自组网无线动态应变检测节点设计.pdf

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1、船电技术I应用研究自组网无线动态应变检测节点设计乔卿阳，王竞，张婷(武汉船用电力推进装置研究所，武汉430064)摘要：本文设计了高精度自组网无线动态应变采集电路。设计采用TI公司的ZIGBEE解决方案进行无线自组网网络建立，采用恒流式电桥提高传感器的抗干扰能力和精度，并进行ADC驱动电路的分析设计，并进行现场实验。实验表明该方案具有较好的环境适应性、可维护性并具有优异的采集精度，可以满足大型复杂结构的分布式疲劳测试。关键词：自组网态应变恒流式电桥中图分类号：TN710文献标识码：A文章编号：1003—4

2、862(2014)09—0061．05DesignofDynamicStrainDetectionPointsonAdHocWirelessNetworksQiaoQingyang，WangJing，ZhangTing(WuhanInstituteofMarineElectricPropulsion，Wuhan430064，China)Abstract：Thispaperpresentsanadhocwirelessdynamicstrainacquisitioncircuitwithhighprecis

3、ion．ThedesignselectsTI'sZIGBEEsolutiontobuildadhocwirelessnetworkwithconstantcurrentbridgetoimprovetheanti—interferenceabilityandtheprecisionofsensor,buildsupadrivingcircuitfo，．theADC,andhasthecircuittobeexperimented．Experimentalresultsshowthatthedesignha

4、sbetterenvironmentaladaptability,maintainabilityandexcellentprecision，andcanmeetthedistributedfatiguetestoflargeandcomplexstructures．Keywords：adhocnetwork,"dynamicstrain,"constantcurrentbridge0引言现代产品竞争要求产品在同样的结构下具有更好的效率、寿命、可维护性和可制造性。静态结构和疲劳测试可以很好的为以上问题提供解

5、决方法。生产周期和成本控制要求急需新的测试方法来缩短测试周期和测试成本。现代测试方法面临的挑战主要包括以下几个方面：测试点的增加、合理的测试点布局和识别、减小测试的不确定性、复杂结构测试的线缆布置和测试装置的灵活性[11。本文设计的高精度无线动态应变采集节点采用TI的zIGBEE硬件解决方案进行自组网无线局域网络的组建，采用高精度△一∑模数转换器辅以精密信号调理电路进行数据转换，具有收稿日期：2014—07—15作者简介：乔卿阳(1989一)，男，硕士。研究方向：电子技术。自组网络、体积小、安装灵活、采集

6、精度高的特点，能够有效解决传统采集方式的以上问题，适用于对复杂结构件进行疲劳测试的场合。1数据采集电路本文设计的无线动态应变采集节点包括数据采集电路和无线发射电路。由于ZiGBEE的传输速率限制，在数据采集电路和无线发射电路之间设计数据缓冲电路进行数据的缓冲存储。数据采集电路由电桥电路、ADC驱动电路、基准源电路和数据转换器构成。本设计采用日本AKM公司的24位高性能△一∑数据转换器AK5393vs进行采集电路设计。AK5393vs的无杂散动态范围达到117dB，信噪比也达到117dB，并且采用差分输入方

7、式，‘其两对模拟输入通道实现完全隔离，可满足设计的要求。AK5393vs自带抗混跌滤波器并具有过采样功能，可以大大简化驱动电路设计。另外其完全隔离的两路高精度61船电技术I应用研究输入可以保证采集精度‘21。ADC控制电路可设计如下：图1ADG控制电路应变采集有机械式、涂层方法、光纤和金属箔式应变片四种方法。机械式精度较低、涂层和光纤则对布置环境有较高要求只可在实验室实现。而金属箔式应变片具有较长的寿命、精度和动态特性，故本设计采用120Q金属箔式应变片进行电桥组建。电桥激励可分为电压源激励与电流源激励两

8、种[1]。电压源激励电桥抗干扰能力差并且伴随引线距离的增加衰减比较严重。而电流源激励电桥可以很好地解决以上问题[3】。恒流源输出电流E厂‘I厂L，=旦=兰=41mA⋯120f2120f2(1)即恒流源输出电流不得大于41mA，在实际设计中考虑到电桥功耗要求‰=，2机×Br2、若采用40mA驱动电流，则功耗Pbrg=0．192W，若驱动电流为20mA，则功耗将为0．048W，此时共模电压VcM=k×Rg=2．4Vr气、输入电压满