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应变分析的改善

干扰对采集精度有重大影响,能够切断干扰的滤波器特性与性能尤为重要。下面对切断动态应变中发生的高频干扰的滤꧒波器进行说明。另外,还介绍表示应变片灵敏度的应变系数与自动平衡。

低通滤波器

动态应变采集中为切断不必要的高频率干扰,设定低通滤波器是必不可少的。动态应变放大器的滤波器一般使用贝塞尔滤波器或巴特沃斯滤波器🌄。

贝塞尔滤波器的特性

  • 瞬态响应(上升沿/下降沿)特性优异
  • 过冲及振铃小

巴特沃斯滤波器的特性

巴特沃斯滤波器的特性
  • 易于组成电路
  • 一般

瞬态特性优异且过冲及振铃小,因此在模拟信号等重视波形的用途上适用贝塞尔滤波器。

滤波器的能力

表示能力时,输入相隔1个八度音阶的频率时的衰减率用dB表示。
提升滤波器的次数后虽然衰减率得到改善,但过冲与振铃会变大,因此仅提升数次左右。

滤波器的能力

八度音阶(octave)表示频率为2倍。
另外,衰减率表示
-3 dB=约0.7倍
-20 dB=约0.1倍
-30 dB=约0.03倍
,屏蔽频率设为5 kHz时,表示
在-30 dB/oct输入10 kHz1 V后将成为0.03 V以下。

应变系数补正与自动平衡

应变片的输出电压值

在应变采集中有个重要的值就是“应变系数”。
首先,表示应变片的输出电压大小。
下图为单应变片法的接线图。
应变为零时,由于处于平衡状态,电压e为0 V的内容已在上文说明过。
发生了应变时,电压e值由下式表示。

应变片的输出电压值

e=1/4 × E × Ks × ε…(1)

E:电桥电源电压Ks:应变系数ε:应变量
同时,不限于单应变片法的通用公式如下。

e=1/4 × Ks(ε1-ε2+ε3-ε4)E

应变系数

前项公式(1)中的“Ks”就是称为应变系数的比例常数。
真实应变系数一般固定为2.0。
(实际应变系数存在偏差,在每个箱子记载了应变系数)
而且,电桥电源一般为2 V。
其原因一算便知。先在公式(1)中代入数值。

e=1/4 × E × Ks × ε …(1)
↓(代入E=2 V、Ks=2.0)
e=1/4 × 2 × 2 × ε=ε

如此应变量即可通过直接读取来采集。
这是很方便的方法。

应变系数补正

应变片的应变系数以2.00作为基准制作而成,实际偏差在1.9到2.2左右。
应变记录仪的应变系数固定为2.00,因此应变系数相差0.1,则误差率约为5%。
因此,需要使用应变片箱子上记载的应变系数K,通过记录仪的比率补正功能进行补正。

应变系数补正

ε0=ε × 2.00/K

ε0:真实应变量 ε:采集的应变量
使用应变系数为2.09的应变片时

ε0=ε × 2.00/K=ε × 2.00/2.09=0.957 × ε

自动平衡

开始应变采集前,请务必进行自动平衡调整。接触采集目标物时,应变片将发生细微的应变。
消除此时的应变量,将无负载状态的采集值设为0的作业就是自动平衡。

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