基于LS7266R1的電子式萬能材料試驗機中的設(shè)計

摘要: 針對材料試驗機等設(shè)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(dǎo)致電路設(shè)計復(fù)雜，可靠性降低。因此，提出一種基于LS7266R1的電子式萬能材料試驗機設(shè)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(shè)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(shù)字信號，供A/D測量和LS7266R1計數(shù)，從而實現(xiàn)了獨立完成材料試驗控制或通過PC機串口命令完成材料試驗控制。

　　電子式萬能材料試驗機是一種材料試驗機測控裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)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。該試驗機通過采集多通道壓力信號，編碼器輸出的位移脈沖信號，并進行干擾抑制、模擬信號放大濾波和隔離變換等處理，利用鍵盤和顯示模塊人機接口，結(jié)合變頻控制器技術(shù)實現(xiàn)機臺斷點停機控制、定荷重控制、定應(yīng)力控制、定位移控制、定應(yīng)變(延伸率)控制、力量保持控制、自動回歸控制、限位控制、多段條件測試等功能。而針對實現(xiàn)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用計數(shù)器LS7266R1來采集編碼器輸出的位移脈沖信號。

　　1 LS7266R1簡介

　　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(shù)器，4種可編程計數(shù)方式，3種求積方式和1種非求積方式，計數(shù)精度高，具有X和Y雙通道計數(shù)，每路計數(shù)長度可達24位，且具有二進制／十進制計數(shù)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(dāng)2路(X、Y)編碼器的符號標志S相同時，表示位移為正方向；當(dāng)符號標志S相反時，表示位移為反方向。利用該功能可以通過光電軸角編碼器轉(zhuǎn)換，對電子式萬能材料試驗機中的材料拉伸、壓縮的位移值實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現(xiàn)8位獨立的可編程數(shù)字濾波的功能。其內(nèi)部寄存器的功能設(shè)置可參見LS7266R 1的數(shù)據(jù)資料。

　　2 光電軸角編碼器

　　光電軸角編碼器又稱光電角位置傳感器，有輸出循環(huán)二進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(cè)出，3 600 p／r，寬電壓7～24 V，互補輸出，集成模塊，具有體積小，價格低，非接觸等特點。它是一種集光、機、電為一體的精密數(shù)字測角裝置，它把軸角信息轉(zhuǎn)換成電脈沖數(shù)字信號，通過LS7266R1計數(shù)器與單片機等連接后可實現(xiàn)動態(tài)測量和實時自動控制。

　　3 電子式萬能材料試驗機

　　圖1為試驗機機臺外型。該試驗機是由機座(內(nèi)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?nèi)的控制器是其核心，由力量傳感器、儀表放大器、多路開關(guān)、A／D構(gòu)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(shù)器構(gòu)成試驗機采集編碼器輸出的位移信號。利用光電方法，通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸的機械量。幾何位移量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖信號，從而獲得機械運動狀態(tài)，位置坐標及其變化量等信息。CPU根據(jù)上述這些信息，以D／A輸出控制變頻器實現(xiàn)變頻技術(shù)與伺服控制技術(shù)，來調(diào)節(jié)或啟停電機，實現(xiàn)馬達的速度調(diào)節(jié)控制、位移量控制，力量保持控制等多種功能；利用算法實現(xiàn)了對力量傳感器的分階段校正、單位變換、多種保護，解決零點漂移，保證系統(tǒng)可靠穩(wěn)定。試驗機人機接口方便，系統(tǒng)的功能多、性價比高。

圖1 試驗機機臺