DH3819无线通讯静态应变测试系统ZigBeeV01013.docx

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DH3819无线通讯静态应变测试系统ZigBeeV01013

DH3819无线静态应变测试系统

1、概述

DH3819无线静态应变测试系统是全智能化的巡回数据采集系统。

每台采集器置智能锂电池组、无线通讯模块、传感器电源、放大器、A/D转换器、控制电路等。

无需外接电源和通讯线，计算机就可通过无线通讯控制器完成自动平衡、采样控制、自动修正、数据存贮、数据处理和分析，生成和打印试验报告。

可自动、准确、可靠、快速测量大型结构、模型及材料应力试验中多点的静态应变应力值。

广泛应用于机械制造、土木工程、桥梁建设、航空航天、国防工业、交通运输等领域。

若配接适当的应变式传感器，也可对多点静态的力、压力、扭矩、位移等物理量进行测量。

2、应用围及系统框图

2.1根据测量方案，完成全桥、半桥状态的静态应力应变的多点高速巡回检测。

2.2和各种桥式传感器配合，实现压力、力、荷重、位移等物理量的多点高速巡回检测。

2.3对输出电压小于20mV的电压信号进行高速巡回检测，分辨率可达1μν。

2.4系统框图

DH3819

采集模块

DH3819

采集模块

DH3819

采集模块

DH3819

采集模块

DH3819

采集模块

DH3819

采集模块

DH3819

采集模块

DH3819无线通讯控制器

计算机

USB

…

…

…

说明：

ZigBee无线网络通讯实现无线静态应变测量,模块间通讯距离最远可达500m。

模块自己寻找最佳的通讯路径进行组网。

每个模块为一个路由点，通过路由通讯的接力可进行更远距离的测量。

3、特点

3.1系统中,独立化模块设计，每个数据采集模块可测量8个测点，每台计算机可控制32个模块（256个测点）。

模块间通讯距离最远可达500m。

模块自己寻找最佳的通讯路径进行组网。

每个模块为一个路由点，通过路由通讯的接力可进行更远距离的测量。

3.2每个采集模块置智能锂电池。

3.3采用进口高性能光隔离低接触电势固态继电器，通过特殊的电路设计，消除了开关切换时，接触电势的变化对测量结果的影响。

因此，我公司生产的静态应变测量系统的所有指标均包含了切换开关的影响。

3.4先进的隔离技术和合理的接地，使系统具有极强的抗干扰能力,适用于各种工程现场的检测。

3.5应变采集模块通过无线通讯控制器与笔记本计算机的USB口通讯，且控制器采用USB供电，实现了便携式测量系统，更加适用于工程现场。

3.6中文视窗2000/XP操作系统下采用C++编制的采样控制和分析软件,具有极强的实时性以及良好的可移植性、可扩充性和可升级性;

3.7通用、可靠的通讯方式,使系统实现了边采样、边传送、边存硬盘、边显示,利用计算机海量的存储硬盘,长时间实时、无间断记录所有测点信号；

3.8置120Ω标准电阻，用户可方便完成全桥、半桥、1/4桥的状态设置;

3.9系统在进行平衡操作后自动保存平衡结果数据，若认为此次平衡结果比较重要，可导出平衡数据存入相应文件。

当发生突然断电或试验当天不能结束时，可在下次开机后，先查找机箱，再进行导入零点操作，可自动恢复工作机箱状态，保证试验继续进行。

3.10测点平衡指示灯可指示每个测点的平衡状态，方便现场查看测点状况。

4、技术指标

4.1测量点数：

4.1.1每个应变采集模块可测8个测点；

4.1.2每台计算机可控制32个采集箱（即256个测点）；

4.2扫描速度：

每个应变采集模块扫描速度为8测点/秒（多个模块采样同步进行）；

4.3适用应变计电阻值：

60Ω～10000Ω任意设定；

4.4应变计灵敏度系数：

1.0～3.0自动修正；

4.5供桥电压（DC）：

2V；

4.6测量应变围：

±20000με；

4.7最高分辨率：

1με；

4.8系统准确度：

不大于0.5％±3με；

4.9零漂：

不大于4με/4h（单次采样条件下测量）；

4.10自动平衡围：

±15000με（应变计阻值的±1.5%）；

4.11长导线电阻修正围：

0.0～100Ω；

4.12无线通讯：

ZigBee无线网络通讯实现无线静态应变测量。

在视距情况下，模块间通讯距离最远可达500m。

模块自己寻找最佳的通讯路径进行组网。

每个模块为一个路由点，通过路由通讯的接力可进行更远距离的测量；

4.13置锂电池容量（标称值）：

8.4V×2400mA；

4.14充电器指标：

4.14.1充电器为恒流恒压型充电器；

4.14.2充电器输入交流电压：

220V±10％,50Hz±5％；

4.14.3充电器输出直流电压：

约8.7V；

4.14.4充电器最大输出电流：

1A；

4.15置锂电池的最大充电直流电压为8.7V，最大充电电流为1A；

4.16采集模块在充满电的情况下，连续工作时间大于8小时；

4.17状态指示：

4.17.1平衡灯，每个测点对应一个平衡指示灯，当按一下试平衡键或软件中操作平衡，则模块开始采样，采样结束后，当某个测点平衡灯亮红色，表示本通道未平衡，持续5秒钟后所有平衡灯熄灭，以节约电量；

4.17.2工作灯，当采样时，此红灯亮，采样结束后熄灭；当通讯时，此红灯闪烁，表示正在通讯；绿灯亮时，表示本采集模块得电可正常工作；采样灯，通讯灯，电源灯可合用一个双色LED；

4.17.3电量指示灯，可指示剩余电量，依次表示100%，75%，50%，25%；

4.18使用环境：

符合GB6587.1-86-Ⅱ要求；

4.19外形尺寸：

4.19.1应变采集模块尺寸：

171mm（长）×105mm（宽）×30mm（高）（未包含天线尺寸）；

4.19.2无线通讯控制器尺寸：

120mm（长）×65mm（宽）×38mm（高）（未包含天线尺寸）；

4.20仪器自重：

4.20.1应变采集模块约：

0.6kg；

4.20.2通讯控制器约：

0.3kg；

注：

所有应变指标均在K=2,Eg=2V状态下定义,参照中华人民国国家计量检定规程JJG623-89《电阻应变仪》的方法检定。

5、工作原理

测量原理以1/4桥、120Ω桥臂电阻为例对测量原理加以说明。

如下图所示：

图中:

Rg为测量片电阻,R为固定电阻,KF为低漂移差动放大器增益,

因Vi=0.25EgKε,

即Vo=KFVi=0.25KFEgKε,

所以ε=

式中:

Vi为直流电桥的输出电压

Eg为桥压（V）

K为应变计灵敏度系数

ε为输入应变量（με）

Vo为低漂移仪表放大器的输出电压（μV）

KF为放大器的增益

当Eg=2VK=2时ε=Vo/KF（με）

对于1/2桥电路

ε=

对于全桥电路

ε=

这样,测量结果由软件加以修正即可。

6、软件功能

本系统的控制软件可以工作于中文视窗NT/2000/XP操作系统下,软件实现了文件管理、参数设置、平衡操作、采样控制、数据查询、打印控制等功能。

6.1文件管理：

6.1.1打开文件：

选择存有试验数据的文件，打开即可浏览所有采样数据。

6.1.2数据备份：

选择“文件”菜单下的“另存为”选项，可将数据发送到硬盘保存。

6.1.3删除文件：

当数据文件不再需要时，为避免占用硬盘存贮空间，可将之永久删除。

6.1.4文本转换：

可将本数据文件格式转化为与Word兼容的文本格式，为用户调用数据另作处理提供接口。

6.2参数设置：

6.2.1平衡结果下传：

系统在进行平衡操作后自动保存平衡结果数据，当发生突然断电或试验当天不能结束时，可在下次开机后，先查找机箱，再进行平衡结果下传操作，可自动恢复工作机箱状态，保证试验继续进行。

6.2.2测点参数设置：

A.“测点特性”：

显示测点号、测量容、测点描述、使用标志、报警设置、报警阀值等容。

并可设置测量结果小数点后有效位数、热电偶冷端温度值、报警色。

其中，测量容的下拉列表中有应变测量、桥式传感器、热电偶测温、铂电阻测温四项供选择。

B.“应变测量”：

当“测点特性”子页面中测量容为应变测量时，可在此页面中设置桥路方式、应变计电阻、导线电阻、灵敏度系数、弹性模量、泊松比。

C.“桥式传感器”：

当配接其它桥式传感器时，可根据传感器的灵敏度对每个测点分别输入修正系数，并设置被测物理量的单位，描述设置可输入用户在实际测量中对每一测点的自定义，供在测量中显示及打印输出。

所有设置在紧缩模式下对整个机箱所有测点有效，在展开模式下只对选择的测点有效。

D．“热电偶测温”：

本仪器中此项无用。

E.“铂电阻测温”：

本仪器中此项无用。

6.2.3应变花设置：

软件中提供应变花设置及应变花值计算功能。

6.3采样控制：

6.3.1查找机箱：

系统将自动查找已经进入系统的工作机箱,以自动设置系统的数据库围。

6.3.2平衡操作：

完成所有工作机箱或单台机箱的自动平衡,显示平衡结果数据,并在软件设计时,采用多种方式防止用户的误操作,以免丢失有用数据。

6.3.3单次采样：

输入自定义的试验状态,控制系统采样,自动存盘,并显示当前采样数据。

6.3.4定时采样：

设置采样时间间隔和采样次数,系统将根据要求自动采样。

当设置的采样时间间隔小于本仪器采样速率指标时,系统将连续采样。

6.3.5X-Y记录仪：

将任意两点的测量数据定义为X轴和Y轴，边采样边绘制其合成曲线，其它测点则按单点采样的方式直接存硬盘。

6.4显示设置：

6.4.1显示方式：

可设置成显示应变、应力、应变花、曲线、X-Y记录仪。

6.4.2删除当前记录：

当某次采样数据无效时，可将其从文件中删除。

6.4.3采样信息：

可显示机箱的平衡时间、试验第一次采样时间、最后一次采样时间、采样次数等信息。

6.5打印设置：

6.5.1打印机设置：

当安装了多台打印机时，可根据需要选择当前所使用的打印机，如只安装了一台打印机，则不必设置。

6.5.2打印页面设置：

选择在一页纸上的输出表格数、表格格式等。

6.5.3打印输出：

选择此操作后即把当前所选择数据或打印页面设置的数据输出到打印机。

7、使用说明

7.1采集器及控制器面板功能

采集器面板图如下图

A.天线。

B.补偿片接线端子。

C.电量指示灯：

电源未开时按电源按钮2秒，或是电源已开时按电源按钮1秒，该指示灯就会亮成绿色，其格数指示剩余电量。

D.工作指示灯：

此灯亮成绿色表示本采集模块可正常工作。

E.电源按钮：

长按此按钮，直至“工作”指示灯E亮成绿色。

F.试平衡按钮：

可通过此按钮来简单判断通道上信号连接是否正常可平衡。

G.充电器插口。

H.通道平衡指示灯：

指示每个通道的平衡状态，方便现场查看测点状况或在与电脑通讯前判断仪器是否平衡。

I.应变片接线端子。

控制器面板图如下图

A.天线。

B.USB通讯口。

使用USB线连接该USB通讯口与计算机的USB口。

7.2桥路的连接及修正系数

7.2.1与应变计的连接

本仪器可接桥路方式为：

1/4桥、半桥、全桥，如附录中表1所示。

可修正结果如下。

7.2.2灵敏度系数的修正

ε=

式中：

εi为测量应变量ε为实际应变量

Ki为应变计灵敏度系数

7.2.3长导线的修正

a.将工作片用两根长导线接至DH3819（1/4桥公用补偿片）

ε=（1+2

εi

式中：

εi为测量应变量ε为实际应变量

R为应变计的阻值Rl为单根长导线的阻值

b.将工作片和补偿片的一端连接成公共线后再用三根引线至DH3819（半桥连接，1/4桥计算结果）

ε=（1+

εi

式中：

εi为测量应变量ε为实际应变量

R为应变计的阻值Rl为单根长导线的阻值

c.将工作片接成半桥电路，然后用三根长导线引至DH3819

ε=（1+

εi

式中：

εi为测量应变量ε为实际应变量

R为应变计的阻值Rl为单根长导线的阻值

d.将应变计接成全桥电路，然后用四根长导线引至DH3819

ε=（1+2

εi

式中：

εi为测量应变量ε为实际应变量

R为应变计的阻值Rl为单根长导线的阻值

7.2.4应变计阻值的修正

a.全桥和半桥状态：

桥路为卧式桥，测量结果和等臂桥相同；

b.1/4桥（公用补偿片）状态:

桥路为立式桥，则：

式中：

εi为测量应变量ε为实际应变量

R为应变计的阻值

应该说明，只有当应变计的阻值R与120Ω相差较大时，才需修正,如当R=130Ω时,引起的误差为0.16%。

7.2.5修正系数的修正

ε=Kεi

式中:

εi为测置应变量ε为实际应变量

K为所设置的修正系数

7.2.6与桥式传感器的连接

桥式传感器部桥路也包括全桥、半桥以及1／4桥（半桥与表1中方式四相同，全桥与表1中方式六相同），而参数设置时，只需按此设置：

桥路方式为方式一，导线电阻为0，灵敏度系数为2，桥臂电阻为120Ω，在参数设置的测点特性状态，将测点展开，首先设置被测物理量的单位，再在修正档输入下式计算值a。

1

a=───────式中mV/unit为该测点传感器的灵敏度

1000×mV/unit

或1

a=───────式中με/unit为该测点传感器的灵敏度

με/unit

则采样后，直接显示被测物理量。

7.3操作流程

7.3.1驱动安装

在使用DH3819无线静态应变测试系统前，需要用USB线连接DH3819无线通讯应变控制器与计算机USB接口。

若该计算机是第一次使用DH3819无线通讯静态应变测试系统，在接入USB线后，计算机系统会提示找到新硬件，并要求安装驱动程序。

驱动程序起始为cp210x-Drivers-new.exe的安装程序。

该驱动程序在随机附带的软件光盘中。

下面以Windows2000操作系统下的安装为例来说明安装步骤：

（WindowsXP操作系统下的安装与此类似）

1）、建议将本公司随机附带的软件安装盘中的cp210x-Drivers-new.exe安装程序复制到硬盘，注意下述过程图片显示的是该驱动程序的安装过程。

2）、安装cp210x-Drivers-new.exe程序。

记住安装过程中的安装目录，如安装目录为C:

\SiLabs\MCU\CP210x

3）、将所配USB通讯线的B端（正方形）插入仪器的USB接口，然后将通讯线的A端（长方形）插入计算机的USB接口，这时操作系统会提示找到新硬件，然后弹出“找到新的硬件向导”，如下图所示：

4）、选择“搜索适合于我的设备的驱动程序（推荐）（S）。

”，如下图所示：

5）、点击“下一步”，如下图所示，选中“指定一个位置（S）”，

6）、点击“下一步”，如下图所示，选择“浏览”，选择驱动程序所在目录C:

\SiLabs\MCU\CP210x\WIN，按确定：

7）、系统提示“找到了驱动程序文件”，如下图所示：

8）、点击下一步，当安装完成后，系统提示“完成找到新硬件向导”，如下图所示：

9）、点击“完成”按钮，系统自动进行更新，并完成驱动程序的安装。

7.3.2仪器操作

A.按附录中的桥路连接方式将外部信号可靠连接到仪器各通道接线端子上。

B.长按“电源”按钮，直至“工作”指示灯亮成绿色。

C.无控制器、未连接计算机，仅采集器工作时，可以先通过采集器上的“试平衡”按钮来判断连线是否正确。

按一下此键，“工作”指示灯由绿色变成红色，且闪烁，当指示灯闪烁停止，并恢复成绿色时，表示平衡完成，此时每个通道的指示灯若为熄灭状态，即表示所有测点连线均正常，平衡成功；若某通道的指示灯亮成红色，即表示该测点连线错误，未平衡。

D.使用配套的USB线将DH3819无线通讯控制器与计算机连接。

E.打开软件。

7.3.3软件操作

软件的操作请参考软件使用说明书。

8、电池使用须知

8.1使用仪器配套充电器，不能使用其它替代。

（配套充电器为恒流恒压型充电器，跟市场上的普通充电器有区别）。

8.2第一次使用仪器，需先将电池电量完全放干，然后进行充电，充满电后再使用。

8.3充电时，充电器上的指示灯为红色，当充电器上的指示灯变成绿色，说明充电结束。

8.4仪器最好是在关机状态下充电，以免外围干扰对仪器使用产生影响。

仪器可以一边使用一边充电，但不推荐用户使用。

8.5仪器使用结束请关断电源。

8.6仪器如果长时间不用（3个月以上），需将电池电量充至10%以上（最好充至100%），以免因电池自放电引起减少电池使用寿命。

如过放电，则会引起电池损坏。

8.7电池使用寿命：

400个充放电循环后，电池容量大于70%。

9、注意事项

9.1在平衡操作过程中,当出现误操作,将有效数据文件覆盖,可用以下方法将其恢复:

在数据文件的存放目录下,找到与其对应的BAK文件,将其更名为*.TST即可。

9.2有关导线电阻的说明：

9.2.1方式一，导线电阻为两根导线之和。

9.2.2方式二、三、四，将应变计分别用两根导线接至数据采集箱，导线电阻为两根导线电阻之和。

若将两组应变计的一端连接成公共线后再引线至数据采集箱，导线电阻为单根导线电阻。

9.2.3方式五、六，导线电阻为两根导线之和。

9.3所有连线必须牢固可靠。

9.4全桥连接时,交换Vi+和Vi-的连接,可以改变输出信号的极性。

9.5每通道所有的Rg、Rd及R的对外连接线均应尽量短,长度也应相等。

9.6电缆线的连接、拆除必须在仪器关机的状态下进行；

9.7在中文视窗95/98/NT/2000/XP操作系统下,平衡开始前，必须先查找机箱，计算机自动进行设备检测，出现相应的提示框。

9.8湿度较大的环境下使用本仪器,零漂将明显增加。

9.9应避免将仪器置于强电场中使用。

9.10输入、输出电缆线应尽量避免靠近电力线、变压器及其它干扰源。

9.11切勿在过高温度和湿度的条件下使用和存放仪器,切勿将仪器直接在下曝晒。

9.12仪器在进入定时采样前，应将WindowsXP/2000中的屏幕保护程序去掉，即设置为“无”。

同时应避免计算机进入睡眠状态和节电模式。

10、维护和检修

10.1仪器的维护：

10.1.1本仪器是Ⅱ组仪器,属于通用仪器，若在超过环境规定条件的现场使用，应注意避免酸、碱、盐、雾、雨淋及过强的幅射场、电场、磁场。

当环境温度高于规定，而输出电流较大时应用电扇散热；

10.1.2使用时注意勿使模拟输出短路；

10.1.3存放时，应将仪器盖好，防止灰尘污染，以减小输入、输出插头的接触电阻，若一旦污染，应根据污染性质选择适当的溶剂（如无水乙醇、乙醚、四醚化碳等），以白绸布蘸少许将污物擦净；

10.2故障检查:

10.2.1如果不能采集或采集不到数据；

10.2.1.1检查所有传感器连接是否正确；

10.2.1.2重新插拔一下传感器与仪器的连接端，保证连接可靠；

10.2.1.3重新启动仪器；

10.2.1.4连接线或传感器损坏；

10.2.2噪声偏大:

10.2.2.1如果发现显示屏所显示的噪声值偏大时,则应检查系统附近有一个较强的电磁场,干扰有用信号；

10.2.2.2如果显示屏显示的值为无规则噪声值,那么应检查一下,输入电缆的连接是否可靠、正确；

10.2.3有时因现场环境产生的交变磁场很大，导致有用信号被污染，从而引起所测信号的噪声较大，此时应将仪器与现场的环境分离开来，能降低噪声。

10.3一般来讲，DH3819无线通讯静态应变测试系统在设计和制造中已充分考虑能够提供用户多年的无故障运行，若出现影响其正常功能故障时，请首先考虑其外部原因，如上所述。

然而一旦出现元件的早期失效，就应切断电源,以防止故障进一步扩大而损坏仪器,若故障一时无法排除,请立即与本公司取得联系,以免影响您的工作。

11、配套及随机文件

11.1DH3819无线静态应变采集器1个

11.2DH3819无线通讯应变控制器1个

11.3充电器1个

11.4DH3819软件安装光盘1份

11.5使用说明书1份

11.6产品合格证1份

11.7USB线1根

（具体品种数量以货物装箱清单为准）

12、附录：

桥路的连接

表1：

应变计的连接

序号

用途

现场实例

与采集箱的连接

输入参数

方

式

一

1/4桥（多通道共用补偿片）

适用于测量简单拉伸压缩或弯曲应变

灵敏度系数

导线电阻

应变计电阻

方

式

二

半桥（1片工作片,1片补偿片）

适用于测量简单拉伸压缩或弯曲应变,环境较恶劣

灵敏度系数

导线电阻

应变计电阻

续表1：

应变计的连接

序号

用途

现场实例

与采集箱的连接

输入参数

方

式

三

半桥（2片工作片）

适用于测量简单拉伸压缩或弯曲应变,环境温度变化较大

灵敏度系数

导线电阻

应变计电阻

泊松比

方

式

四

半桥（2片工作片）

适用于只测弯曲应变,消除了拉伸和压缩应变

灵敏度系数

导线电阻

应变计电阻

续表1：

应变计的连接

序号

用途

现场实例

与采集箱的连接

输入参数

方

式

五

全桥（4片工作片）

适用于只测拉伸压缩的应变

敏度系数

导线电阻

应变计电阻

泊松比

方

式

六

全桥（4片工作片）适用于只测弯曲应变

灵敏度系数

导线电阻

应变计电阻