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由于應(yīng)變片的阻值變化是微弱的，測(cè)量應(yīng)變幾乎都采用帶電壓激勵(lì)的電橋形式�；菟雇姌蛴�4條電阻橋臂及作用于整個(gè)電橋的激勵(lì)電壓VEX組成（圖6），
電橋輸出電壓V0表示為：
從此方程看出，當(dāng)R1/R2=R4/R3時(shí)，電壓輸出V0為零。在這種條件下，稱電橋處于平衡狀態(tài)。此時(shí)任意橋臂上電阻值的變化都將使電橋電壓輸出不為零。
因此，如果把圖中的R4替換為應(yīng)變片，應(yīng)變片電阻值的變化將使電橋處于非平衡狀態(tài)，從而電壓輸出非零。如果應(yīng)變片的理想電阻值為RG，那么應(yīng)變產(chǎn)生的電阻變化DR可以表示為DR= RG*GF*e。設(shè)R1=R2、R3=RG，以上的電橋方程可重寫為VO/VEX對(duì)應(yīng)變的函數(shù)。注意1/(1+GF*e/2)項(xiàng)，表示1/4橋與應(yīng)變相關(guān)的輸出非線性變化。
理想狀態(tài)下，我們希望應(yīng)變片電阻僅在存在應(yīng)變時(shí)才產(chǎn)生變化。然而，其材料及被測(cè)試件材料還同時(shí)對(duì)溫度的變化敏感。通過在電橋的另一個(gè)橋臂上放入第2個(gè)應(yīng)變片，這樣可以使電橋的靈敏度提高一倍，并能夠進(jìn)一步抵消溫度的影響，這是因?yàn)閮蓧K應(yīng)變片受到溫度的影響是相同的，這種橋路被稱為半橋。
還可以通過將電橋4個(gè)橋臂都安裝工作應(yīng)變片來實(shí)現(xiàn)全橋配置，從而更進(jìn)一步提高電路的靈敏度，適用于高精度場(chǎng)合。
NI公司的SCC和SCXI系列調(diào)理產(chǎn)品均有針對(duì)應(yīng)變電路調(diào)理的模塊。NI SCC-SG系列包括五種雙通道應(yīng)變片輸入模塊，每一種都用于特定的應(yīng)變片配置， 120Ω，1/4橋；350Ω，1/4橋；半橋和全橋等。調(diào)理模塊還包括一個(gè)2.5V激勵(lì)源，SG24的激勵(lì)源是10V的，它們是測(cè)壓元件和壓力傳感器輸入的理想選擇。調(diào)理模塊的每個(gè)通道均配有一個(gè)儀器放大器，一個(gè)1.6kHz低通濾波器和一個(gè)用于橋路零位調(diào)整的電位計(jì)。NI還提供SCC-SG11模塊，該模塊可執(zhí)行可編程分路校準(zhǔn)。NI SCXI-1520是8通道通用應(yīng)變片輸入模塊，具有進(jìn)行簡(jiǎn)單或高級(jí)應(yīng)變測(cè)量所需要的所有功能。用戶可借助這一模塊，從應(yīng)變傳感器、力傳感器、扭矩傳感器和壓力傳感器上讀取信號(hào)。1520包含在各類環(huán)境中均可自動(dòng)校準(zhǔn)的板載參考電壓，它的每路通道均配有可編程放大器，4階可編程Butterworth濾波器以及獨(dú)立的0V到10V的可編程激勵(lì)源。此外，SCXI-1520系統(tǒng)在模塊內(nèi)部提供了組成半橋電路的電阻網(wǎng)絡(luò)，并在SCXI-1314接線盒上提供了一個(gè)350Ω的插座式電阻用于組成1/4橋，120Ω的1/4橋電阻也隨附于接線盒。
cDAQ模塊中，NI 9237具有四路模擬輸入通道，其為應(yīng)變片、壓力傳感器、測(cè)壓元件和其他基于電橋測(cè)量的傳感器而設(shè)計(jì)。9237由總線供電，可以為傳感器提供高達(dá)10 V的內(nèi)置激勵(lì)，所以電橋不需要外部激勵(lì)。9237每通道可同步達(dá)到50K的采樣率，且?guī)в型ǖ?接地隔離。
編碼器測(cè)量
編碼器是一種機(jī)電裝置，可以用來測(cè)量機(jī)械運(yùn)動(dòng)或者目標(biāo)位置（圖7）。大多數(shù)編碼器都使用光學(xué)傳感器來提供脈沖序列形式的電信號(hào)，這些信號(hào)可以依次轉(zhuǎn)換成運(yùn)動(dòng)、方向或位置信息。
照工作原理編碼器可分為增量式和絕對(duì)式兩類。增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號(hào)，再把這個(gè)電信號(hào)轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖，用脈沖的個(gè)數(shù)表示位移的大小。而絕對(duì)式編碼器的每一個(gè)位置對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)字碼，因此它的值只與測(cè)量的起始和終止位置有關(guān)，而與測(cè)量的中間過程無關(guān)。
在增量式中編碼器獲得物體的相對(duì)位置。旋轉(zhuǎn)編碼器可以測(cè)量物體運(yùn)動(dòng)的角位移，它由一個(gè)發(fā)光二極管（LED）、一個(gè)碼盤，以及碼盤背面的一個(gè)光傳感器。這個(gè)碼盤安置在旋轉(zhuǎn)軸上，上面按一定編碼形式排列著不透光和透光的扇形區(qū)域。當(dāng)碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，不透光扇區(qū)能夠遮擋光線，而透光扇區(qū)則允許光線透過。這樣就產(chǎn)生了方波脈沖，可以編譯成相應(yīng)的位置或運(yùn)動(dòng)信息。編碼器每轉(zhuǎn)通常分為100到6000個(gè)扇區(qū)，100個(gè)扇區(qū)的編碼器可以提供3.6度的精度，而6000個(gè)扇區(qū)的編碼器則可以提供0.06度的精度。
僅有一路脈沖輸出的編碼器不能確定旋轉(zhuǎn)的角度，如果使用兩路脈沖，其間的相位差為90度，那么通過該正交編碼器的兩路輸出通道就可以確定位置和旋轉(zhuǎn)的方向兩個(gè)信息。例如，如果通道A相位超前，碼盤就以順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。如果通道B相位超前，那么碼盤就是以逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)（圖8）。因此，通過監(jiān)控脈沖的數(shù)目和信號(hào)A、B之間的相對(duì)相位信息，就可以同時(shí)獲得旋轉(zhuǎn)的位置和方向信息。除此之外，有些正交編碼器還包含被稱為零信號(hào)或者參考信號(hào)的第三個(gè)輸出通道Z相。這個(gè)通道每旋轉(zhuǎn)一圈輸出一個(gè)單脈沖，可以通過它來精確計(jì)算某個(gè)參考位置，這種編碼器被稱為三相編碼器。
線性編碼器與旋轉(zhuǎn)編碼器的工作原理類似。它采用了一條固定的不透光帶取代了旋轉(zhuǎn)碼盤，在不透光帶表面上有一些透光縫隙，而LED探測(cè)器組件則被附在運(yùn)動(dòng)體上，這樣可以測(cè)量物體的線位移。
絕對(duì)式編碼器能夠獲得目標(biāo)的絕對(duì)位置。絕對(duì)式編碼器的不同之處在于編碼器的碼盤上，采用了多組分區(qū)形成同心碼道，如同靶環(huán)一樣。同心碼道從編碼器碼盤的中心出發(fā)，向外擴(kuò)展直到碼盤外部，每一層碼道都比其內(nèi)層多了一倍的分區(qū)。第一層，即最內(nèi)層的碼道，只有一個(gè)透光扇區(qū)和一個(gè)不透光扇區(qū)；位于中心的第二層就具有兩個(gè)透光扇區(qū)和兩個(gè)不透光扇區(qū)。如果編碼器有10層碼道，那么最外圍的碼道就有512個(gè)扇區(qū)。因?yàn)榻^對(duì)式編碼器的每層碼道都比它里面一層的碼道多了一倍數(shù)目的扇區(qū)，所以扇區(qū)的數(shù)目就形成了二進(jìn)制計(jì)數(shù)系統(tǒng)。在這種編碼器中，碼盤上的每個(gè)碼道都對(duì)應(yīng)一個(gè)光源和一個(gè)接收器。絕對(duì)式編碼器的優(yōu)勢(shì)在于可以降低編碼器的轉(zhuǎn)速，可以使編碼器的碼盤在整個(gè)機(jī)器運(yùn)動(dòng)周期中只轉(zhuǎn)一圈。如果機(jī)器運(yùn)動(dòng)距離為10英寸，而編碼器具有16位精度，那么機(jī)器位置的精度就是10/65,536，即0.00015英寸。如果機(jī)器的行程更長(zhǎng)譬如6英尺，那么粗旋轉(zhuǎn)編碼器可以保證跟蹤每一英尺距離；第二級(jí)稱為細(xì)旋轉(zhuǎn)編碼器可以跟蹤1英尺以內(nèi)的距離。
編碼器是對(duì)信號(hào)邊沿計(jì)數(shù)，由邊沿?cái)?shù)值轉(zhuǎn)換為位置信息的過程取決于所采用的編碼類型。通常分為三種基本的編碼類型：X1、X2和X4。X1編碼方式時(shí)，當(dāng)通道A引導(dǎo)通道B時(shí)，增量發(fā)生在通道A的上升沿。當(dāng)通道B引導(dǎo)通道A時(shí)，減量發(fā)生在通道A的下降沿（圖9）：
X2編碼方式時(shí)，計(jì)數(shù)器A通道的每個(gè)邊沿計(jì)數(shù)是增加還是減少，取決于由哪個(gè)通道引導(dǎo)哪個(gè)通道。計(jì)數(shù)器的數(shù)值每個(gè)周期都會(huì)增加2個(gè)或減少2個(gè)（圖10）：
X4編碼方式時(shí)，計(jì)數(shù)器同樣也在通道A和B的每個(gè)沿上發(fā)生增加或者減少。計(jì)數(shù)器的數(shù)目是增加還是減少，取決于哪個(gè)通道引導(dǎo)哪個(gè)通道。計(jì)數(shù)器的數(shù)目每個(gè)周期都會(huì)增加4個(gè)或減少4個(gè)（圖11）：
對(duì)于角度編碼器，有
對(duì)于位移編碼器，有
NI M系列數(shù)據(jù)采集卡所帶有的Counter可以滿足ABZ三相編碼器的測(cè)量，這三路脈沖信號(hào)需要直接連接到Counter的Source，Gate和Aux上，經(jīng)過設(shè)置編碼器類型，編碼方式等信息，可以直接換算成需要的旋轉(zhuǎn)角度或位移值。
聲音和振動(dòng)測(cè)量
振動(dòng)是有質(zhì)量的物體發(fā)生在平衡點(diǎn)附近的機(jī)械振蕩運(yùn)動(dòng)，振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生壓力波，壓力波在空氣中傳播便產(chǎn)生了聲音。聲音與振動(dòng)在本質(zhì)上是通過不同的介質(zhì)傳播的。但在理論層面上，兩者之間是相互聯(lián)系的，所以測(cè)量聲音與振動(dòng)在從本質(zhì)來看也是相似的。
某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)相對(duì)表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷。當(dāng)外力去掉后，它又會(huì)恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。當(dāng)作用力的方向改變時(shí)，電荷的極性也隨之改變。相反，當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向上施加電場(chǎng)，這些電介質(zhì)也會(huì)發(fā)生變形，電場(chǎng)去掉后，電介質(zhì)的變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)，或稱為電致伸縮現(xiàn)象。依據(jù)電介質(zhì)壓電效應(yīng)研制的一類傳感器稱為為壓電傳感器。許多測(cè)量加速度和壓力的傳感器都是基于壓電原理的（圖12）。
IEPE是壓電式傳感器的一個(gè)特殊類別，設(shè)計(jì)中它在壓電晶體后安裝了一個(gè)放大器（圖13）。由于壓電式傳感器產(chǎn)生的電壓很小，所產(chǎn)生的電子信號(hào)容易受到噪音影響，所以必須使用靈敏電子器件來放大和制約信號(hào)，降低輸出阻抗。因此IEPE將靈敏電子器件安裝得離傳感器越近越好，以減少噪聲干擾，確保了組裝的便捷。常規(guī)IEPE傳感器使用外部直流電源來提供激勵(lì)，根據(jù)壓電晶體接收到的不同電量來調(diào)整輸出電壓。IEPE在傳感器激勵(lì)（電流）和信號(hào)（電壓）輸出時(shí)只用一到兩根線。
聲音與振動(dòng)的測(cè)試容易受到噪音的影響，需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)理。傳感器獲取的信號(hào)包括直流和交流兩個(gè)部分，直流部分可將交流部分偏移零點(diǎn)。交流耦合可以通過連接信號(hào)的電容器，消除系統(tǒng)中的直流偏移。交流耦合傳感器系統(tǒng)可消除由老化和溫度效應(yīng)引起的傳感器長(zhǎng)期直流漂移，從而顯著地提高了分辨率，擴(kuò)大了系統(tǒng)的可用動(dòng)態(tài)范圍。在精密測(cè)量過程中，系統(tǒng)的采樣率必須至少是被采集信號(hào)頻率的兩倍。為了確保頻率范圍采樣正確，在ADC前安裝低通濾波器，這樣就能夠確保您減小高頻率噪音的影響，也可以保證高于采樣率頻率二分之一的混疊信號(hào)成分不會(huì)影響到測(cè)量結(jié)果。
由于聲音和振動(dòng)這類信號(hào)屬于動(dòng)態(tài)信號(hào)，其幅值頻率甚至方向都隨時(shí)間不斷變化，僅使用普通數(shù)采卡很難對(duì)其較好地采集，需要再附加上調(diào)理模塊。NI SCC-ACC01是一款單通道信號(hào)調(diào)理模塊，專用于IEPE傳感器或麥克風(fēng)。該模塊包括一個(gè)交流差動(dòng)放大器，一個(gè)3階Besse低通濾波器(19 kHz)以及用于傳感器激勵(lì)的4mA恒定電流源。NI SCXI-1530/1531同樣也是用于IEPE傳感器和麥克風(fēng)的信號(hào)調(diào)理模塊。其每一輸入通道均包括可編程交流儀器放大器，4階Bessel低通濾波器和激勵(lì)電流源。NI SCXI-1530/1531具有同步采樣能力，可以保持通道間的相位關(guān)系，該模塊可以將信號(hào)在DAQ設(shè)備的一路通道中復(fù)用，也可另加模塊以增加通道數(shù)，通過隨機(jī)掃描，可以只選擇想要采集數(shù)據(jù)的通道，且具有可提高掃描速率的并行操作模式以及可簡(jiǎn)化信號(hào)連接的BNC連接器。
NI同樣也提供專門的動(dòng)態(tài)信號(hào)采集卡(DSA設(shè)備)對(duì)聲音和振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行采集。在cDAQ模塊中，NI 9233/9234用于動(dòng)態(tài)信號(hào)的采集，其作為4通道C系列動(dòng)態(tài)信號(hào)采集模塊，能針對(duì)集成電路壓電式(IEPE)與非集成電路壓電式(IEPE)傳感器，進(jìn)行高精度音頻測(cè)量。其中NI 9234具有102dB動(dòng)態(tài)范圍，能對(duì)加速度傳感器和麥克風(fēng)進(jìn)行軟件可選式交流/直流耦合與集成電路壓電式(IEPE)信號(hào)調(diào)理。4條輸入通道借助自動(dòng)調(diào)節(jié)采樣率的內(nèi)置抗混疊濾波器，同時(shí)以每通道高達(dá)51.2kHz的速率對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化（圖14）
此外，NI 445x和446x的DSA采集卡也是專門針對(duì)動(dòng)態(tài)信號(hào)設(shè)計(jì)的。
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