[發(fā)明專利]一種圓盤多功能運動參數(shù)試驗方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011010472.7
• 申請日: 2020-09-23
• 公開（公告）號: CN112150898B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 程森林;潘定坤;趙志威;徐旭華;廖鑫浩
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學
• 主分類號: G09B23/18
• 分類號: G09B23/18;G01D21/02
• 代理公司: 北京同恒源知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

1.一種圓盤多功能運動參數(shù)試驗方法，其特征在于：該方法為：

應變片貼于試驗者握手兩端，當試驗者握住握手運動時，握手會產(chǎn)生應變，粘貼在表面的電阻片也會產(chǎn)生應變，應變片的阻值會發(fā)生變化，并通過電橋測量電路將應變片阻值變化率轉(zhuǎn)換為輸出電壓，該電壓信號先經(jīng)過運算放大器放大，再由A/D轉(zhuǎn)換電路將電壓模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號，然后將其輸出給單片機，再將結(jié)果傳給顯示電路顯示；

圓盤轉(zhuǎn)動時帶動連軸器來帶動光電編碼器旋轉(zhuǎn)，光電編碼器的脈沖通過單片機中斷來直接實現(xiàn)脈沖的鑒相和計數(shù)；

當編碼器輸出的A向脈沖接到單片機的外部中斷INTO，B向脈沖接到I/O端口P1.0，當系統(tǒng)工作時，首先要把INTO設(shè)置成下降沿觸發(fā)，并開相應中斷；當有效脈沖觸發(fā)中斷時，執(zhí)行中斷處理程序，判別B脈沖是高電平還是低電平；若是高電平，則編碼器正轉(zhuǎn)，加1計數(shù)；若是低電平，則編碼器反轉(zhuǎn)，減1計數(shù)；

霍爾器件所處磁場的磁感應強度大小突變時，輸出電壓也突變，相當于產(chǎn)生一個脈沖信號；單位時間內(nèi)脈沖數(shù)與轉(zhuǎn)速對應，構(gòu)成數(shù)字量傳感器；待測轉(zhuǎn)盤上有小磁體，小磁體的對數(shù)與分辨率呈正比關(guān)系；在小磁鋼附近固定霍爾開關(guān)；小磁鋼轉(zhuǎn)過霍爾開關(guān)時，霍爾開關(guān)會產(chǎn)生脈沖；待測物體的位移通過所測得的單位時間內(nèi)脈沖數(shù)和握手到圓盤中心的距離進行判斷；

應變片阻值變化率：

其中，K為電阻應變片的靈敏度，ε稱為電阻絲的軸向應變，也稱縱向應變，在應變測量中，即微應變；金屬應變片的電阻變化范圍很小，利用橋式測量轉(zhuǎn)換電路將ΔR/R轉(zhuǎn)換為輸出電壓U₀；

兩臂差動電橋電路的電壓輸出為：當初始時R₁＝R₂＝R₃＝R₄＝R則簡化為：

經(jīng)運放放大后的電壓:其中，D-運放放大倍數(shù)；求得使用的力的大小F和輸出給單片機的電壓U_o2的關(guān)系為：E為握手的彈性模量；

當小磁體都貼滿16個時霍爾傳感器每經(jīng)過一個磁體，運動的距離為：則由霍爾傳感器測得的運動距離為：n為總共經(jīng)過的磁體個數(shù)；

光電編碼器運動的距離為：a為圓盤運動的角度；

所述應變片的運作原理為：

將電阻應變片粘貼在握手上；當握手受到運動壓力作用時，將產(chǎn)生應變，粘貼在表面的電阻應變片也會產(chǎn)生應變，表現(xiàn)為電阻值的變化；這樣彈性體的變形轉(zhuǎn)化為電阻應變片阻值的變化；把電阻應變片按照橋路方式連接，兩輸入端施加一定的電壓值，兩輸出端輸出的共模電壓隨著橋路上電阻阻值的變化增加或者減小；這種變化的對應關(guān)系具有近似線性的關(guān)系；找到壓力變化和輸出共模電壓變化的對應關(guān)系，通過測量共模電壓得到壓力值；

電阻應變片的工作原理是吸附在基體材料上應變電阻隨機械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象，即電阻應變效應；金屬導體的電阻值用下式表示：

式中:

ρ為金屬導體的電阻率，單位為Ω·cm²/m；

S為導體的截面積，單位為cm²；

L為導體的長度，單位為m；

所述圓盤上設(shè)有運動傳感器，運動傳感器包括光電旋轉(zhuǎn)編碼器和霍爾傳感器；

其中，光電旋轉(zhuǎn)編碼器中的增量式編碼器的輸出信號是A，B，Z三組方波脈沖；

碼盤上等間距刻錄輻射狀透光縫隙，相鄰兩個透光縫隙之間為一個增量周期；檢測光柵上刻有A，B兩組與碼盤相對應的透光縫隙，來達到通過或遮擋光源與光電檢測器件之間的光線的目的；檢測光柵上透光縫隙的間距和碼盤上的間距相等，并且兩組透光縫隙之間相差1/4間距，這樣使得光電檢測器件輸出的信號在相位上相差90度的電度角；編碼器工作時檢測光柵不動，碼盤隨被測轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，光線透過碼盤和檢測光柵上的透光縫隙照射到光電探測器件上，光電檢測器件就輸出兩組相位相差90度的近似于正弦波的電信號，經(jīng)過電路的轉(zhuǎn)換處理，得到被測軸的轉(zhuǎn)角或速度信息，利用角度和握手到軸心半徑求得圓盤運動位移；

霍爾傳感器的位置固定，圓盤上有若干圓孔能夠自由貼若干對小磁鋼，小磁鋼越多，精度及分辨率越高；為判斷轉(zhuǎn)動方向，采用兩個相同的霍爾傳感器H1和H2；測量角度時，每當一個磁鋼轉(zhuǎn)過霍爾傳感器時，引起磁場的變化，傳感器便輸出一個脈沖，計算脈沖的個數(shù)，確定旋轉(zhuǎn)物體轉(zhuǎn)過的角度，利用角度和握手到軸心半徑求得圓盤運動位移。