Технические и программные средства обеспечения лабораторных работ на грунтовом канале

1.2.1. Назначение и состав

Технические и программные средства (ТПС) информационного обеспечения выполнения лабораторных работ на грунтовом канале предназначены для приема сигналов от датчиков измерения характеристик процессов, изучаемых в конкретных лабораторных работах, преобразования их в цифровую форму, ввода в ПЭВМ и дальнейшей обработки с помощью программных средств (Excel).

В их состав (рисунок 1.3) входят технические средства, включающие датчики измерения усилий, датчики перемещений, аналого-цифровой регистратор (АЦР), ПЭВМ и программное обеспечение.

1.2.2. Технические средства

В состав технических средств входят:

– датчики измерения сил и перемещений;

– вторичные преобразователи;

– аналого-цифровой регистратор (АЦР);

– соединительные кабели.

Основным чувствительным элементом датчиков измерения сил является упругое тело, деформируемое под действием приложенной силы. Эта деформация измеряется индуктивным первичным преобразователем (ИПП). ИПП состоит из первичной и двух вторичных обмоток, симметрично расположенных на цилиндрическом каркасе. Свободно движущийся внутри обмоток магнитный сердечник в форме стержня, обеспечивает связь этих обмоток через магнитный поток (рисунок 1.4).

При возбуждении первичной обмотки I с помощью внешнего источника переменного тока в двух вторичных обмотках II и III наводятся напряжения. Вторичные обмотки включены последовательно навстречу друг другу, так что индуцируемые в них напряжения для выходной цепи являются разноименными напряжениями. Поэтому результирующий выходной сигнал представляет собой разность этих напряжений и равен нулю, когда сердечник находится в центральной (нулевой) позиции.

1, 2, 3, 4 – датчики; ВП1, ВП2 – вторичные преобразователи; АЦР – аналого-цифровой регистратор

Рисунок 1.3 – Комплекс технических средств

При уходе сердечника из этой позиции, напряжение, индуцируемое во вторичной обмотке, к которой движется сердечник, возрастает, а напряжение, индуцируемое в другой вторичной обмотке, уменьшается. В результате вырабатывается дифференциальный выходной сигнал, величина которого линейно зависит от положения сердечника. При этом фаза выходного напряжения изменяется скачком на 180^° при переходе через нулевую позицию.

Рисунок 1.4 – Схема индуктивного первичного преобразователя

ИПП имеют много привлекательных характеристик, которые делают их исключительно полезным устройством для самых разнообразных применений. Они обладают отсутствием трения при измерениях, неограниченным сроком службы, стабильностью «нуля», полной развязкой входа и выхода и высокой чувствительностью.

Чувствительный элемент и ИПП конструктивно и монтажно представляют законченное устройство, именуемое измерительным датчиком.

Вторичные преобразователи ВП1 и ВП2 предназначены для фазового детектирования выходных сигналов ИПП1 и ИПП2 и усиления напряжений после фазовых детекторов до уровня, необходимого для нормальной работы АЦР. Конструктивно ВП1 и ВП2 выполнены в виде отдельных блоков, присоединяемых к датчикам и АЦР кабелями, и содержат следующие элементы предварительной настройки, а именно:

– установка уровня питающего датчиками напряжения;

– компенсация начальных значений выходного сигнала от датчиков;

– переключение диапазона измерений (только для ВП2).

Через ВП1 и ВП2 соответствующими кабелями производится подключение датчиков. С целью уменьшения числа коммутаций соединительных проводов через ВП1 и ВП2 производится подключение датчика перемещения тележки к АЦР.

При выполнении работы № 2 в качестве измерителя деформации грунта под действием нагрузки используется многооборотный потенциометрический датчик, подвижный элемент которого посредством гибкой связи присоединен к колесу 2. Сам датчик укреплен на кронштейне, установленном на тележке грунтового канала. Сигнал от датчика через соединительный кабель поступает непосредственно на вход АЦР.

Аналого-цифровой регистратор (рисунок 1.5) включает в себя два аналого-цифровых преобразователя (АЦП1, АЦП2); счетчик (СЧ) числа импульсов датчика перемещения тележки; устройство ввода-вывода (УВВ) измерительной информации в ПЭВМ и цифровое индикаторное устройство (ЦИУ).

Каждый АЦП содержит органы сдвига входного напряжения в область положительных значений. На передней панели АЦР установлены кнопки «Пуск» и «Стоп», служащие для запуска УВВ на передачу измерительной информации в ПЭВМ. При необходимости в зависимости от количества измеряемых параметров можно подключать АЦП1, АЦП2 и СЧ к УВВ через тумблеры В1, В2, В3.

Конструктивно АЦР выполнен как законченное изделие. На лицевой панели (см. рисунок 1.5) установлены:

1. Тумблер включения питания АЦР.

2. Переключатель датчиков.

3. Ручка установки «0» АЦП1.

4. Ручка установки «0» АЦП2.

5. Кнопка «ПУСК» на ВКЛЮЧЕНИЕ передачи измерительной информации в ПЭВМ.

6. Кнопка «СТОП» на ПРЕКРАЩЕНИЕ передачи измерительной информации в ПЭВМ.

7. Индикатор передачи измерительной информации в ПЭВМ.

8. Цифровое индикаторное устройство.

Цифровое индикаторное устройство представляет собой пятиразрядный индикатор.

1-й разряд показывает режим работы АЦР. Выбор режима работы производится переключением тумблера на задней стенке АЦР.

2-й разряд индицирует № датчика.

3-й, 4-й и 5-й разряды отображают результаты измерений в относительных единицах. Перевод в реальные значения измеряемых величин (усилие, крутящий момент, путь) производится умножением относительных единиц на соответствующие значения градуировочных коэффициентов.

Рисунок 1.5 – Лицевая панель аналого-цифрового регистратора

На задней стенке АЦП (рисунок 1.6) расположены:

1. Разъем Ш1 подключения сети питания ~ 220 В.

2. Разъем Ш2 подключения к ПЭВМ.

3. Разъем Ш3 подключения к датчикам, установленным на тележке грунтового канала.

4. Разъем Ш4 подключения к динамографу приводной станции тележки.

5. Разъем Ш5 подключения к электроприводу движения тележки, для включения автоматической передачи результатов измерений в ПЭВМ.

6. Переключатель выбора режима работы АЦР.

7. Кнопка «Сброс 0» АЦР.

8. Тумблеры подключения АЦП1, АЦП2 и СЧ к УВВ.

9. Предохранители питания АЦР.

1.2.3. Программное обеспечение

Программное обеспечение (ПО) служит для получения информации через стандартный порт RS232 компьютера, сохранения полученной информации и последующей ее обработки. Связь между ПЭВМ и АЦР осуществляется с помощью интерфейса, позволяющего:

− осуществлять настройку порта RS232;

− открывать и закрывать порт;

− пересылать данные в порт из произвольного буфера;

− принимать данные из порта в произвольный буфер.

Рисунок 1.6 – Задняя стенка аналого-цифрового регистратора

Эти функции выполняет оригинальная программа FLOW BM.

Для активизации компьютера на прием данных от АЦР используется сигнал DSR «Готовность модема» последовательного интерфейса RS 232C, подаваемый от АЦР. Компьютер, обнаружив, что DSR активен, начинает прием данных. Скорость приема составляет 38400 бод. Данные от регистратора к компьютеру поступают 4-х байтовыми последовательностями. В первом байте содержится адрес датчика, во втором – измеренное значение по модулю 100, в третьем – измеренное значение по модулю 10, в четвертом – остаток измеренного значения по модулю 1. Преобразование полученных от регистратора данных осуществляется «на лету», в момент приема.

Пользователь работает с главным окном программы FLOW BM, которое имеет две страницы – «Главная» (рисунок 1.7) и «Настройка» (рисунок 1.8).