在各类材料的产品质量检验,生产过程质量控制,材料科学研究和教学试验中都必须应用试验机来进行力学性能测试。随着计算机技术的飞速发展,力学性能的自动测试已成为体现测试技术现代化的重要标志。目前,我国约有数万台国产及进口的各类试验机,其中大部分试验机因不具备电测能力而处于瘫痪状态,因此对试验机的改造势在必行。鉴于此情况,我们对电液式万能试验机的计算机测试系统进行了改进,实现对试验数据的自动采集,处理及对试验机的自动控制功能等。

   

 

    1、工作原理概述

 

    由图1 可见,万能试验机的电液控制系统输入信号”。,此信号是根据试验要求在时间坐标上输出某种波形的电压量,经控制放大器将电压量放大并转换成电流△Jr 后输入电液控制阀,使电液控制阀输出相应的流量AQ 或压力△p,控制液压缸使活塞带动试件按输入的信号运动,负载运动时它的被控量,如位移,力,变形,加速度等,由检测元件检测并转换成电量u2,这一电量由计算机测控系统处理,一方面用来显示,保存和数据处理,另一方面与原信号u。进行比较,直到被控制量u2 与输入量u,相等为止,从而实现整个过程的闭环控制。

 

 

    图1 万能试验机工作原理图  

 

    2 测控系统  

 

    电液式万能试验机计算机测控系统主要实现以下功能:对检测元件的信号进行采集放大及A/D 转换;转换后的数字信号输入计算机,进行显示分析保存,测试系统的控制算法对试验机的控制给出控制信号;控制信号进行D/A 转换,输出给控制放大器,使整个系统完成闭环控制。

 

    (1)硬件部分

 

    本系统硬件主要由计算机,打印机,A/D 转换器,D/A 转换器,检测元件及外围电路组成(如图2 所示)。由于电液式试验机本身具备完整的电测能力并配置具有一定功能的数据自动处理装置,因此在硬件上无需较大改进,我们只在传感器上做了些改进,采用光栅式的引伸计和位移传感器,输出的数字信号通过串行通讯接口直接输入计算机,这样既提高了精度也提高了准确度。

 

 

    图2 硬件系统组成原理图

 

    (2)软件部分  

 

    软件部分是对电液式万能试验机测控系统改进的  重点,我们根据GB228—87《金属材料拉伸试验法》,  GB232—87《金属弯曲试验方法》,GB7314—87《金属  压缩试验方法》等相关标准,采用了模块化设计方法,  运用面向对象程序设计语言VisualC++6。0 对测控软件进行重新编写,其结构和功能模块如图3 所示。  

 

    ①参数设定模块。A。传感器参数的设定:由于  各传感器出厂时设计参数不一,若直接用于测试则采集的数据无信任度,另外根据国家有关规定,传感器需定期检测标定,因此我们将档位选择,标定值设定及标定算法集成类CSign,与其他模块相衔接构成相应的标定界面,共同完成标定功能。操作时只需在标定界面中输入有关数据,点击参数即可完成;B。试验类型的设定:万能试验机可实现拉伸,弯曲,压缩三种试验方式,试验前软件会给出对话框提示选择试验类型;C。试验参数的设定:不同的试验有不同的试验参数,如采集速率,应变片灵敏系数等需在试验前设定。我们给出一定的参考值供用户选择,同时用户也可以对这些参数自行设定。  

 

 

    图3 软件功能模块图  

 

    ②数据采集模块。数据采集模块负责与硬件部分通信,实现信号输入/输出操作。根据硬件系统的特点,本模块采用串行通信方式在后台进行I/O 操作,我们运用动态链接库技术创建了DLL 文件CommDLL,最后利用Vc++AppWizard 将CommDLL 添加到由其他模块组成的主工程中,在主工程中实现对CommDLL。dll 的调用,以完成数据采集功能。其工作原理如下: 当它收到主程序开始采样的请求后,便创建两个线程: 采集线程和消息线程。采集线程负责将采集数据写到主程序提交的内存;而消息线程由多媒体定时器控制即每隔一段时间多媒体定时器就调用一次此线程,此线程负责给主程序发送数据处理消息。当主程序接收到此消息后,便从它提交内存中读取数据并进行数据处理。此处需要注意的是采样线程和消息线程在读写应用程序提交的内存时要保持同步(如当采集线程正在向内存进行操作时消息线程就不能对此段内存进行读操作,否则就可能导致读写错误)。保持线程同步的方法很多,如互斥量(Mutex),信号量(Semaphore)和事件(Event)。我们使用了事件方式。DLL 可以实现应用程序共享代码和资源,从而极大地提高了应用程序的编写效率和执行效率,也有利于我们对此软件的  升级维护。

 

    ③数据处理模块。数据处理主要包括两部分:第 一,对数据采集的数据实时显示,如示值,力值——时间曲线,力值——位移曲线等,此外还需对试验结果进行分析,自动计算应力,伸长率,确定屈服点等;第二,试验机具有等速率负荷控制,等速率变形控制和位移控制三种控制方式。本软件可完成在试验过程中控制方式的自动切换,保证试验曲线和数据的完整性,在这点上主要考虑用数字比较器,即将力控制,位移控制,变形控制三种方式PID 过程调节的三组数学模型。数字比较器将从采集的位移速率(变形速率,力加载速率)与设定的相应速率进行比较,其差量根据与硬件预先制定的协议串行输出,通过D/A 转换等按一定宽度的脉冲给功率放大器,控制液压比例阀动作,从而高精度推动活塞按设定条件工作。

 

    ④结果输出模块。结果输出模块主要实现打印,数据库存储功能,其中数据库部分除了基本的查询,删除,修改等基本操作外,还配置了历史曲线分析功能,用户可以过去的试验记录进行重新自动或手动分析,此外考虑到与企业Intranet 联接,我们还在设置了 网络接口,便于企业网的全局管理。

 

    ⑤各模块聚合。将各模块集成主程序,则本软件完成。经过调试运行后,本测控系统已得到良好运用,试验进行中的部分界面显示见图4。

 

    3、结论

 

    我们改进了计算机测控系统后,试验机的试验速度,试验精度和先进程度都得到了提高,并且实现了试验过程的全自动化。操作简便,人机界面友好,能回放曲线和试验结果,整个改造的各项性能指标达到了较先进的水平且实用性强,同时该系统与带微机自动采集系统的新试验机从性价比上讲,前者远远高于后者,老机新用,可节约大量资金,在生产,科研,教学上有着良好的应用前景。