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ARES模拟输出信号分析 ARES背板端子分布图
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ARES BNC (Bayonet Neill-Concelman) connector
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ARES模拟输出信号分析 端子说明 Torque Out
0 VDC ≈ 0 g·cm, ±5 VDC ≈ full scale torque Torque range Xducer 1 (20g FRT): ~ 20 g·cm (3.92×10-7 ~ 1.96×10-3 N·m) Xducer 2 (1k FRT): 1 ~ 1000 g·cm (9.8×10-5 ~ 9.8×10-2 N·m)
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ARES模拟输出信号分析 端子说明 Strain/Normal Out 动态模式下输出马达位移实测值：
0 VDC ≈ 0 rad, ±5 VDC ≈ ±0.5 rad 稳态模式下输出法向力：（同Normal Out端子）
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ARES模拟输出信号分析 端子说明 Command Out 动态模式下输出位移幅度设定值：
0 VDC ≈ 0 rad, ±5 VDC ≈ ±0.5 rad
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ARES模拟输出信号分析 端子说明 Normal Out
0 VDC ≈ 0 g ± 5 VDC ≈ ± full-scale normal force Normal Force Range Xducer 1 & 2: 2~2000 g (1.96×10-2 ~ 19.6 N)
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ARES模拟输出信号分析 数据采集装置： National Instrument (NI) USB-9215A with BNC
4通道 / 16 bits / 100 kS/s / 同时采样 有BNC接口的版本，价格相同 附送Windows驱动程序和LabVIEW SignalExpress LE for Windows软件（功能已足够）
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ARES模拟输出信号分析 示范一：牙膏LAOS Rheology
25.0 °C / 25mm ParaPlate / Gap = 1.0 mm / Xducer 1 DTimeSwp: 200% / 5.0 rad/s Data Acquisition 20 kHz / Δt = s 示范一：牙膏LAOS
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ARES模拟输出信号分析 示范一：牙膏LAOS A = V f =0.8 Hz
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ARES模拟输出信号分析 示范一：牙膏LAOS A = 1.599 V f =0.8 Hz
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ARES模拟输出信号分析 示范一：牙膏LAOS
应变的换算 φmax = 0.5 rad (0.1 rad/V) Kγ = R / h = 12.5 mm / 1.0 mm = 12.5 φ0 = 0.1 × A = rad γ0 = Kγ × φ0 = (cf. CMD γ0 = 200%) ω = 2πf = 5.0 rad/s (cf CMD ω = 5.0 rad/s) A = V f =0.8 Hz δs = ° = 77.1° + 4 × 360°
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ARES模拟输出信号分析 示范一：牙膏LAOS 获得An (V), δt,n (°)和fn三个信息。 n = 1,3,5,…
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ARES模拟输出信号分析 示范一：牙膏LAOS
力矩的换算 Mmax = 1.96×10-3 N·m (Xducer 1) Mn = AnMmax/5 = 3.92×10-4 × An 应力的换算 Kσ = (1/2πR3)(3+dlnM/dlnΩ) ≈ 2/πR3 (Newtonian) （ARES使用的是近似式） 本实验：Kσ = 2.44×105 m-3 ≈ 3.26×105 m-3 σn = KσMn 高次谐波参数 In/1 = An/A1 Φn = δt,n - δs 获得An (V), δt,n (°)和fn三个信息。 n = 1,3,5,…
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ARES模拟输出信号分析 示范一：牙膏LAOS n Mn (N·m) In/1 Φn (°) 1 1.09×10-3 63.9 3
1.15×10-4 0.1062 195.2 5 1.96×10-5 0.018 340.7 7 5.84×10-6 0.0054 146.3 9 2.63×10-6 0.0024 293.2 11 1.72×10-6 0.0016 53.9
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ARES模拟输出信号分析 示范二：Laponite/NIPAM水凝胶 Rheology
25.0 °C / 25mm ParaPlate / Gap = mm / Xducer 1 DTimeSwp: 1.0% / 100 rad/s Data Acquisition 20 kHz / Δt = s ARES模拟输出信号分析 示范二：Laponite/NIPAM水凝胶 转矩信号有负偏置
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ARES模拟输出信号分析 示范二：Laponite/NIPAM水凝胶 Data Source φ0 (rad) γ0 (%)
M0 (N·m) σ0 (Pa) δ (°) ARES 1.79×10-3 1.004 7.28×10-5 23.72 0.698 USB-9215A 1.52×10-3 0.853 5.99×10-5 19.54 0.717
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ARES模拟输出信号分析 用示波器检查 样品：2 wt% Laponite + 5 mM NaCl (L2S5)
γ0 = 2%, ω = 200 ~ 25 rad/s 应变信号有较高频的噪音（±0.5 mV） 转矩信号有较低频的噪音（±0.5 mV） 2 ms/DIV ARES数据 Δt ≈ 6.6×10-4 s ω = 200 rad/s
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ARES模拟输出信号分析 用示波器检查 样品：2 wt% Laponite + 5 mM NaCl (L2S5)
5 ms/DIV 用示波器检查 样品：2 wt% Laponite + 5 mM NaCl (L2S5) γ0 = 2%, ω = 200 ~ 25 rad/s ω = 160 rad/s
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ARES模拟输出信号分析 用示波器检查 样品：2 wt% Laponite + 5 mM NaCl (L2S5)
γ0 = 2%, ω = 200 ~ 25 rad/s 10 ms/DIV ω = 100 rad/s
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ARES模拟输出信号分析 用示波器检查 样品：2 wt% Laponite + 5 mM NaCl (L2S5)
γ0 = 2%, ω = 200 ~ 25 rad/s 10 ms/DIV ω = 160 rad/s
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ARES模拟输出信号分析 用示波器检查 样品：2 wt% Laponite + 5 mM NaCl (L2S5)
γ0 = 2%, ω = 200 ~ 25 rad/s 结论：转矩信号有约-0.5 mV直流成分。转矩和应变信号都有噪音，从时域信息难以分辨相位差，需要做FFT。靠示波器无法辨别损耗角。
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