塑性敏感元件高度自动测量仪研制+文献综述(3)
图 1.1 铜柱测压系统基本工作原理图
铜柱测压的原理如图1.1所示。武器被测膛压P(t)作用于铜柱测压器的活塞前端（确切的说是作用于活塞杆前部的测压油前端），通过活塞杆将压力施加于铜柱，引起铜柱的轴向压缩变形。由于铜柱的屈服极限较小，在P(t)的作用下，铜柱发生塑性变形，但在P(t)作用完全结束之后，铜柱变形并不完全消失，而是有参与变量。很明显，此残余变形量的大小主要取决于P(t)的峰值压力Pm。
这样测压力值就转换为测铜柱的高度值，由于铜柱的形变很微小，传统的测试方法误差较大，需要通过高精度的位移（高度）传感器，测出铜柱高度的形变，在转换成电压值，传入计算机中显示。这种方法测出的数据更加准确方便。
1.3 塑性测压传统判读的缺点
塑性测压法利用塑性敏感元件受火药燃气压力作用产生的塑性变形量量度最大膛压的量值。其基本工作过程为：将塑性敏感元件放入专门的测压器内，使其承受膛压的作用，然后取出塑性敏感元件，用测长仪器（千分尺）测出塑性敏感元件的变形量或压后高，根据事先编定的该批次塑性敏感元件的压力—变形对照表查出相对应的压力量值，再对环境条件和使用条件进行必要的修正，得到最终膛压峰值，填入测压记录表中。这种方法成本低廉，工作可靠，因此百余年来一直保持着强大的技术生命力[14][15]。
然而，利用上述方法获取膛压峰值数据存在一个问题：目前，在判读方式上，国内依然采用传统的测长工具如游标卡尺或千分尺，将测得的高度值进行查表获得最终膛压峰值。但是，千分尺测量虽然能达到微米级的测量精度，但使用千分尺测量时测点单一、工作繁琐、且容易出错，需要消耗大量的劳动力。随着对铜柱测压精度以及编表精度的提高，采用分辨率为0.01mm 的测量工具已不能满足测量精度的要求，且存在由于人为因素产生的测量误差[4]。
为了消除塑性测压法中人工判读测压元件时存在的不可避免的人为误差，使判读结果更准确、更可靠，可以组建一个塑性敏感元件高度自动测量仪来解决上述问题。
1.4 本文的主要结构
研制塑性敏感元件特征参数自动测量仪主要是为了消除传统测试中的人为误差，提高了敏感元件的测量精度，实现了膛压峰值的智能判读。本文共分优尔个部分，第一章介绍课题的研究对象及背景，塑性测压的优点，说明本文的工作是测量铜柱的高度，利用传感器测位移的方法，将其转化为电量，提高测量的准确性。第二章是总体设计，包括参数指标，总体方案和传感器的选择。反映出课题实现的方法，传感器的工作原理。第三章是硬件电路的设计，包括器件的选择与功能的介绍，列出原理图与实现方法。用CPLD完成细分辨向和计数功能，在通过单片机的控制，送入上位机。第四章是软件的设计，主要包括CPLD和单片机的软件实现方法。第五章是系统的验证实验，写出了软硬件的工作方式，列出实验过程和结果。第优尔章写出了系统的标定过程。
2. 总体设计
2.1 参数指标
本课题要测量的是塑性敏感元件的特征参数（包括铜柱的原始高度或预压之后的高度以及压完之后的高度），这些参数的主要技术指标为：
(1) 测高范围：0～20mm；
(2) 测高分辨率：优于0.001mm；
(3) 工作台水平基准面的不平度：优于0.001mm；
(4) 高度测量传感器的线性度优于0.1%；
2.2 自动测量仪的总体方案
自动测量仪系统主要由机械机构、高度测量系统和软件系统三部分组成。其中高度测量系统又由光栅传感器、高度采集下位机系统、上位机系统组成。总体原理框图如图2.1所示。