CN101329240B - 数字回弹仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供的数字回弹仪，有回弹仪壳体[2、7]，壳体内安装弹击组件，所说弹击组件有弹击拉簧[5]，弹击拉簧前端安装在弹击拉簧座[4]上，弹击拉簧后端连接弹击锤，弹击拉簧经弹击拉簧座安装到回弹仪壳体前端，在弹击拉簧座与回弹仪壳体之间以力传感器[3]连接。本发明完全了抛弃传统回弹仪所必须具备的指针系统，与现有技术相比简化了回弹仪机械结构，省略了所述的回弹仪中机械构造最复杂的指针系统，完全消除了由指针系统引起的测量精度、稳定性、耐久性等问题，回弹仪的测量精度、稳定性、耐久性和使用寿命得到了实质性的提高。有效地简化了回弹仪机械部件的生产工艺与流程，从而降低了回弹仪机械部件的综合生产成本。

Description

数字回弹仪

技术领域

本发明涉及的是一种数字回弹仪，属于物理中用测量撞击物体回弹程度测试固体材料的表面硬度特性技术领域。

背景技术

现有的数字回弹仪有如中国发明专利ZL03103652.X“回弹法混凝土抗压强度检测仪及其制作方法”介绍的：“一种回弹法混凝土抗压强度检测仪，在壳体中安装有一中心穿有导向杆的弹击锤，弹击锤前端与壳体前壁间由一支主弹簧连接，弹击锤外径有后小前大的台阶，在壳体壁内安装有与导向杆平行的游标导杆，游标安装在游标导杆上，游标的指针面限在壳体上的与导向杆平行的长孔中，游标前端固定一向壳体中心且向前倾斜伸出的簧片，簧片顶点向壳体中心深入的距离要超过弹击锤的大直径而未及弹击锤的小直径，另有一件由安装在游标上的对射式光电开关和安装在壳体上的已知各缝间距离的透射缝平面光栅构成的回弹值传感组件，平面光栅在与导向杆平行的平面上并处于光电开关的光信号通道上，而平面光栅上的缝在与导向杆相交的平面上并与光电开关的光路相交。”有如中国实用新型专利ZL00264866.0“数字式混凝土回弹仪”介绍的：“一种数字式混凝土回弹仪，是由回弹体构成，在回弹体的壳体的一侧开有一长槽，此槽处体内的一侧固定有指针轴，轴上设有弹簧片，并套有指针滑块，回弹体的导向法兰一侧也套入此指针轴，并位于指针滑块的上端，指针滑块与电刷相连，在此槽处体外的一侧固定有与电刷接触的电位器，电位器的外侧设有可以自动采集回弹值、数据处理、打印记录的电器部分，并通过电器盒固定在壳体上，与电位器通过导线相连。”有如中国实用新型专利ZL200420004250.4“数字式混凝土回弹仪”介绍的：“一种数字式混凝土回弹仪，包括回弹仪、传感器，还包括数据采集和显示装置，差动变压器式位移传感器一端连接在回弹仪的指针滑块上，另一端通过导线与数据采集和显示装置连接，所述的数据采集和显示装置内安装有峰值检测电路和系统控制电路，在数据采集和显示装置上设有供数值显示的显示屏；所述经差动变压器式位移传感器检测的电压信号送至峰值检测电路中进行放大处理后输出至系统控制电路中进行采集、处理，并输出至显示器中将数据直观地显示出。”等为代表的三类，即是在机械指针回弹仪的基础上，以位移传感器对回弹时指针滑过的距离进行数字化采样而获得回弹测量值，上述三类数字回弹仪的位移传感器采样方式分别是光栅光电开关的计数式、电刷电阻片的阻值转换式和差动变压器的电压转换式回弹采样方式。

机械指针回弹仪是通过获取机械指针的位移值来得到所检测的回弹值的，而机械指针的位移值是通过弹击锤经弹击杆撞击被测物表面后获得的反弹动能推动弹击锤回弹并带动指针所运动的回弹行程。回弹仪的机械指针系统由于存在加工、装配、调整、使用等因素的差异导致对仪器测试值产生系统性误差，同样也使以此为基础的数字式回弹仪的采样精度受到相同的限制，即采用现有技术的数字回弹仪是无法突破机械指针回弹仪由机械指针系统所固有的采样值精度系统误差的限制。所说机械指针回弹仪由机械指针系统所固有的采样值精度系统误差的成因经初步分析有：

拉簧初始长度对回弹值的影响：回弹仪指针所指示的回弹测量值的物理意义是弹击锤回弹时拉伸弹击拉簧(即上述主弹簧)的最大长度与回弹仪弹击前所拉伸弹击拉簧的初始长度之比的百分值。也即，若回弹仪在弹击前弹击拉簧被拉伸的初始长度为L，弹击后弹击锤回弹时弹击拉簧的最大被拉伸长度为r，则回弹测量值R为：

$R=\frac{r}{L}\×100---\left(1\right)$

由于拉簧被拉伸的初始长度L可能因回弹仪的使用或调整因素存在误差，从而导致影响回弹值的实际测量精度。

指针系统的稳定性、耐久性：回弹仪的指针经常处于高速运动中，是回弹仪的易损部件之一。指针摩擦力指标是影响回弹仪测量精度的重要技术参数之一，工作中容易发生改变，使用一定时间后指针摩擦力指标可能超出技术标准规定的范围，需要经常进行测量、调整和维护。

指针系统构造：回弹仪的指针系统是回弹仪机械构造最复杂的部件。回弹仪需要通过指针系统获得测量读数。由于指针仅在弹击锤回弹运动时做单向驱动，回弹仪圆柱状壳体内侧需要有中轴线方向具有一定倾斜角度的一组导轨来控制中心法兰的运动以达到指针正确复位和驱动指针系统和导轨倾斜角需要有较高的机械精度相配合来保证指针被正确驱动，是回弹仪中机械构造最复杂的部件。

发明内容

发明内容  针对上述不足，本发明所要解决的技术问题是使数字回弹仪的采样值精度不受指针系统机械结构的精度耐久性等的影响，从而提供一种突破机械指针回弹仪固有系统采样值精度的数字回弹仪

本发明提供的数字回弹仪，有回弹仪壳体，壳体内安装弹击组件，所说弹击组件有弹击拉簧，弹击拉簧前端安装在弹击拉簧座上，弹击拉簧后端连接弹击锤，弹击拉簧经弹击拉簧座安装到回弹仪壳体前端，在弹击拉簧座与回弹仪壳体之间以力传感器连接。

本发明提供的数字回弹仪，还有计算机，计算机有输入端与力传感器信号输出端连接并对所得力信号经模/数转换成数字化力值的输入装置，有将力值根据预设规则进行运算获得所对应回弹值及其他所需结果值的处理装置，有存储力值所对应的回弹值其他结果值运算规则和运算所需要参数的存储装置，有将计算结果显示或以数字或模拟信号输出的输出装置。

所说的计算机输出装置可以单独具有显示功能或其他输出接口输出获得的检测结果的功能或同时具有两种功能且该计算机可以安装在数字回弹仪上与回弹仪其他部件合为一体的，也可以是独立于数字回弹仪的装置所说的计算机系统的对力传感器输出信号进行模/数转换的精度与反应时间及计算机的存储处理性能应能满足回弹仪的使用与检测精度的要求。

所说的力传感器可采用压力传感器也可采用拉力传感器采用压力传感器时，在压力传感器受压方向上，弹击拉簧座穿过压力传感器受力中心轴线位置，压力传感器的前端面与弹击拉簧座的指向后方的端面相抵，压力传感器的后端面与回弹仪壳体一个指向前方的端面相抵弹击拉簧向后拉动时，压力传感器的前端面受到由弹击拉簧座所传递的弹击拉簧的拉力而其后端面受到回弹仪的反作用力，使压力传感器检测到受压力并输出力信号。

采用拉力传感器时，在拉力传感器受力方向上，弹击杆穿过拉力传感器受力中心轴线位置并与拉力传感器之间有间隙，拉力传感器的后端面与弹击拉簧座的指向前方的端面固定安装，拉力传感器的前端面与回弹仪壳体上的

本发明提供的数字回弹仪，所说力传感器优先选用环形结构的力传感器。

上述数字回弹仪的测量原理：

当回弹仪弹击拉簧拉伸时，通过力传感器检测到拉簧两端之间所受到的拉力f。根据胡克定律(Hooke′s Law)，弹簧所受到的力与其拉伸或压缩的长度x成正比，即：

f＝-kx(2)

其中k为弹簧的刚度，负号表示弹簧受力方向与变形的方向相反。

回弹仪弹击拉簧的刚度k是确定的并可测量的。回弹仪产品国家标准《回弹仪》(GB9138-88)明确规定了回弹仪弹击拉簧的刚度，国家计量检定规程《混凝土回弹仪》(JJG817-93)规定了混凝土回弹仪弹击拉簧刚度的测量方法。因此，当拉簧所受到的拉力f已知时，其所拉伸的长度可通过下式计算得到：

$x=-\frac{1}{k}f---\left(3\right)$

若回弹仪在弹击前弹击拉簧被拉伸初始长度为L时力传感器检测到拉簧所受到的拉力为F，回弹仪弹击后弹击拉簧被拉伸的最大长度为r时测得拉簧所受到的拉力为f，则：

根据式(1)、式(3)可得所测量到的回弹值R为：

$R=\frac{r}{L}\×100=\frac{f}{F}\×100---\left(4\right)$

根据式(3)同时可得到回弹仪在弹击前弹击拉簧被拉伸初始长度L：

$L=\frac{1}{k}F---\left(5\right)$

本发明的有益效果：

本发明提供的数字回弹仪，改弹击拉簧座直接安装于回弹仪壳体为由一力传感器连接两者之间的安装关系，使弹击拉簧的拉伸变化经由力传感器直接获得力信号送到计算机进行数字化采样与处理。这一技术特征避免了传统的数字式回弹仪以回弹仪指针系统为基础的通过位移传感器获得回弹值的采样方式，因此完全摆脱了所述的回弹值的数字化采样精度受回弹仪指针机械系统所导致的误差的限制，从而提高了测量精度。

式(4)表明，本发明测量方式同时测得了弹击前弹击拉簧被拉伸初始长度下拉簧所受到的拉力F和弹击后弹击拉簧被拉伸的最大长度时拉簧所受到的拉力f，因此其所测得的回弹值与弹击前弹击拉簧被拉伸的初始长度L的绝对值无关，从而避免了所述的现有回弹仪所测得的回弹值可能因拉簧初始长度的误差而受到的影响，提高了回弹值的测量精度。

本发明完全了抛弃传统回弹仪所必须具备的指针系统，简化了回弹仪机械结构，省略了所述的回弹仪中机械构造最复杂的指针系统，完全消除了由指针系统引起的测量精度、稳定性、耐久性等问题，回弹仪的测量精度、稳定性、耐久性和使用寿命得到了实质性的提高。

本发明完全了抛弃传统回弹仪所必备的指针系统，回弹仪壳体内侧的法兰道轨可直接与壳体中轴线平行而不必为驱动指针所需而与之成一个倾角。这样大大简化了回弹仪壳体的加工工艺与生产流程，可提高法兰组件的定位精度，减小中心导杆与中轴线的偏离程度，从而提高回弹仪的检测稳定性。回弹仪在工作时产生的大量粉末灰尘通过回弹仪前端活动的弹击杆与壳体的缝隙进入机芯是导致回弹仪机芯运动部件的摩擦力变大并使工作状态变差，也是影响机械器件使用寿命的主要因素，由于避免了传统回弹仪中心导杆在弹击锤复位过程中与回弹仪中轴线所存在的夹角因素，可以把回弹仪前端防尘设计做得更简单效果更好，可以大大延长回弹仪的维护周期、延长回弹仪机芯运动部件的使用寿命。

本发明完全了抛弃传统回弹仪所必备的指针系统，有效地简化了回弹仪机械部件的生产工艺与流程，从而降低了回弹仪机械部件的综合生产成本。

附图说明

图1为本发明一实施例的轴向剖视图，图中：1-弹击杆，2-回弹仪壳体前端盖，3-压力传感器，4-弹击拉簧座，5-弹击拉簧，6-中心导杆，7-回弹仪壳体主体，8-弹击锤，9-法兰，10-挂钩，11-脱钩定位螺钉，12-回弹仪壳体后端盖；

图1a为图1中A——A剖面图，图中：6-中心导杆，7-回弹仪壳体主体，13-法兰导轨；

图2为图1中上端放大图，图中：1-弹击杆，2-回弹仪壳体前端盖，3-压力传感器，4-弹击拉簧座，5-弹击拉簧，7-回弹仪壳体主体；

图3为本发明另一实施例的局部图(剖视)，图中：1-弹击杆，2-回弹仪壳体前端盖，31-拉力传感器，4-弹击拉簧座，5-弹击拉簧，7-回弹仪壳体主体。

具体实施方式

1、本例数字回弹仪由回弹仪和计算机两部分构成，所说回弹仪结构如图1、2所示。有以前端盖2、主体7和后端盖12组成的回弹仪壳体。壳体内的轴线上安装有中心导杆6，中心导杆后端与法兰9固定连接，法兰以其上缺口卡在壳体主体上的与轴线平行的法兰导轨13上。中心导杆前端经缓冲弹簧同轴插在弹击杆1后端孔内，弹击杆前端穿出前端盖。中心导杆上套有弹击锤8，弹击锤前端经一弹击拉簧与套在弹击杆上的弹击拉簧座4连接。有环形压力传感器3内孔扣在弹击拉簧座外壁的环形槽内，环形槽的前侧壁与环形压力传感器前端面紧密相接。环形压力传感器外圈被壳体前端盖和壳体主体之间预留的环形槽内，环形压力传感器有一向后的端面被压在壳体主体前端面上。回弹仪弹击前，铰接于法兰的挂钩10钩住弹击锤拉伸弹击拉簧，直到拉伸到脱钩位置(回弹仪后盖的脱钩定位螺钉11顶开挂钩)释放弹击锤撞击弹击杆后端，再由弹击杆撞击被检测物表面。在将弹击锤向后拉伸到脱钩位置的过程中，拉簧所受的变化的拉力将拉簧座向后拉使其经环形槽向压力传感器前端面施加一个向后的推力，而壳体主体前端对压力传感器后端面的反作用力导致压力传感器检测到压力而输出一个连续的变化的受力信号。该由压力传感器检测到拉簧所受到的拉力信号，通过信号线连接到计算机的输入端，经计算机采样并将记录到最大拉力值F，该最大拉力即对应于弹击锤脱钩瞬间弹击拉簧的拉伸长度L。发生撞击后，被检测物的反弹能量也通过弹击杆传递给弹击锤使弹击锤向后弹回并拉伸弹击拉簧。同样，计算机也将记录到回弹时的最大拉力值f，该最大拉力对应弹击锤回弹到最大行程时弹击拉簧的拉伸长度r。最后计算机根据前述计算公式(4)计算得到本次弹击的回弹值，进行记录、显示、输出或做进一步数据处理。

2、如图3所示，本例与上例同，仅所用力传感器为环形拉力传感器31。拉力传感器的后端面与安装弹击拉簧5的弹击拉簧座4上一个环形槽的后侧面用螺丝紧固。拉力传感器的前端被卡在回弹仪壳体前端盖2与回弹仪壳体主体7连接处所预留的环形槽内。弹击杆1弹击前后弹击拉簧所受到的拉力经拉力传感器后端所受的拉力和前端所受的回弹仪壳体的支撑力作用于拉力传感器而使传感器受到拉力并输出拉力信号，并经信号线输出到计算机。计算机记录下弹击前后的最大力拉力信号后根据公式(4)计算得到本次弹击的回弹值，进行记录、显示、输出或做进一步数据处理。

3、本例将如上两例中的计算机部分安装在壳体上，计算机上还设置了用于数据传输的串行接口和USB接口。

Claims (6)

1.一种数字回弹仪，有回弹仪壳体，壳体内安装弹击组件，所说弹击组件有弹击拉簧，弹击拉簧前端安装在弹击拉簧座上，弹击拉簧后端连接弹击锤，弹击拉簧经弹击拉簧座安装到回弹仪壳体前端，其特征是在弹击拉簧座与回弹仪壳体之间以力传感器连接；还有计算机，计算机有输入端与力传感器信号输出端连接并对所得力信号经模/数转换成数字化力值的输入装置；有将力值根据计算公式

$R=\frac{f}{F}\×100$

进行运算获得所对应回弹值的处理装置，式中R为回弹值，f为回弹后最大拉力，F为回弹前最大拉力；有存储力值、所对应的回弹值、运算规则和运算所需要参数的存储装置；有将计算结果显示或以数字或模拟信号输出的输出装置。

2.如权利要求1所述的数字回弹仪，其特征在于所说的计算机是与数字回弹仪一体设计的，且在数字回弹仪上有显示装置和/或通信接口。

3.如权利要求1所述的数字回弹仪，其特征在于所说的计算机是与数字回弹仪分体设计的，数字回弹仪上有通信接口与计算机连接。

4.如权利要求1所述的数字回弹仪，其特征在于所说力传感器是压力传感器，在压力传感器受压方向上，弹击拉簧座穿过压力传感器受力中心轴线位置，压力传感器的前端面与弹击拉簧座的指向后方的端面相抵，压力传感器的后端面与回弹仪壳体一个指向前方的端面相抵。

5.如权利要求1所述的数字回弹仪，其特征在于所说力传感器是拉力传感器，在拉力传感器受力方向上，弹击杆穿过拉力传感器受力中心轴线位置并与拉力传感器之间有间隙，拉力传感器的后端面与弹击拉簧座的指向前方的端面固定安装，拉力传感器的前端面与回弹仪壳体上的一个指向后方的端面固定安装。

6.如权利要求1或4或5所述的数字回弹仪，其特征在于所说力传感器是环形结构的力传感器。

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