[发明专利]一种电阻应变测量仪的阶跃响应特性校准装置及方法

说明书

本发明公开的一种电阻应变测量仪的阶跃响应特性校准装置及方法，属于应变电测量计量测试技术领域。本发明通过稳定可靠的高速电子开关，产生周期性的具有高抗干扰特性的模拟大应变原始电阻阶跃波形，产生原始的高抗干扰模拟大应变阶跃激励，通过步进衰减器对该应变波形进行步进调控，以产生任意幅度的模拟阶跃应变激励响应信号，该应变激励响应信号与高抗干扰模拟大应变具有相同的高抗干扰特性；以软件等效采样方式在低采样速率情况下实现等效高速采样，获得有效的阶跃响应特性曲线；结合动态校准理论和方法，实现电阻应变仪动态特性的计量校准。

技术领域

本发明涉及一种电阻应变测量仪的阶跃响应特性校准装置及方法，属于应变电测量计量测试技术领域。

背景技术

应变是指固体及结构承受力、力矩、压力等载荷产生的变形行为，以及温度等环境变化产生的热胀冷缩的变形行为。在常温应变测量中，这种变形又特指弹性形变，即形变程度与载荷的变化呈单调对应关系，当载荷消失后，形变即消失。而应变量是定量衡量这类应变大小的一种物理量值。

对于应变测量，应用最广泛、准确度最高的电阻式应变测量，其计量校准问题一直没能彻底解决，主要是存在“静标动用”问题。

线性测量系统动态特性校准中，普遍使用特征参量可溯源的动态激励源进行，如正弦波、阶跃波形、冲击波形等动态激励源。电阻应变则一直使用电阻进行模拟校准，而稳定的电阻随时间变化的特性很难在工程上实现。

专利“一种电阻应变测量仪的阶跃响应特性测量方法及装置(专利号：ZL201711295828.4)”提出了一种阶跃电阻激励源装置，解决了电阻应变测量仪的阶跃响应特性测量问题，其仍然存在的问题是，受电路原理的限制，每个装置的应变桥路只能提供一个幅度的阶跃应变模拟量值，不同阶跃幅度的应变量值需要不同的桥路电阻实现。因而在一个仪器内能实现的阶跃应变幅度量值激励数量受到所用电阻数量的限制，不易做到很多，较难实现任意阶跃应变幅度的计量校准，对于希望有成百上千个不同阶跃幅度的激励情况更加难以胜任。而且，为了达到高速切换的目的，高速电子开关切换中，控制脉冲的预冲和过冲都非常大，由此导致的开关特性，在面对大应变阶跃幅度时，如4000με以上的阶跃幅度时，其开关特性造成的干扰较小，表现出比较高的抗干扰特性，且阶跃幅值越高，其波形质量越好、抗干扰能力越强。而在几十、几百微应变以下的小幅度阶跃应变模拟时，预冲与过冲震荡失真较大，波形过冲甚至超过100％，无法直接用于计量校准。

高频应变测量与校准中，涉及到的应变量值多属于微小应变量值，并且具有频率越高，应变幅度量值越小的趋势。因此，制约了专利“一种电阻应变测量仪的阶跃响应特性测量方法及装置(专利号：ZL201711295828.4)”在高频宽、低量程电阻应变仪计量校准中的应用。

发明内容

针对专利“一种电阻应变测量仪的阶跃响应特性测量方法及装置(专利号：ZL201711295828.4)”存在的技术问题，尤其针对该专利在小阶跃幅度情况下，阶跃波形过冲震荡失真较大，无法正常进行计量校准的问题，以及其阶跃幅度受电路原理结构的限制，不能任意可控的弱点。本发明公开的一种电阻应变测量仪的阶跃响应特性校准装置及方法，能够实现高抗干扰且幅值任意可控的电阻应变仪阶跃响应校准，主要优点如下：(一)通过稳定可靠的高速电子开关，按照约定规律控制，产生周期性的具有高抗干扰特性的模拟大应变原始电阻阶跃波形，作为原始的高抗干扰模拟大应变阶跃激励，然后，通过步进衰减器对该应变波形进行步进调控，以产生任意幅度的模拟阶跃应变激励响应信号，该模拟阶跃应变激励响应信号与高抗干扰模拟大应变具有相同的高抗干扰特性。(二)以软件等效采样方式在低采样速率情况下实现等效高速采样，从而获得有效的阶跃响应特性曲线，结合动态校准理论和方法，实现电阻应变仪动态特性的计量校准。(三)通过本发明能够实现电阻应变仪任意幅度下动态特性的计量校准，结束应变测量系统中一直存在的“静标动用”问题。

本发明是通过以下技术方案实现的。