基于Cortex-M3的新型低频力学谱仪研究与实现

发布时间：2020-11-09 15:42

　　 低频力学谱仪是研究固体材料内耗特性的重要仪器设备之一。现有的低频力学谱仪大多采用工控机+数据采集卡的集中控制系统模式,采用FFT方法进行相位差计算,这种系统模式存在系统调试和维护难度,系统实时性不足,计算精度差,且生产成本高。基于此,本文提出并设计了一种基于Cortex-M3的新型高性能低频力学谱仪。本文主要完成的研究内容包括:(1)采用了一种全相位FFT谱分析计算相位差的方法,对全相位FFT测相原理进行了理论分析,并对传统FFT与全相位FFT进行了理论分析比较与MATLAB仿真实验对比,验证了全相位FFT具有高精度的测相性能。(2)对低频力学谱仪机械结构进行了理论分析和设计,指出了低频力学谱仪机械系统中倒扭摆的垂直精度直接影响着材料内耗的测量精度,设计了材料试样装载采用夹具位置精密可调的机械装置,对各个零件的结构尺寸进行了详细的设计说明并利用三维软件Pro E对各个零件进行了三维建模。(3)建立了以Cortex-M3处理器为主控制核心的控制系统,对各个模块:信号发生模块、光电池步进电机控制模块、双路信号采集模块以及温度控制模块进行了详细的性能分析和设计,并采用C语言编写程序相应的子程序,设计与实现了正弦信号的发出与双路信号采集的功能(4)采用Csharp(C#)语言设计了上位机图形显示界面,实现了数据采集图形化显示。搭建了低频力学谱仪测试系统实验平台,对材料试样进行了不同温度下的内耗测试,并对测试实验数据进行了分析,得到了材料内耗随温度变化的规律曲线即内耗-温度谱。该系统采用上位机+Cortex-M3处理器的分散控制系统,通过改集中控制为分散控制系统,增大了系统软、硬件优化的空间,方便系统调试和维护;并且采用全相位FFT谱分析方法计算相位差,克服传统FFT方法的缺陷,实现实时性强,抗干扰性强的相位差计算。该系统方案改进了系统的实时性和可靠性,并且有效的提高低频力学谱仪的计算精度,同时也为今后系统优化奠定了一定的基础。
【学位单位】：华东交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TH87
【部分图文】：

大程度的减少生产成本，提高企业市场经备的自主创新能力。的国内外研究现状发开始于二十世纪四十年代，它的工作原，但当时的测试性能存在许多缺陷[7]。到试技术的快速发展，国际上已研发制造出频力学谱仪的测试性能进行了改善，以及外同类仪器设备价格比较高，严重滞约了，以中科院物理研究所为代表对低频力学、刘长松以及朱震刚等研究员为代表的中期开始自主研发了自动化控制比较高的低要技术性能为（工作状态为强迫振动时)：工度为 100 600K，控温精度 0.5K[11-14]。

图 1-2 LMA-1 型低频力学谱仪Fig.1-2 LMA-1 low-frequency mechanical spectrom仪器研究主要在欧洲、日本以及美国地区。和仪器主要是在自动化程度、机械系统结构、测行提高和改进。Swartz[23]研发制造了一种用来试仪器具有 2 个相异温区的样品室，高温的是变范围是-72 10 -42 10，应变精度可达4 1较低的温度对中子辐照薄膜的低频内耗进行测模式，能够消除较高的寄生频率影响。Barrow测试温度最低可达 4 K 且具有很高的测试精度维持应变振幅，并且提供对应于阻尼水平的输耗相对较低的材料。Woirgard[26]等研发了一种量材料的内耗，在-510 10Hz 的频率范围内通高内耗，这种测试方法通过不同的实验获得一种测量内耗的倒扭摆，测量的频率范围为1

研究技术路线
【参考文献】

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1 于鹏;;基于ARM Cortex-M3的数据采集系统的研究与实现[J];微型机与应用;2016年10期

2 孔庆平;方前锋;蒋卫斌;崔平;;晶界内耗研究的进展[J];物理学进展;2016年02期

3 杨洪;张永康;刘聃扬;;低频力学谱仪低温致冷装置的改进设计[J];苏州市职业大学学报;2015年04期

4 冯自立;成洪川;夏长鹏;赵娟;;基于C Sharp和PLC的联轴节贴合率自动检测系统设计[J];制造业自动化;2015年06期

5 刘华;汤彬;王仁波;马松;;基于Cortex-M3处理器的数据采集系统的设计[J];湖南农机;2014年12期

6 丁力;宋志平;徐萌萌;陶灿辉;;基于STM32的嵌入式测控系统设计[J];中南大学学报(自然科学版);2013年S1期

7 杨星冉;张启升;马舒元;王泓懿;黄建宇;;基于Cortex-M3的高精度低功耗信号采集系统的实现[J];中国科技信息;2013年08期

8 谭思炜;任志良;孙常存;;全相位FFT相位差频谱校正法改进[J];系统工程与电子技术;2013年01期

9 王刘旺;黄建才;孙建新;王强;朱永利;;基于加汉宁窗的FFT高精度谐波检测改进算法[J];电力系统保护与控制;2012年24期

10 杨岳彬;左文龙;保延翔;刘树郁;李龙飞;熊小敏;;基于扭摆的力学谱仪在强迫振动模式下的延时误差分析[J];中山大学学报(自然科学版);2012年05期

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4 亢雪琳;基于STM32的CAN总线通信设计[D];吉林大学;2013年

5 冉娜娜;基于Cortex-M3的25Hz相敏轨道电路信号采集板的研究与实现[D];北京交通大学;2011年

6 王晓辉;电机参数辨识和实时数据采集系统[D];吉林大学;2010年

7 任丽棉;基于全相位FFT的高精度频率计系统研究[D];天津大学;2009年

本文编号：2876636