Mô-đun điều hòa tín hiệu của máy kiểm tra phổ quát là hệ thống đo lường "Trung tâm tiền xử lý tín hiệu", vai trò cốt lõi là chuyển đổi tín hiệu điện thô yếu, nhiễu đầu ra của cảm biến, xử lý tín hiệu tiêu chuẩn ổn định, chính xác và phù hợp với yêu cầu thu thập dữ liệu, đặt nền tảng cho việc chuyển đổi analog-digital tiếp theo (chuyển đổi A/D) và xử lý dữ liệu. Chức năng của nó được thiết kế xung quanh bốn mục tiêu cốt lõi là "khuếch đại tín hiệu, ức chế tiếng ồn, bù lỗi, phù hợp với tín hiệu", sau đây là phân tích chức năng cụ thể (kết hợp với cảnh thực hành thiết bị và chi tiết kỹ thuật):

I. Chức năng cốt lõi1: khuếch đại tín hiệu yếu (chức năng cốt lõi cơ bản nhất)

Nguyên tắc chức năng:

Tín hiệu đầu ra của các cảm biến cốt lõi như cảm biến lực, máy đo độ giãn nở là tín hiệu tương tự yếu (thường là Lớp V, chẳng hạn như tải 1000N tương ứng với tín hiệu 100 V), trong khi bộ chuyển đổi A/D có độ chính xác nhận dạng tín hiệu yếu rất thấp và dễ bị nhiễu dẫn đến biến dạng dữ liệu. Mô-đun điều hòa tín hiệu khuếch đại tín hiệu yếu đến mức mV (thường là 1.000~10.000 lần) thông qua bộ khuếch đại lập trình (PGA), tăng tỷ lệ tín hiệu tiếng ồn và khả năng nhận dạng tín hiệu.

Chi tiết kỹ thuật chính:

Điều chỉnh độ phóng đại: Hỗ trợ theo loại cảm biến (ví dụ: cảm biến lực, máy đo độ giãn nở) và kịch bản thử nghiệm (tải trọng nhỏ)/tải trọng lớn) bằng tay hoặc tự động điều chỉnh độ phóng đại (chẳng hạn như 1000 lần, 5000 lần, 10000 lần), đảm bảo rằng các tín hiệu của các biên độ khác nhau có thể được khuếch đại chính xác;

Độ chính xác cao: Lỗi phóng đạiNhỏ hơn bằng± 0,1%, tránh sai số đo do độ lệch độ phóng đại (chẳng hạn như sai số phóng đại 1000 lần nếu ± 0,5%, sẽ trực tiếp dẫn đến sai số đo giá trị lựcCó thể đạt được ±0.5%）；

Dòng bù đắp đầu vào thấp:≤1nA， Giảm tác động tải lên tín hiệu đầu ra của cảm biến (tránh tín hiệu cảm biến bị "kéo xuống" hoặc biến dạng).

Áp dụng kịch bản:

Kiểm tra tải trọng nhỏ (chẳng hạn nhưKiểm tra lực kéo lò xo nhỏ dưới 10N): Tín hiệu đầu ra của cảm biến chỉ là một vài μV, cần được khuếch đại từ 10.000 lần đến vài chục mV để được nhận dạng chính xác bởi bộ chuyển đổi A/D;

Đo căng thẳng (chẳng hạn như kiểm tra căng thẳng năng suất kim loại): Tín hiệu đầu ra của máy đo độ giãn nở thường≤10μV， Cần phóng đại bội số cao để bắt được sự thay đổi ứng biến vi mô.

II. Chức năng cốt lõi2: Khử tiếng ồn và lọc (tăng độ tinh khiết tín hiệu)

Nguyên tắc chức năng:

Có rất nhiều nhiễu điện từ trong môi trường thử nghiệm (chẳng hạn như tiếng ồn tần số cao được tạo ra bởi động cơ servo, nguồn điện, bộ biến tần), tiếng ồn rung cơ học sẽ chồng lên tín hiệu ban đầu của cảm biến, dẫn đến tín hiệu "Distortion" (chẳng hạn như dao động răng cưa trong đường cong giá trị lực). Mô-đun điều hòa tín hiệu thông qua mạch lọc và thiết kế che chắn điện từ, lọc tiếng ồn vô dụng và giữ lại tín hiệu hiệu quả.

Chi tiết kỹ thuật chính:

Chế độ lọc đa loại:

Low Pass Filter (Mainstream): Lọc nhiễu tần số cao hơn tần số đã đặt (như tần số cắt)1kHz、5kHz）， Thích hợp với tốc độ kiểm tra khác nhau (kiểm tra tốc độ thấp chọn tần số cắt thấp, kiểm tra tốc độ cao chọn tần số cắt cao);

-Hiển thị manipulator (50Hz/60Hz): chuyên lọc nhiễu tần số điện được tạo ra bởi điện áp lưới điện (chẳng hạn như tiếng ồn 50Hz của lưới 220V trong phòng thí nghiệm), là phương pháp lọc nguồn gây nhiễu phổ biến;

Bộ lọc notch: Lọc chính xác các nhiễu tần số cụ thể (chẳng hạn như nhiễu 100Hz do hoạt động của động cơ) để tránh ảnh hưởng đến tín hiệu;

Độ hòatan nguyênthủy(CMRR）：≥ 120dB@50Hz , ức chế nhiễu chế độ chung (chẳng hạn như nhiễu mặt đất ở cả hai đầu của cáp cảm biến), đảm bảo độ chính xác của khuếch đại chênh lệch tín hiệu;

Thiết kế che chắn: Vỏ mô-đun được che chắn bằng kim loại, dây che chắn xoắn đôi được chọn cho cáp, điện trở mặt đất≤4Ω, giảm nhiễu điện từ hơn nữa.

Áp dụng kịch bản:

Thiết bị vớt váng dầu mỡ cho xử lý nước thải -PetroXtractor - Well Oil Skimmer (≥1kHz）， Cần phải lọc bằng bộ lọc thông thấp (tần số cắt 1kHz), tránh biến động dữ liệu giá trị lực;

Kiểm tra độ căng chính xác: tiếng ồn điện từ xung quanh (như máy tính, bộ biến tần) có thể gây ra tín hiệu căng, cần phải vượt qua bộ lọc tần số công suất+Thiết kế che chắn, kiểm soát lỗi đo căng thẳng trong vòng ± 1μm/m.

III. Chức năng cốt lõiB5-03=giá trị thông số Ki, (cài 3)

Nguyên tắc chức năng:

Bản thân cảm biến tồn tại các lỗi cố hữu như trôi nhiệt độ, độ lệch điểm không và các mô-đun điều hòa tín hiệu, thông qua mạch bù phần cứng và thuật toán hiệu chuẩn phần mềm, sửa chữa các lỗi hệ thống này và đảm bảo độ chính xác của tín hiệu.

Chi tiết kỹ thuật chính:

Bồi thường nhiệt độ:

Bù phần cứng: cảm biến nhiệt độ tích hợp và điện trở bù khi nhiệt độ môi trường thay đổi (chẳng hạn như23 ℃ ± 5 ℃), tự động điều chỉnh độ lợi hoặc điện áp bù của mạch khuếch đại, bù đắp sự trôi dạt nhiệt độ của cảm biến (chẳng hạn như 10 ℃ mỗi thay đổi nhiệt độ cảm biến lực, trôi dạt ≤ 0,005% FS);

Bồi thường phần mềm: bằng cách lưu trữ hệ số hiệu chuẩn, tương ứng nhiệt độ và lỗi được viết vào chương trình, giá trị đo được sửa chữa trong thời gian thực;

Tính năng nổi bật Zero Compensation&Calibration:

Hỗ trợ hiệu chuẩn zero bằng tay hoặc tự động (chẳng hạn như xóa không tải trước khi thử nghiệm), hiệu chỉnh độ lệch zero của cảm biến (chẳng hạn như đầu ra khi cảm biến không tải sau khi sử dụng lâu dài)Tín hiệu 0,1 μV, bằng không bồi thường bằng 0);

Hỗ trợ hiệu chuẩn tín hiệu tiêu chuẩn bên ngoài (chẳng hạn như đầu vào tín hiệu điện áp tiêu chuẩn đã biết, hiệu chuẩn độ chính xác tăng của mạch khuếch đại);

Bù tuyến tính: Sửa lỗi phi tuyến tính của cảm biến và mạch khuếch đại (chẳng hạn như mối quan hệ phi tuyến giữa đầu ra cảm biến và đại lượng vật lý thực tế), thông qua thuật toán hiệu chuẩn phân đoạn, kiểm soát lỗi tuyến tính trong trong khoảng 0,02% FS.

Áp dụng kịch bản:

Kiểm tra môi trường nhiệt độ cao (chẳng hạn như kiểm tra với hộp môi trường nhiệt độ cao và thấp): Phạm vi thay đổi nhiệt độ- 70 ℃~300 ℃, cần đảm bảo giá trị lực/tín hiệu dịch chuyển không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ bằng cách bù nhiệt độ;

Kiểm tra liên tục dài hạn (chẳng hạn như dây chuyền sản xuất)Kiểm tra chất lượng 24 giờ: Cảm biến 0 sẽ trôi chậm theo thời gian và độ lệch cần được điều chỉnh bằng hiệu chuẩn 0 tự động (0 lần mỗi 100 lần kiểm tra).

IV. Chức năng cốt lõiB5-05=giá trị thông số Kd, (cài 2)

Nguyên tắc chức năng:

Các loại tín hiệu đầu ra của cảm biến (chẳng hạn như tín hiệu khác biệt, tín hiệu một đầu) và biên độ có thể liên quan đếnYêu cầu đầu vào của bộ chuyển đổi A/D không phù hợp và mô-đun điều hòa tín hiệu, thông qua mạch chuyển đổi tín hiệu, sẽ điều chỉnh tín hiệu thành tín hiệu tiêu chuẩn mà bộ chuyển đổi A/D có thể nhận được.

Chi tiết kỹ thuật chính:

Chuyển đổi loại tín hiệu:

Chuyển đổi tín hiệu khác biệt của cảm biến, chẳng hạn như đầu ra khác biệt của cầu chip căng thẳng, thành tín hiệu một đầu (chẳng hạn như tín hiệu tham chiếu mặt đất), phù hợp với hầu hếtYêu cầu đầu vào cho bộ chuyển đổi A/D;

Kích hoạt bàn phím ảo (4~20mA) với chuyển đổi tín hiệu điện áp (0~10V) (một số cảm biến bên ngoài là loại đầu ra hiện tại);

Kẹp biên độ tín hiệu: giới hạn biên độ tín hiệu khuếch đại ởPhạm vi đầu vào của bộ chuyển đổi A/D (chẳng hạn như ± 10V), tránh làm hỏng bộ chuyển đổi A/D hoặc tràn dữ liệu do quá tải tín hiệu;

Cung cấp năng lượng khuyến khích: Cung cấp năng lượng khuyến khích cầu ổn định (thường là) cho cảm biến chip căng thẳng (cảm biến lực, máy đo độ giãn nở)5V hoặc 10V), ổn định điện áp kích thích ≤ ± 0,01%/h, gợn ≤ 1mV, đảm bảo cảm biến hoạt động ổn định.

Áp dụng kịch bản:

Máy đo độ chính xác cao bên ngoài (loại đầu ra hiện tại)4~20mA): cần phải chuyển đổi tín hiệu hiện tại thành tín hiệu điện áp 0~10V thông qua mô-đun điều hòa tín hiệu, sau đó nhập vào bộ chuyển đổi A/D;

Tín hiệu sau khi khuếch đại bội số cao (như20V): Hạn chế ở ± 10V thông qua chức năng kẹp biên độ, tránh vượt quá phạm vi đầu vào của bộ chuyển đổi A/D (thường ± 10V).

V. Chức năng cốt lõi5: Kiểm soát thu thập đồng bộ đa kênh (phù hợp với phép đo đa thông số)

Nguyên tắc chức năng:

Máy kiểm tra phổ quát cần đồng bộ hóa các tín hiệu của nhiều kênh như giá trị lực thu thập, dịch chuyển và căng thẳng (chẳng hạn như kênh giá trị lực, kênh dịch chuyển và kênh căng thẳng), mô-đun điều hòa tín hiệu thông qua mạch điều khiển đồng bộ để đảm bảo nhịp độ thu thập tín hiệu phù hợp cho tất cả các kênh và đạt được sự căn chỉnh dấu thời gian của dữ liệu.

Chi tiết kỹ thuật chính:

Xử lý song song đa kênh: Hỗ trợ≥ 3 kênh (lực, dịch chuyển, căng thẳng) thu thập đồng bộ, cách ly giữa các kênh ≥100dB, tránh nhiễu xuyên âm tín hiệu giữa các kênh;

Cơ chế kích hoạt đồng bộ: thông qua kích hoạt phần cứng (chẳng hạn như tín hiệu bắt đầu kiểm tra) hoặc kích hoạt phần mềm, đảm bảo tất cả các kênh bắt đầu thu thập đồng thời, tính nhất quán của tỷ lệ lấy mẫu≤ ± 1% (chẳng hạn như độ lệch tốc độ lấy mẫu của mỗi kênh ≤ 10Hz khi lấy mẫu 1000Hz);

Bộ nhớ đệm và truyền dữ liệu: Mô-đun bộ nhớ đệm tích hợp (Dung lượng)≥1MB）， Dàn dựng dữ liệu thu thập đồng bộ đa kênh, tránh mất dữ liệu do tốc độ truyền không đủ, hỗ trợ truyền tốc độ cao đến bộ điều khiển thông qua giao diện USB, Ethernet.

Áp dụng kịch bản:

Căng thẳng- Vẽ đường cong căng thẳng: cần thu thập đồng bộ giá trị lực (tính toán ứng suất) và dữ liệu căng thẳng, nếu kênh không đồng bộ, nó sẽ dẫn đến độ lệch điểm uốn của đường cong (chẳng hạn như tính toán sai điểm năng suất kim loại);

Kiểm tra độ mỏi động: giá trị lực, tín hiệu dịch chuyển trong quá trình tải chu kỳ cần được thu thập đồng bộ để đảm bảo phân tích dữ liệu của mỗi chu kỳ là chính xác.

VI. Chỉ số hiệu suất và tham chiếu lựa chọn mô-đun điều hòa tín hiệu

tổng kết

Mô-đun điều hòa tín hiệu của máy kiểm tra phổ quát được kết nối với cảm biến và hệ thống thu thập dữ liệu "Cầu", giá trị cốt lõi của nó nằm trong "tín hiệu tinh khiết, lỗi sửa chữa, bộ sưu tập phù hợp", trực tiếp xác định độ chính xác và ổn định của hệ thống đo lường. Các chức năng chính có thể được tóm tắt là:

khuếch đại tín hiệu yếu và tăng khả năng nhận dạng;

Lọc nhiễu tiếng ồn để đảm bảo tín hiệu tinh khiết;

bù nhiệt độ, điểm không và các lỗi hệ thống khác;

Loại tín hiệu chuyển đổi/Định dạng, phù hợp với bộ chuyển đổi A/D;

Thu thập đa kênh đồng bộ, đảm bảo kết nối dữ liệu chính xác.

Khi chọn loại cần dựa trên mức độ chính xác của thiết bị (ví dụ:Thiết bị cấp 0.1 cần chọn CMRR cao, mô-đun điều hòa trôi thấp), các thông số kiểm tra (ví dụ: độ phóng đại cao, tiếng ồn thấp để kiểm tra căng thẳng), điều kiện môi trường (ví dụ: cảnh nhiệt độ cao cần bù nhiệt độ mạnh) để đánh giá toàn diện, đồng thời yêu cầu nhà sản xuất cung cấp báo cáo hiệu chuẩn mô-đun để đảm bảo các chỉ số hiệu suất đạt tiêu chuẩn. Khi sử dụng cần thường xuyên kiểm tra mặt đất che chắn của mô-đun, cài đặt tham số lọc để tránh biến dạng dữ liệu thử nghiệm do lỗi mô-đun.