CN107238347B - 应力应变测量***中应变计连接导线的自动修正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应力应变测量***中应变计连接导线的自动修正方法，在惠斯通电桥其中一个桥臂上并入一个固定阻值电阻，固定阻值电阻的电阻值为100k，使用软件计算的方法计算得到导线电阻值，再将获取的导线电阻值用于应力应变值的自动修正并通过软件修正得到准确的应力应变值。通过上述方式，本发明的应力应变测量***中应变计连接导线的自动修正方法，在惠斯通电桥并入一个100k电阻，仅使用软件计算的方法就可以计算得到导线电阻值，在通过软件修正得到准确的应力应变值，此方法省去了常规导线电阻测量所需的硬件电路，节约了成本。
Description
技术领域
本发明涉及应力应变(电桥模式)测量***的技术领域，尤其涉及一种应力应变测量***中应变计连接导线的自动修正方法，在应变计连接导线的电阻值获取后，自动修正到准确的应力应变值的方法。
背景技术
近年来，随着国防科工的大力发展，航空航天领域对结构设计应变应力测试的需求日益增多，从小规模结构测试到整机疲劳分析，应变应力测试需求日益增多，应变测点数量也从几十上升到成千上万，成本高，资源比较浪费。
在应变测量时，应变计必须采用导线连接至测试仪器上，导线电阻将会影响到最终应力应变值的准确性。常规的导线电阻测试方法是在仪器内增加恒流电路，然后给导线的两端提供一个恒流，测出导线两端的电压值，通过r＝U/I计算得到导线电阻值，这种方法需要相关硬件电路来实现，成本高。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种应力应变测量***中应变计连接导线的自动修正方法，提出了一种无需增加额外的硬件电路，通过软件的方法就可以计算获取导线电阻的方法，再通过软件自动修正到准确的应力应变值。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供了一种应力应变测量***中应变计连接导线的自动修正方法，在惠斯通电桥其中一个桥臂上并入一个固定阻值电阻，固定阻值电阻的电阻值为100K，使用软件计算的方法计算得到导线电阻值，再将获取的导线电阻值用于应力应变值的自动修正并通过软件修正得到准确的应力应变值，所述的惠斯通电桥桥路方式分1/4桥、半桥和全桥，其中1/4桥和半桥计算方法相同，所述的惠斯通电桥桥路方式为1/4桥、半桥时导线电阻的计算方法：
1)闭合开关K，测试Vi+与Vi-之间的电压值U1，
2)打开开关K，测试Vi+与Vi-之间的电压值U2，
3)计算ΔU＝U1-U2，通过软件算法计算获取导线电阻值，以下是曲线拟合后的公式：
R1、R2、R3为120Ω，108Ω≤Rx≤132Ω，桥路供电为2V时：
r＝66559*ΔU2+66675*ΔU-40；
R1、R2、R3为120Ω，108Ω≤Rx≤132Ω，桥路供电为5V时：
r＝10648*ΔU2+26668*ΔU-40；
R1、R2、R3为120Ω，108Ω≤Rx≤132Ω，桥路供电为10V时：
r＝2662*ΔU2+13334*ΔU-40；
R1、R2、R3为350Ω，315Ω≤Rx≤385Ω，桥路供电为2V时：
r＝67099*ΔU2+66673*ΔU-116.66；
R1、R2、R3为350Ω，315Ω≤Rx≤385Ω，桥路供电为5V时：
r＝10735*ΔU2+26668*ΔU-116.67；
R1、R2、R3为350Ω，315Ω≤Rx≤385Ω，桥路供电为10V时：
r＝2684*ΔU2+13334*ΔU-116.67；
上述中，Rx为被测应变计，r为导线电阻，R1、R2、R3、R4电阻为标准电阻，其中R1、R2、R3为120Ω或350Ω，R4为100K电阻，+Eg为桥路的供电，Vi+与Vi-为桥路的输出。
在本发明一个较佳实施例中，所述的惠斯通电桥桥路方式为全桥时导线电阻的计算方法：
1)开关K常闭，测试Vi-与0之间的电压值U1’，
其中：
2)开关K常闭，测试Vi+与0之间的电压值U2’，
3)计算ΔU’＝U1’-U2’，通过软件算法计算获取导线电阻值，以下是曲线拟合后的公式：
108Ω≤Rx≤132Ω，桥路供电为2V时：
r＝150730*ΔU′2+99980*ΔU′-60；
108Ω≤Rx≤132Ω，桥路供电为5V时：
r＝24114*ΔU′2+39989*ΔU′-60；
108Ω≤Rx≤132Ω，桥路供电为10V时：
r＝6028*ΔU′2+19994*ΔU′-60；
315Ω≤Rx≤385Ω，桥路供电为2V时：
r＝151420*ΔU′2+99920*ΔU′-175；
315Ω≤Rx≤385Ω，桥路供电为5V时：
r＝24225*ΔU′2+39965*ΔU′-175；
315Ω≤Rx≤385Ω，桥路供电为10V时：
r＝6056*ΔU′2+19982*ΔU′-175；
上述中，0为桥路的供电。
在本发明一个较佳实施例中，所述的惠斯通电桥桥路方式为1/4桥、半桥时应力应变值的软件修正的修正公式：
其中，εi为电桥测量得到的应力应变值，ε为修正后得到的准确的应力应变值，Rx为被测应变计，r为导线电阻。
在本发明一个较佳实施例中，所述的惠斯通电桥桥路方式为全桥时应力应变值的软件修正的修正公式：
其中，εi为电桥测量得到的应力应变值，ε为修正后得到的准确的应力应变值，Rx为被测应变计，r为导线电阻。
本发明的有益效果是：本发明的应力应变测量***中应变计连接导线的自动修正方法，在惠斯通电桥并入一个100K电阻，仅使用软件计算的方法就可以计算得到导线电阻值，在通过软件修正得到准确的应力应变值，此方法省去了常规导线电阻测量所需的硬件电路，节约了成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1是本发明中惠斯通电桥为1/4桥时导线电阻计算桥路示意图；
图2是本发明中惠斯通电桥为半桥时导线电阻计算桥路示意图；
图3是本发明中惠斯通电桥为全桥时导线电阻计算桥路示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例包括：
一种应力应变测量***中应变计连接导线的自动修正方法，在惠斯通电桥其中一个桥臂上并入一个固定阻值电阻，固定阻值电阻的电阻值为100K，使用软件计算的方法计算得到导线电阻值，再将获取的导线电阻值用于应力应变值的自动修正并通过软件修正得到准确的应力应变值。
应力应变测量时导线电阻计算方法，并将获取的导线电阻值用于应力应变值的自动修正。电桥桥路方式分1/4桥、半桥和全桥，其中1/4桥和半桥计算方法一样。
应力应变值的自动修正包含导线电阻的获取和软件自动修正两个过程，包含以下两个步骤：
步骤一：导线电阻值的获取
电桥桥路方式为1/4桥、半桥时导线电阻的计算方法：
1)闭合开关K，测试Vi+与Vi-之间的电压值U1，
2)打开开关K，测试Vi+与Vi-之间的电压值U2，
3)计算ΔU＝U1-U2，通过软件算法计算获取导线电阻值，以下是曲线拟合后的公式：
R1、R2、R3一般为120Ω，108Ω≤Rx≤132Ω，桥路供电一般为2V时：
r＝66559*ΔU2+66675*ΔU-40；
R1、R2、R3一般为120Ω，108Ω≤Rx≤132Ω，桥路供电一般为5V时：
r＝10648*ΔU2+26668*ΔU-40；
R1、R2、R3一般为120Ω，108Ω≤Rx≤132Ω，桥路供电一般为10V时：
r＝2662*ΔU2+13334*ΔU-40；
R1、R2、R3一般为350Ω，315Ω≤Rx≤385Ω，桥路供电一般为2V时：
r＝67099*ΔU2+66673*ΔU-116.66；
R1、R2、R3一般为350Ω，315Ω≤Rx≤385Ω，桥路供电一般为5V时：
r＝10735*ΔU2+26668*ΔU-116.67；
R1、R2、R3一般为350Ω，315Ω≤Rx≤385Ω，桥路供电一般为10V时：
r＝2684*ΔU2+13334*ΔU-116.67；
电桥桥路方式为全桥时导线电阻的计算方法：
1)开关K常闭，测试Vi-与0之间的电压值U1’，
其中：
2)开关K常闭，测试Vi+与0之间的电压值U2’，
3)计算ΔU’＝U1’-U2’，通过软件算法计算获取导线电阻值，以下是曲线拟合后的公式：
108Ω≤Rx≤132Ω，桥路供电一般为2V时：
r＝150730*ΔU′2+99980*ΔU′-60；
108Ω≤Rx≤132Ω，桥路供电一般为5V时：
r＝24114*ΔU′2+39989*ΔU′-60；
108Ω≤Rx≤132Ω，桥路供电一般为10V时：
r＝6028*ΔU′2+19994*ΔU′-60；
315Ω≤Rx≤385Ω，桥路供电一般为2V时：
r＝151420*ΔU′2+99920*ΔU′-175；
315Ω≤Rx≤385Ω，桥路供电一般为5V时：
r＝24225*ΔU′2+39965*ΔU′-175；
315Ω≤Rx≤385Ω，桥路供电一般为10V时：
r＝6056*ΔU′2+19982*ΔU′-175；
步骤二：应力应变值的软件修正
1)1/4桥、半桥应力应变测量时修正公式：
2)全桥时应变应力测试时的修正公式：
其中，εi为电桥测量得到的应力应变值，ε为修正后得到的准确的应力应变值。
如图1-3所示，Rx为被测应变计，r为导线电阻，R1、R2、R3、R4电阻为标准电阻，其中R1、R2、R3为120Ω或350Ω，R4一般为100K电阻，K为开关，+Eg和0为桥路的供电，Vi+与Vi-为桥路的输出。
1/4桥、半桥导线电阻测量时，分别测得闭合开关和打开开关K时Vi+与Vi-之间的电压值U1和U2，计算ΔU＝U1-U2，通过软件算法计算获取导线电阻值。全桥导线电阻测量时，开关K常闭，分别测得Vi-与0之间的电压值U1’和Vi+与0之间的电压值U2’，计算ΔU’＝U1’-U2’。在获取导线电阻值后，通过软件自动修正到准确的应力应变值。
综上所述，本发明的应力应变测量***中应变计连接导线的自动修正方法，在惠斯通电桥并入一个100K电阻，仅使用软件计算的方法就可以计算得到导线电阻值，在通过软件修正得到准确的应力应变值，此方法省去了常规导线电阻测量所需的硬件电路，节约了成本。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (4)
1.一种应力应变测量***中应变计连接导线的自动修正方法，其特征在于，在惠斯通电桥其中一个桥臂上并入一个固定阻值电阻，固定阻值电阻的电阻值为100K，使用软件计算的方法计算得到导线电阻值，再将获取的导线电阻值用于应力应变值的自动修正并通过软件修正得到准确的应力应变值，所述的惠斯通电桥桥路方式分1/4桥、半桥和全桥，其中1/4桥和半桥计算方法相同，所述的惠斯通电桥桥路方式为1/4桥、半桥时导线电阻的计算方法：
1)闭合开关K，测试Vi+与Vi-之间的电压值U1，
2)打开开关K，测试Vi+与Vi-之间的电压值U2，
3)计算ΔU＝U1-U2，通过软件算法计算获取导线电阻值，以下是曲线拟合后的公式：
R1、R2、R3为120Ω，108Ω≤Rx≤132Ω，桥路供电为2V时：
r＝66559*ΔU2+66675*ΔU-40；
R1、R2、R3为120Ω，108Ω≤Rx≤132Ω，桥路供电为5V时：
r＝10648*ΔU2+26668*ΔU-40；
R1、R2、R3为120Ω，108Ω≤Rx≤132Ω，桥路供电为10V时：
r＝2662*ΔU2+13334*ΔU-40；
R1、R2、R3为350Ω，315Ω≤Rx≤385Ω，桥路供电为2V时：
r＝67099*ΔU2+66673*ΔU-116.66；
R1、R2、R3为350Ω，315Ω≤Rx≤385Ω，桥路供电为5V时：
r＝10735*ΔU2+26668*ΔU-116.67；
R1、R2、R3为350Ω，315Ω≤Rx≤385Ω，桥路供电为10V时：
r＝2684*ΔU2+13334*ΔU-116.67；
上述中，Rx为被测应变计，r为导线电阻，R1、R2、R3、R4电阻为标准电阻，其中R1、R2、R3为120Ω或350Ω，R4为100K电阻，+Eg为桥路的供电，Vi+与Vi-为桥路的输出。
2.根据权利要求1所述的应力应变测量***中应变计连接导线的自动修正方法，其特征在于，所述的惠斯通电桥桥路方式为全桥时导线电阻的计算方法：
1)开关K常闭，测试Vi-与0之间的电压值U1’，
其中：
2)开关K常闭，测试Vi+与0之间的电压值U2’，
3)计算ΔU’＝U1’-U2’，通过软件算法计算获取导线电阻值，以下是曲线拟合后的公式：
108Ω≤Rx≤132Ω，桥路供电为2V时：
r＝150730*ΔU′2+99980*ΔU′-60；
108Ω≤Rx≤132Ω，桥路供电为5V时：
r＝24114*ΔU′2+39989*ΔU′-60；
108Ω≤Rx≤132Ω，桥路供电为10V时：
r＝6028*ΔU′2+19994*ΔU′-60；
315Ω≤Rx≤385Ω，桥路供电为2V时：
r＝151420*ΔU′2+99920*ΔU′-175；
315Ω≤Rx≤385Ω，桥路供电为5V时：
r＝24225*ΔU′2+39965*ΔU′-175；
315Ω≤Rx≤385Ω，桥路供电为10V时：
r＝6056*ΔU′2+19982*ΔU′-175；
上述中，0为桥路的供电。
3.根据权利要求1所述的应力应变测量***中应变计连接导线的自动修正方法，其特征在于，所述的惠斯通电桥桥路方式为1/4桥、半桥时应力应变值的软件修正的修正公式：
其中，εi为电桥测量得到的应力应变值，ε为修正后得到的准确的应力应变值，Rx为被测应变计，r为导线电阻。
4.根据权利要求3所述的应力应变测量***中应变计连接导线的自动修正方法，其特征在于，所述的惠斯通电桥桥路方式为全桥时应力应变值的软件修正的修正公式：
其中，εi为电桥测量得到的应力应变值，ε为修正后得到的准确的应力应变值，Rx为被测应变计，r为导线电阻。
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