高精度传感器在纸面测试行业的使用：为什么说纸面测试行业需要高精度传感器来测量纸张抗力和耐压力？因为对于纸面测试行业，例如造纸，卷烟工业，都需要高度精确地测量纸张的抗张和耐压力。尽管有一些效果，但由于受电路结构的影响，传统方法只提高了测力精度和A/D转换器的位数，许多因素如噪声干扰的影响精度都难以达到一定程度的提高，而不能达到其行业标准(QB/T1670-92“微控电子式抗张强度测试仪”)中规定的0级(0.5%)。

现代智能微控电子式纸张抗张测试仪，不但解决了现有产品力值精度不高的问题，而且可抓住抗张试验机与抗张试验机机械与电子部分相似的特点，将两者有机整合，为用户和企业节省大量成本。电子型纸张抗张抗压试验机要达到的性能和精度要求符合以上标准的最精确等级：0级(0.5%)

体系结构和原理体系结构。

采用高性能DSP芯片作为核心，实现运动控制和检测运算。两个CPU之间采用串行方式通信，编制了与主机之间的三方通信协议，实践证明该协议具有较高的实用性。也就是DSP通过USB接口和PC(PC)连接来实现上、下键盘切换控制，由上位机或DSP分别打印速据或曲线。

该系统的功能主要包括以下内容：

控制运动系统和精确测量位移。

监控部分，以DSP为核心，以DSP作为核心检测控制芯片，扬弃了现有的单片机系统。它采用了硬件QEP,PWM等模块，并采用了高精度光电编码器(2500p/r)、由于交流伺服驱动器的调速范围比现有的调速范围大(0.1~200.0mm/min无级可调)，位移精度更高(0.01mm)。

力敏传感器检测和采集弱信号。

使用精密拉压传感器。精确度：1.9585mv/v(抗压),3.0025mv/v(抗张)，保证信号源的灵敏度。采用16位D/A转换器为力传感器提供16位动态分辨率、幅值可调的激励电压，减小电压波动对传感器的影响，从根本上提高系统精度。通过使用Σ-Δ24位A/D转换器(CS5532)，保证将传感器信号准确有效地转换成精确的数字信号。而且它与双积分结构A/D相比较，它对系统的白噪声抗干扰性更强，使得系统的高精度成为现实。综合使用16位DSP2407A实现对标准C中各种数据类型的全面支持，在精度范围内避免计算误差，并采用分段线性插值技术，进一步改善传感器的线性。也就是说，系统力值的检测精度进一步提高到0.2%。实际应用表明，该系统检测方法明显优于现有市场产品的1%力值精度。

数据的通讯

该系统的数据通信较多，也是软件编制中工作量较大的一部分。提出一种完整、有效的三方通信协议。就是实现了上位机、DSP、DSP芯片间的数据共享、指令传递、切换控制。因为PC机不支持485通信，数据量适中，通信距离短，因此该数据采集DSP部分与上位机连接采用USB接口。DSP与DSP芯片的连接采用485通信方式。

人机交互

使用了分立模块，即4×4列扫描键盘，以DSP芯片为核心，320×240图形液晶显示器。数据的实时显示由DSP实现的串行通信。

上位机

主机采用USB与USB进行实时数据交换，可实现键盘显示的全部功能，并且可以独立控制。

体系结构框图及说明。

采用定速测量方法，将运动控制子系统、测量采集子系统、人机交互子系统、上位机等多个子系统有机组成。

动作控制子系统

由于采用了定速测量方法，因此速度的平滑是关键，是力值采集的先决条件；是运动控制系统和测量采。

集合系统间的连接。

移动控制部分，对现有单片机系统进行扬弃，采用集成度较高的DSPTMS320LF2407A作为核心检测控制芯片。通过DSP将PWM信号发送到交流伺服电机驱动器，交流伺服电机驱动器驱动电机，实现闭环控制，无需DSP处理。与此同时，伺服器将光电编码器的正交码脉冲信号发送到DSPQEP模块触发定时器进行脉冲计数，以实现夹头位移的准确测量。并且，该编码器ZERO系统由扑获模块监测电机的异常转动。

松下交流伺服电机驱动和电动机的使用，不仅使调速范围更宽，速度也更精确(达到1%的精确度)，而且使转速调节更容易控制，速度更平稳。简单的速度控制只会让DSP有更多的时间来处理数据。

从系统的关键技术创新来看，现有小量程抗张、抗压性测试仪产品都是独立产品，很少集成成一机。因为抗张试验装置的力学部分类似，具有相似的电子部分，所以该产品不仅集成了机械部分即双丝杠横梁结构，而且还包括检测与控制部分。改用DSPTMS320LF2407A作为其核心，以DSPTMS320LF2407A为核心。因此，把两种方法有机地结合起来，可以大大节约成本，提高系统精度。

使用大范围、高精度(0.001mv)的力传感器精度与现有产品测量力传感器相同。尽管力传感器能提供16位动态精度可调的激励电压，但该产品在使用传感器时在传感器的使用上做了有效的改进，减小激励电压波动对传感器的影响，不仅可以从根本上提高系统的精度，还可以增强系统对各种传感器的支持能力。

目前，该仪器多使用8位单片机+多双积分式12位A/D转换器，其转换精度不能满足共模干扰的要求，且由于单片机都是单字节计算，难以兼顾计算精度和速度。该系统采用DSP+Σ-Δ24位A/D转换器(CS5532)。DSP不但保证准确的传感器信号可以有效地转换成精确的数字信号，而且DSP很好地支持高级语言(广泛支持多种数据类型的标准C)，使得运算精度远远高于系统测量精度。从而使该产品大大提高系统测力的准确性。该产品利用DSP强大的指令处理能力，利用分段线性插值技术，进一步改善传感器的线性度。也就是说，系统的精度进一步提高。就系统可靠性而言，本产品采用DSP体系结构，较现有单片机体系结构去除了大量外设，提高了系统的可靠性。实践中，抗干扰能力明显优于常规的单片机系统。

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