趙 嬋

(中國飛機強度研究所，陜西 西安 710065)

1 引 言

現(xiàn)階段，結(jié)構(gòu)強度試驗的規(guī)模和數(shù)量不斷增加，與此同時，試驗設(shè)備設(shè)施的使用周期不斷延長。當設(shè)備出現(xiàn)集中標定等情況時，設(shè)備儲備不足，或當試驗規(guī)模較大，常用設(shè)備不能滿足使用規(guī)模時，需要同時使用兩種或多種設(shè)備。在測量系統(tǒng)的配置過程中，這種狀況尤為明顯。某強度試驗中，要求隨動加載，在加載過程中加載設(shè)備隨載荷變化而變化，所以要求測量系統(tǒng)在不同加載譜段對不同位置的測量采用不同的觸發(fā)模式，這就帶來了采集觸發(fā)切換問題。

文獻[1]通過電源快速切換避免了停電的倒閘方式；文獻[2]通過對比研究，分析了電源快速切換在變電企業(yè)的應(yīng)用；文獻[3]提出了一種多級壓力源液壓切換系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)液壓閥控系統(tǒng)傳動效率低的問題；文獻[4]設(shè)計了模擬電源與真實電源、左右模擬電源之間切換的一套模擬電源控制系統(tǒng)；文獻[5]提出了一種新型的基于殘壓特性預(yù)測的實時快速切換方法。

以上研究針對電源快速切換以及其他切換技術(shù)，與采集信號觸發(fā)切換機制基本一致。信號觸發(fā)的切換從高電平觸發(fā)到上升沿觸發(fā)，是一個電源切換的問題。本文在以上研究基礎(chǔ)上，結(jié)合工程實際問題展開研究，設(shè)計了一個觸發(fā)信號切換器，提出了一種基于外置電源的觸發(fā)切換控制技術(shù)，該方法能夠在試驗進行過程中通過設(shè)置載荷譜隨時切換觸發(fā)模式，而且在必要時可以采用人工控制實現(xiàn)觸發(fā)切換。此外，對該設(shè)備的有效性和可靠性進行了試驗驗證。

2 背景描述

2.1 采集觸發(fā)

采集觸發(fā)是強度試驗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，是試驗數(shù)據(jù)測量與加載一致性的重要保障，也是試驗獲得有效數(shù)據(jù)的基本要求。試驗加載過程中，控制系統(tǒng)需要對測量系統(tǒng)在需要時進行觸發(fā)，觸發(fā)信號一般指能夠引起測量系統(tǒng)采集操作的信號，觸發(fā)的周期由試驗設(shè)計人員根據(jù)載荷譜設(shè)置。觸發(fā)根據(jù)信號形式分為上升沿觸發(fā)和高電平觸發(fā)兩種形式，根據(jù)信號接收端的控制形式分為軟件觸發(fā)和硬件觸發(fā)兩種形式。試驗測控工程師需要在系統(tǒng)配置過程中，合理配置軟硬件信息，確定觸發(fā)機制，達到系統(tǒng)的兼容性。

2.2 觸發(fā)切換

對于隨動加載系統(tǒng)，在試驗進行過程中，需要對加載設(shè)備的位置進行定位，所以在布置試驗環(huán)境時，對加載執(zhí)行機構(gòu)和夾具進行位置監(jiān)測，在試驗件加載運行的邊界位置監(jiān)測位移，危險部位進行應(yīng)變監(jiān)測。工程中某隨動加載試驗，由于設(shè)備緊缺，采用了不同型號的采集設(shè)備，其觸發(fā)信號不相同，測控工程師為了避免在加載過程中非重要數(shù)據(jù)的采集，提出了觸發(fā)切換的思想，也就是在加載過程中，對試驗件的測量和加載支持夾具的測量采用不同的采集觸發(fā)模式。

3 總體設(shè)計

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

在設(shè)計初期，對觸發(fā)切換器的外形進行了設(shè)計，設(shè)備外觀如圖1所示。在設(shè)備的前端有電源插座開口、切換按鈕開口和鎖止按鈕開口，左側(cè)是兩種觸發(fā)模式輸出端口，信號輸入端位于設(shè)備后側(cè)。在設(shè)備的頂面板設(shè)計了散熱柵格，基本開口2mm，陣列分布，主要是避免設(shè)備發(fā)熱以及高溫等惡劣環(huán)境造成設(shè)備快速老化。

圖1 設(shè)備外觀圖

3.2 工作原理

設(shè)備工作過程中，信號輸入端與控制系統(tǒng)連接，在接收到信號時，內(nèi)置電路將信號轉(zhuǎn)換為開關(guān)信號，由一個繼電器實現(xiàn)，設(shè)備默認輸出信號為上升沿信號。當系統(tǒng)按下切換按鈕，另外一個繼電器動作，將5V電源輸出，在高電平端口測到高電平，鎖止按鈕控制另外兩個繼電器的自鎖功能，能夠?qū)κ謩忧袚Q按鈕的功能進行屏蔽，適用于設(shè)備調(diào)試階段對測量系統(tǒng)分別調(diào)試驗證。當系統(tǒng)調(diào)試完成時，設(shè)備自鎖按鈕解鎖，設(shè)備具備工作狀態(tài)。初始設(shè)計階段，柵格的散熱效果不好，在電路的擴展接口增加了電風(fēng)扇，當環(huán)境溫度較高時，避免設(shè)備過熱出現(xiàn)故障。

4 試驗驗證

為驗證觸發(fā)切換器的切換效率和可靠性，在圖2試驗平臺基礎(chǔ)上，對試驗件彈簧系統(tǒng)采用位移測量的高電平觸發(fā)模式，對連接件應(yīng)變測量采用上升沿觸發(fā)模式，并在試驗載荷譜配置過程中設(shè)置切換模式為自動觸發(fā)。

圖2 試驗驗證平臺

通過模擬疲勞加載試驗，反復(fù)運行載荷譜，求得平均切換時間遠小于1s,滿足載荷譜加載需求。此外，對信號的手動切換功能和觸發(fā)信號輸出的鎖止功能均進行了驗證，達到了控制效果。在驗證過程中發(fā)現(xiàn)，切換器的外接電源體積較大，給設(shè)備安裝帶來不便。后續(xù)設(shè)計時，需考慮內(nèi)置電源裝置，使設(shè)備性能更優(yōu)。

5 結(jié) 論

考慮到隨動加載過程中工程的實際需求與設(shè)備資源不匹配的實際問題，提出了一種基于外設(shè)電源的采集觸發(fā)信號切換技術(shù)，利用簡單的電路及硬件設(shè)計，實現(xiàn)了預(yù)期的功能。該方法不僅可以在工程中直接應(yīng)用，其預(yù)置的控制端口還可以實現(xiàn)載荷譜自動觸發(fā)切換的功能，提升了采集設(shè)備的兼容性和擴展性，在一定程度上節(jié)省了試驗成本，對于工程急需的觸發(fā)切換問題，提供了解決方案，達到了預(yù)期效果。