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1、? 年第刁期物理测试电子测力冲击试验机研制中的几个问题刘军海苏启生陆明珠黄开祥张利民谢华!西安交通大学金属材料研究所西安? #? %!西安北方电气公司%摘要本文简要介绍 759., 59,.? 359./ ,9+, ,./ 61.230 ,45 /7=9,6 .5205试验机上对该传感器进行了静态标定。其方法是做一专用夹具把图?所示传感器固定其上。应变信号经专门研制 的放大器输出到 一四位半数字电压表,然后放在 5试验机上进行压缩试验,分别记录一组载荷和放大输出电压值,用 最小二乘法拟合结果表 明,非线性度簇#写5。! %零点漂移试验在室温条件下,从仪器加 电半小时后,用上述数字电压表连续测试
2、无载荷时的放大器输出值。经小时试验表明,零点漂移簇#?呵5。!) %动态试验把传感器装在冲击试验机摆锤上其放大器输出 和高速 动态数据采集仪相连,然后冲击某批缺口试样,其典型 载荷曲线见图。经分析,传感器的载荷感应速率为%)吨力微秒。)高速动态数据采集仪冲击试验机输出数据的特点是同时的,即冲击力和变形信号在冲击试验过程是同时产生并输出。同时考虑采集精度的要求,数据采集必须具备下 列特点?大于或等于十二位二进制分 辨率?678乙一69782采 集速率?5两通道数据采集要有同时性,即要求两通道数据: : : : : : : : :; ; ; ; ; ; ;4一传感器4?。%。=气之么棋挥%3043
3、0.+03,04.0时间,协图.冲击试验特性采集的相位差严格等于零。就其十二位分辨率来讲,市场已有40. 3782采集速率的产品销售,更高速率则还未见到。而在上述速率下,就其两通道数据采集的同时性,国内外还没有发现完全合适的产品。有代表性的珠海泰德公司,四川实时信号研究所均有相同硬件结构的十二位、40.3782多道数据采集仪生产。这种采集仪虽然是并行采集,但两同道数据还约有一个采样周期的相位差。这种相位差会 引起“数据错配”现象出现,即把采集仪用 于冲击试验数据采集时,会出现这一时刻的载荷数据和 另一时刻的变形数据相对应。如某高强度钢淬火后在作冲击试验时,载荷上升速率每秒可达吨,若用上述40.
4、 3782、双通道数据采集仪采集时,考虑极端情况,设相位差为%0?微秒,并设一号通道相位超前于 二号通道,当一号通道采集变形数据时,对应时刻的载荷等于零,而 二号通道采集载荷时已有%0?微秒的延迟,此时的载荷数据已为.0吨。可见载荷等于零的数据本应和采集的变形数据相对应,而实际上却是.0吨 力数据和前述变形数据对应,其误差之大是不言而喻的。因此,心须研制冲击试验机专用 的数据采集仪。在多通道数据同时采集场合,为了使#资源能得到充分发挥,避免微处理器在同一时刻只能干同一件事的缺点,及保证各通道采集的严格同时性,我们设计出了 无# 的数据采? 年第期物 理 测 试集系统,整个采集仪全部由硬件线路制
5、成,采集过程无需软件参与,其结构原理见图)所示。图)中各通道均由输入接口、? 8(芯片!内带采样保持%、存储器单元、缓冲器单元及相关总线组成。?8 输出的数据总线直接和存储器单元的数据总线相连,用于把各输入端送来的模拟信号转成数字信号并存于各自存储器。存储器单元 主要由存储器 和地址 切换器组成,而地址切换器的二输入!? 8 8 ;,?88 %分别和本机地址总线!0 %及外部计算机地址 总线! %相连,其输出与存储器地址总线相连。这样当数据采集时,使用本机地址总线数据读 出到计算机时,使用外部计算机地址总线。存储器的数据总线还和缓冲器单元输入端相连。缓冲器单元由三组三态缓冲器组成,其输出和其它
6、通道的对应器单元输出相接,组成三组数据总线,分别为总线!一 ? %、计数器单元、地址发生器单元等。时钟脉冲的上升沿使各通道的? 8 (芯片同时进行? 8转换其下降沿把数据写入对应存储器,此时存储单元始终处于 写入状态。计数器单元由一组二进制计数器狙成,其计数范围等于各通道存储器的存储量。当计数满时,送出一脉冲信号到基准时钟单元的(端,以终止时钟脉冲的输出,使采样过程结束。地址发生器用 于产生二进制地址,同时送往各通道存储器单元的?88 ;端,时钟脉冲的上升沿使地址值增0。图)中的面板控制单元主要有下列功能?控制各单元通道存储器单元的地址切换器,使存储器使用本机地址总线还是外部地址总线?控制各通
7、道的缓冲器单元,使哪个通道数据信号送往哪组数据总线,如图中的们控制线,5送触发信号到计数器单元的端,使计数器清零,进而使基准时钟输出,使能开始一个采集过程。图中#单元主要 由两块芯片组成,其数据输入端分别和1总线和总线相连,其模拟输出端可送往外部的1一记录仪或示波器,用于完成任两通道当采集仪通道数大于.时信号的同时数模转换。图中存储器单元 中的存储器当进行数据采集或转换输时使用本机地址总线,而仅当外部计算机读取数据时,才使用计算物理测试? 年第期机地址总线,计算机的数据线和采集仪的地址线相连。综上所述,该采集仪的最大特点是整个仪器用无( 1、多总线结构,避免了微处理器在同一时刻只能做一件事情及
8、有较长存取周期之缺点,实现 一个时钟脉 冲就可使各通道数据同时采集并存写各自存储器一次。由于各?8(启动端相并联,接受同一模数转换控制信号,因而所采集的各通数据间绝无相位差。另外,通道 自成体系,通道数的增加不使每通道的采集速率降低,也不会使存储量降低,各通道的最高采集速率同时可达;同时还能把任意两通道同时进行8 ?转换而送往外部的示波器或一记录仪,还能与外部计算机通讯。软件设计软件设计在冲击试验机设计制造中也是至关重要的。先进的软件不仅表现在数据处理方法的可靠性,还表现在操作界面的直观性及用户使用的方便性。超越国外同类产品始终是我们致力的目标。根据冲击试验的特点及用户的实际要求,软件设计遵循
9、了如下思想这套冲击试验装置采用了多重最小二乘法等数据处理方法!另 文论述%,除可获得冲击功?、弹性功?。、塑性功?。、裂纹扩功 人以及弹性载荷。、屈服载荷,、最大载荷。、断裂点,等,通过进一步数据处理还可获得弹性模量、冲击速率。、动态屈服限丐、动态断裂限叭等力学性能指标,还能获得冲击力对变形!挠度%、冲击力对时间、变形对时间的关系曲线。该装置的信息显示要非常直观。它把计算机的( 屏幕化分成了几个区,分别为?菜单区,用于显示和执行冲击试验机的各种控制功能?注 释区,用于说明菜单中各种功 能 的具体含 义?5 冲击力一变形曲线显示区?冲击力一时间曲线显示区? 变形一时间显示区?数据显示区,用于显示
10、被测材料进行冲击的各种力学性能数据结果。该装置的操作非常简便。实际情况是通过选择不同的菜单,就可实现 不同的功 能,如数据采集、数据处理、结果输出等。一位普通科技人员通过不超过一小时的练习即可掌握。该装置的数据处理为开放式系统,用户可按本机提供的软件进行数据处理或直接调出原始数据按用户 的要求 自行编制数据处理程序。这样作的好处是?用户可再开发该装置使之达到某些特定的目的和用途?冲击试验数据处理的方法也在不断发展中,使用户能及时把最新的数据处理方法用于该试验机。3摆锤的设计摆锤设计由吴忠材料试验机厂完成。针对! #一 %型冲击试验机,考虑的 因素有?高度设计应使锤头有3米;秒的冲击速率?重量设计应使冲击时最大有% % 焦耳的冲击能量?5 冲击实验时刀口打击中心必须为摆锤的中心。其中第三条最为关键,采取的措施为在摆锤的形状设计上使其打击 中心和重心在理论重合,而实 际上还是有少量偏差的?这待摆锤完全加工好后,装上冲击传感器,然后采用称重、在锤杆上打孔等办法,使得打击中心和摆锤的重心完全重合。结柬语! #一%型试验机在数据采集的最高速率、通道 间对应数据相位差严格等于零、先进的操作界面及摆锤的打击中心和重心严格重合等方面,均优于 国 内外同类产品。它的研制成功,填补了国 内空 白,现已投人批量生产0收到稿件日期4洲年+月+日
