材料万能试验机测控系统的研究

发布时间：2017-06-28 11:04

  本文关键词：材料万能试验机测控系统的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：材料万能试验机是能够在各种环境、条件下对不同的材料(金属材料、非金属材料)所制成的材料试样进行拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转、冲击等试验,检测其力学性能、机械性能以及其他物理性能测试的仪器设备。随着工业用材料的不断更新和微电子科学技术的高速发展,旧有的液压材料测控系统和一些变频测控系统在数据处理、控制方式和设备集成度等方面已逐渐不能适应广大用户的测试需求,迫切要求试验机测控系统向数字化、智能化、集成化方面迈进。因此,研制一种高精度、高实时性的材料试验机测控系统具有普遍意义。基于此,本课题提出了一种基于微控制器和虚拟仪器开发平台LabVIEW的材料万能试验机测控系统,具有运动控制精确和数据分析处理能力强等优点。本课题通过收集目前关于材料试验测控系统的相关信息,简要介绍了材料试验机的结构组成、工作原理、发展状况和发展趋势,并将整个测控系统分成不同的功能模块分别进行了硬件搭建和软件设计。为保证系统硬件电路的正常运行,课题也对系统硬件的电磁兼容性进行了设计及测试。总体上来说,硬件电路包含力值检测单元、位移及变形检测单元、伺服控制单元和人机接口等功能模块。通过对各功能模块的需求分析,采用力传感器、光电编码器等检测试验数据,实现数据的实时采集。使用微控制器的强大数据处理功能实现对试验数据进行传输、处理、显示等操作。系统上位机软件采用虚拟仪器开发平台LabVIEW,整个系统采用模块化设计,实现对信号进行实时采集、动态显示、精确控制、试验数据分析存储等处理。本课题设计的材料万能试验机测控系统可用于进行各种金属或非金属材料的力学性能试验,相比旧有的试验机测控系统,课题设计的试验机测控系统具有更强大的数据处理能力、精确的控制性能、更高的系统集成度以及良好的实时性。
【关键词】：材料试验机 传感器 伺服驱动 LabVIEW
【学位授予单位】：天津科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH87;TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 课题研究背景及意义9
• 1.2 材料万能试验机的国外发展现状9-10
• 1.3 材料万能试验机的国内发展现状10
• 1.4 材料万能试验机的发展趋势10-12
• 1.5 材料万能试验机的整体结构及工作原理12
• 1.6 论文主要内容12-14
• 1.7 本章小结14-15
• 2 力值检测模块的设计15-26
• 2.1 力值检测简述15
• 2.2 力值检测传感器15-18
• 2.2.1 电阻应变片式传感器15-16
• 2.2.2 测量电桥16-18
• 2.3 A/D转换电路18-22
• 2.3.1 AD7714工作原理18-20
• 2.3.2 AD7714特性20-22
• 2.4 A/D转换模块的硬件及程序设计22-25
• 2.5 本章小结25-26
• 3 位移及变形检测模块的设计26-32
• 3.1 简述26
• 3.2 光电编码器的工作原理26-29
• 3.2.1 绝对式光电编码盘26-28
• 3.2.2 增量式光电编码盘28-29
• 3.3 硬件电路设计29-30
• 3.4 力与变形的关系30-31
• 3.5 本章小结31-32
• 4 电机伺服驱动模块设计32-47
• 4.1 电机驱动32-33
• 4.1.1 电机驱动简述32
• 4.1.2 微处理器驱动电机的特点32-33
• 4.2 伺服电机33-41
• 4.2.1 伺服电机及其特点33
• 4.2.2 交流伺服电机的控制模式33-35
• 4.2.3 位置模式35-39
• 4.2.4 速度模式39-41
• 4.3 ModBus通信协议41-44
• 4.3.1 ModBus通信原理41-42
• 4.3.2 ModBus数据帧描述42-43
• 4.3.3 ModBus数据传输模式43-44
• 4.4 伺服驱动的软/硬件设计44-46
• 4.5 本章小结46-47
• 5 系统硬件电路的电磁兼容性设计47-55
• 5.1 电磁兼容的简介47-48
• 5.1.1 电磁兼容的定义47
• 5.1.2 电磁兼容的发展47
• 5.1.3 电磁干扰产生的原因47-48
• 5.1.4 电磁兼容的三要素48
• 5.2 电磁兼容的解决方法48-49
• 5.2.1 屏蔽技术48-49
• 5.2.2 滤波技术49
• 5.2.3 接地技术49
• 5.3 PCB电磁兼容性设计49-54
• 5.3.1 电源线的处理50-51
• 5.3.2 地线的设计51-52
• 5.3.3 滤波52-53
• 5.3.4 PCB布局和布线处理53-54
• 5.4 本章小结54-55
• 6 LabVIEW上位机软件55-69
• 6.1 虚拟仪器与LabVIEW55-57
• 6.1.1 虚拟仪器简介55
• 6.1.2 LabVIEW简介55-57
• 6.2 系统软件总体框图57-59
• 6.3 系统软件功能设计59-68
• 6.3.1 数据通信模块设计59-63
• 6.3.2 主菜单设计63-66
• 6.3.3 数据显示设计66-68
• 6.4 本章小结68-69
• 7 结论69-70
• 8 展望70-71
• 9 参考文献71-76
• 10 致谢76

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