“YJ-18”和“YDR-3”型再发展到 位的“YJ28A”型静态电阻应变仪，他们共同特点是把原为交流供桥，改为直流或方波供桥，从而去除了交流电桥中的电容预调平衡和载波解调等电路，对于动态应变放大器，推出了多通道多机型，动态响应较高的如“YD-21”和“YDR-3”型，它们的主机频率一般小于10 KHZ ，通道数可到8路。 应用：在机械工业中，它可用于测量透平叶片、锅炉结构或内燃机气缸的应力等。应变仪上如果配有相应的传感器，还可以测量力、质量、压力、位移、扭矩、振动、速度和加速度等物理量及其动态变化过程，也可用作非破坏性的应变测量和检查。

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