高精度傳感器在紙面測(cè)試行業(yè)的使用：為什么說紙面測(cè)試行業(yè)需要高精度傳感器來測(cè)量紙張抗力和耐壓力？因?yàn)閷?duì)于紙面測(cè)試行業(yè)，例如造紙，卷煙工業(yè)，都需要高度精確地測(cè)量紙張的抗張和耐壓力。盡管有一些效果，但由于受電路結(jié)構(gòu)的影響，傳統(tǒng)方法只提高了測(cè)力精度和A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)，許多因素如噪聲干擾的影響精度都難以達(dá)到一定程度的提高，而不能達(dá)到其行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(QB/T1670-92“微控電子式抗張強(qiáng)度測(cè)試儀”)中規(guī)定的0級(jí)(0.5%)。
現(xiàn)代智能微控電子式紙張抗張測(cè)試儀，不但解決了現(xiàn)有產(chǎn)品力值精度不高的問題，而且可抓住抗張?jiān)囼?yàn)機(jī)與抗張?jiān)囼?yàn)機(jī)機(jī)械與電子部分相似的特點(diǎn)，將兩者有機(jī)整合，為用戶和企業(yè)節(jié)省大量成本。電子型紙張抗張抗壓試驗(yàn)機(jī)要達(dá)到的性能和精度要求符合以上標(biāo)準(zhǔn)的最精確等級(jí)：0級(jí)(0.5%)
體系結(jié)構(gòu)和原理體系結(jié)構(gòu)。
采用高性能DSP芯片作為核心，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制和檢測(cè)運(yùn)算。兩個(gè)CPU之間采用串行方式通信，編制了與主機(jī)之間的三方通信協(xié)議，實(shí)踐證明該協(xié)議具有較高的實(shí)用性。也就是DSP通過USB接口和PC(PC)連接來實(shí)現(xiàn)上、下鍵盤切換控制，由上位機(jī)或DSP分別打印速據(jù)或曲線。
該系統(tǒng)的功能主要包括以下內(nèi)容：
控制運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和精確測(cè)量位移。
監(jiān)控部分，以DSP為核心，以DSP作為核心檢測(cè)控制芯片，揚(yáng)棄了現(xiàn)有的單片機(jī)系統(tǒng)。它采用了硬件QEP,PWM等模塊，并采用了高精度光電編碼器(2500p/r)、由于交流伺服驅(qū)動(dòng)器的調(diào)速范圍比現(xiàn)有的調(diào)速范圍大(0.1~200.0mm/min無級(jí)可調(diào))，位移精度更高(0.01mm)。
力敏傳感器檢測(cè)和采集弱信號(hào)。
使用精密拉壓傳感器。精確度：1.9585mv/v(抗壓),3.0025mv/v(抗張)，保證信號(hào)源的靈敏度。采用16位D/A轉(zhuǎn)換器為力傳感器提供16位動(dòng)態(tài)分辨率、幅值可調(diào)的激勵(lì)電壓，減小電壓波動(dòng)對(duì)傳感器的影響，從根本上提高系統(tǒng)精度。通過使用Σ-Δ24位A/D轉(zhuǎn)換器(CS5532)，保證將傳感器信號(hào)準(zhǔn)確有效地轉(zhuǎn)換成精確的數(shù)字信號(hào)。而且它與雙積分結(jié)構(gòu)A/D相比較，它對(duì)系統(tǒng)的白噪聲抗干擾性更強(qiáng)，使得系統(tǒng)的高精度成為現(xiàn)實(shí)。綜合使用16位DSP2407A實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)C中各種數(shù)據(jù)類型的全面支持，在精度范圍內(nèi)避免計(jì)算誤差，并采用分段線性插值技術(shù)，進(jìn)一步改善傳感器的線性。也就是說，系統(tǒng)力值的檢測(cè)精度進(jìn)一步提高到0.2%。實(shí)際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)檢測(cè)方法明顯優(yōu)于現(xiàn)有市場(chǎng)產(chǎn)品的1%力值精度。
數(shù)據(jù)的通訊
該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信較多，也是軟件編制中工作量較大的一部分。提出一種完整、有效的三方通信協(xié)議。就是實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)、DSP、DSP芯片間的數(shù)據(jù)共享、指令傳遞、切換控制。因?yàn)镻C機(jī)不支持485通信，數(shù)據(jù)量適中，通信距離短，因此該數(shù)據(jù)采集DSP部分與上位機(jī)連接采用USB接口。DSP與DSP芯片的連接采用485通信方式。
人機(jī)交互
使用了分立模塊，即4×4列掃描鍵盤，以DSP芯片為核心，320×240圖形液晶顯示器。數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示由DSP實(shí)現(xiàn)的串行通信。
上位機(jī)
主機(jī)采用USB與USB進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換，可實(shí)現(xiàn)鍵盤顯示的全部功能，并且可以獨(dú)立控制。
體系結(jié)構(gòu)框圖及說明。
采用定速測(cè)量方法，將運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)、測(cè)量采集子系統(tǒng)、人機(jī)交互子系統(tǒng)、上位機(jī)等多個(gè)子系統(tǒng)有機(jī)組成。
動(dòng)作控制子系統(tǒng)
由于采用了定速測(cè)量方法，因此速度的平滑是關(guān)鍵，是力值采集的先決條件；是運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和測(cè)量采。
集合系統(tǒng)間的連接。
移動(dòng)控制部分，對(duì)現(xiàn)有單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行揚(yáng)棄，采用集成度較高的DSPTMS320LF2407A作為核心檢測(cè)控制芯片。通過DSP將PWM信號(hào)發(fā)送到交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，無需DSP處理。與此同時(shí)，伺服器將光電編碼器的正交碼脈沖信號(hào)發(fā)送到DSPQEP模塊觸發(fā)定時(shí)器進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)，以實(shí)現(xiàn)夾頭位移的準(zhǔn)確測(cè)量。并且，該編碼器ZERO系統(tǒng)由撲獲模塊監(jiān)測(cè)電機(jī)的異常轉(zhuǎn)動(dòng)。
松下交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)和電動(dòng)機(jī)的使用，不僅使調(diào)速范圍更寬，速度也更精確(達(dá)到1%的精確度)，而且使轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)更容易控制，速度更平穩(wěn)。簡(jiǎn)單的速度控制只會(huì)讓DSP有更多的時(shí)間來處理數(shù)據(jù)。
從系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新來看，現(xiàn)有小量程抗張、抗壓性測(cè)試儀產(chǎn)品都是獨(dú)立產(chǎn)品，很少集成成一機(jī)。因?yàn)榭箯堅(jiān)囼?yàn)裝置的力學(xué)部分類似，具有相似的電子部分，所以該產(chǎn)品不僅集成了機(jī)械部分即雙絲杠橫梁結(jié)構(gòu)，而且還包括檢測(cè)與控制部分。改用DSPTMS320LF2407A作為其核心，以DSPTMS320LF2407A為核心。因此，把兩種方法有機(jī)地結(jié)合起來，可以大大節(jié)約成本，提高系統(tǒng)精度。
使用大范圍、高精度(0.001mv)的力傳感器精度與現(xiàn)有產(chǎn)品測(cè)量力傳感器相同。盡管力傳感器能提供16位動(dòng)態(tài)精度可調(diào)的激勵(lì)電壓，但該產(chǎn)品在使用傳感器時(shí)在傳感器的使用上做了有效的改進(jìn)，減小激勵(lì)電壓波動(dòng)對(duì)傳感器的影響，不僅可以從根本上提高系統(tǒng)的精度，還可以增強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)各種傳感器的支持能力。
目前，該儀器多使用8位單片機(jī)+多雙積分式12位A/D轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換精度不能滿足共模干擾的要求，且由于單片機(jī)都是單字節(jié)計(jì)算，難以兼顧計(jì)算精度和速度。該系統(tǒng)采用DSP+Σ-Δ24位A/D轉(zhuǎn)換器(CS5532)。DSP不但保證準(zhǔn)確的傳感器信號(hào)可以有效地轉(zhuǎn)換成精確的數(shù)字信號(hào)，而且DSP很好地支持高級(jí)語(yǔ)言(廣泛支持多種數(shù)據(jù)類型的標(biāo)準(zhǔn)C)，使得運(yùn)算精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于系統(tǒng)測(cè)量精度。從而使該產(chǎn)品大大提高系統(tǒng)測(cè)力的準(zhǔn)確性。該產(chǎn)品利用DSP強(qiáng)大的指令處理能力，利用分段線性插值技術(shù)，進(jìn)一步改善傳感器的線性度。也就是說，系統(tǒng)的精度進(jìn)一步提高。就系統(tǒng)可靠性而言，本產(chǎn)品采用DSP體系結(jié)構(gòu)，較現(xiàn)有單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)去除了大量外設(shè)，提高了系統(tǒng)的可靠性。實(shí)踐中，抗干擾能力明顯優(yōu)于常規(guī)的單片機(jī)系統(tǒng)。
深圳市力準(zhǔn)傳感技術(shù)有限公司專業(yè)研發(fā)生產(chǎn)高精度測(cè)力傳感器。主要產(chǎn)品有微型拉壓力傳感器、S型傳感器、稱重類傳感器、多軸力傳感器、扭矩傳感器、環(huán)形傳感器、拉桿式拉壓傳感器、柱式傳感器、軸銷類傳感器、微型位移傳感器、壓力變送器、液壓傳感器、變送器/放大器、控制儀表、以及手持儀等力控產(chǎn)品達(dá)千余種產(chǎn)品。
我們的產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于多種新型和智能化高端領(lǐng)域，包括工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線、醫(yī)療、紡織、汽車、3C、新能源、機(jī)器人、機(jī)械制造、冶金以及交通等領(lǐng)域；
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