测量系统采集触发切换技术研究

赵 婵

(中国飞机强度研究所，陕西 西安 710065)

1 引 言

现阶段，结构强度试验的规模和数量不断增加，与此同时，试验设备设施的使用周期不断延长。当设备出现集中标定等情况时，设备储备不足，或当试验规模较大，常用设备不能满足使用规模时，需要同时使用两种或多种设备。在测量系统的配置过程中，这种状况尤为明显。某强度试验中，要求随动加载，在加载过程中加载设备随载荷变化而变化，所以要求测量系统在不同加载谱段对不同位置的测量采用不同的触发模式，这就带来了采集触发切换问题。

文献[1]通过电源快速切换避免了停电的倒闸方式；文献[2]通过对比研究，分析了电源快速切换在变电企业的应用；文献[3]提出了一种多级压力源液压切换系统，解决了传统液压阀控系统传动效率低的问题；文献[4]设计了模拟电源与真实电源、左右模拟电源之间切换的一套模拟电源控制系统；文献[5]提出了一种新型的基于残压特性预测的实时快速切换方法。

以上研究针对电源快速切换以及其他切换技术，与采集信号触发切换机制基本一致。信号触发的切换从高电平触发到上升沿触发，是一个电源切换的问题。本文在以上研究基础上，结合工程实际问题展开研究，设计了一个触发信号切换器，提出了一种基于外置电源的触发切换控制技术，该方法能够在试验进行过程中通过设置载荷谱随时切换触发模式，而且在必要时可以采用人工控制实现触发切换。此外，对该设备的有效性和可靠性进行了试验验证。

2 背景描述

2.1 采集触发

采集触发是强度试验的关键环节之一，是试验数据测量与加载一致性的重要保障，也是试验获得有效数据的基本要求。试验加载过程中，控制系统需要对测量系统在需要时进行触发，触发信号一般指能够引起测量系统采集操作的信号，触发的周期由试验设计人员根据载荷谱设置。触发根据信号形式分为上升沿触发和高电平触发两种形式，根据信号接收端的控制形式分为软件触发和硬件触发两种形式。试验测控工程师需要在系统配置过程中，合理配置软硬件信息，确定触发机制，达到系统的兼容性。

2.2 触发切换

对于随动加载系统，在试验进行过程中，需要对加载设备的位置进行定位，所以在布置试验环境时，对加载执行机构和夹具进行位置监测，在试验件加载运行的边界位置监测位移，危险部位进行应变监测。工程中某随动加载试验，由于设备紧缺，采用了不同型号的采集设备，其触发信号不相同，测控工程师为了避免在加载过程中非重要数据的采集，提出了触发切换的思想，也就是在加载过程中，对试验件的测量和加载支持夹具的测量采用不同的采集触发模式。

3 总体设计

3.1 结构设计

在设计初期，对触发切换器的外形进行了设计，设备外观如图1所示。在设备的前端有电源插座开口、切换按钮开口和锁止按钮开口，左侧是两种触发模式输出端口，信号输入端位于设备后侧。在设备的顶面板设计了散热栅格，基本开口2mm，阵列分布，主要是避免设备发热以及高温等恶劣环境造成设备快速老化。

图1 设备外观图

3.2 工作原理

设备工作过程中，信号输入端与控制系统连接，在接收到信号时，内置电路将信号转换为开关信号，由一个继电器实现，设备默认输出信号为上升沿信号。当系统按下切换按钮，另外一个继电器动作，将5V电源输出，在高电平端口测到高电平，锁止按钮控制另外两个继电器的自锁功能，能够对手动切换按钮的功能进行屏蔽，适用于设备调试阶段对测量系统分别调试验证。当系统调试完成时，设备自锁按钮解锁，设备具备工作状态。初始设计阶段，栅格的散热效果不好，在电路的扩展接口增加了电风扇，当环境温度较高时，避免设备过热出现故障。

4 试验验证

为验证触发切换器的切换效率和可靠性，在图2试验平台基础上，对试验件弹簧系统采用位移测量的高电平触发模式，对连接件应变测量采用上升沿触发模式，并在试验载荷谱配置过程中设置切换模式为自动触发。

图2 试验验证平台

通过模拟疲劳加载试验，反复运行载荷谱，求得平均切换时间远小于1s,满足载荷谱加载需求。此外，对信号的手动切换功能和触发信号输出的锁止功能均进行了验证，达到了控制效果。在验证过程中发现，切换器的外接电源体积较大，给设备安装带来不便。后续设计时，需考虑内置电源装置，使设备性能更优。

5 结 论

考虑到随动加载过程中工程的实际需求与设备资源不匹配的实际问题，提出了一种基于外设电源的采集触发信号切换技术，利用简单的电路及硬件设计，实现了预期的功能。该方法不仅可以在工程中直接应用，其预置的控制端口还可以实现载荷谱自动触发切换的功能，提升了采集设备的兼容性和扩展性，在一定程度上节省了试验成本，对于工程急需的触发切换问题，提供了解决方案，达到了预期效果。