CN102192800B

CN102192800B - 液压测试系统

Info

Publication number: CN102192800B
Application number: CN201010120717.1A
Authority: CN
Inventors: 施重频; 孙健; 李勇; 孙冰; 王盛强; 徐益民
Original assignee: Shanghai Microport Medical Group Co Ltd
Current assignee: Shanghai Shenyi Medical Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2010-03-09
Filing date: 2010-03-09
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2030-03-09
Also published as: CN102192800A

Abstract

本发明实施例公开了一种液压测试系统包括：控制单元、液压测试单元、直径测量单元；控制单元、液压测试单元和直径测量单元相互协作自动实现对目标球囊的耐压性测试、疲劳性测试、顺应性测试和/或压力自校准；控制单元用于对各个测试过程的参数进行设置；液压测试单元用于具体实现各个测试过程；直径测量单元用于测量目标球囊的直径。本发明实施例公开的液压测试系统，可自动完成对目标球囊的疲劳测试，耐压测试，顺应性测试和/或压力的自校准。控制单元存储的测试程序数量不受限制，程序参数的设置也可以在控制单元进行，比较直观，效率高。控制单元软件可以控制液压测试单元运行，不需要每次运行时反复操作液压测试单元。

Description

液压测试系统

技术领域

本发明涉及一种医疗测试系统，更具体地说，涉及一种液压测试系统。

背景技术

目前冠心病介入治疗中，无论是经皮冠状动脉腔内成形术还是冠状动脉内支架术，都需要目标球囊导管来完成。目标球囊导管顾名思义，这种导管的尾端带有一个目标球囊，成品导管一般目标球囊都处于折叠状态。根据ISO25539-2的规定，目标球囊导管必须满足耐压性能，疲劳性能和顺应性能。如果手动实现耐压性能，疲劳性能的测试则需要一个带压力表的充盈器和秒表，顺应性再需要一个千分表。手动测试不容易控制，效率也不高，人员之间的差异也比较大，所以一般不采用手动测试而采用自动化的测试。

所谓耐压性能是指在规定的时间向目标球囊内注射37℃的水，使目标球囊内压力达到规定的增量，并保持一段时间，然后再重复之前的步骤，直到目标球囊爆破或发生泄露为止，记录下爆破或泄露前目标球囊所能承受的最大压力。所谓疲劳性能是指在规定的时间内向目标球囊内注射37℃的水，使目标球囊内压力达到规定的值，然后保持一段时间，接着在另一规定的时间内排除目标球囊内的水，使目标球囊内的压力下降到另一个规定的值，最后重复这一系列过程，当这一系列过程达到规定的重复次数后停止测试，若整个过程都没有发生爆破或泄露说明此目标球囊的疲劳性能合格，反之不合格。而顺应性指的是目标球囊的直径随着压力变化的关系，要得出这个关系就需要对目标球囊进行耐压测试的同时记录下各个保压时间段内目标球囊的直径。

目前现有的自动化实现耐压测试、疲劳测试和顺应性测试的产品是美国INTERFACE公司生产的PT1000，在实际应用中，产品的夹具不能夹住目标球囊，测试时一定会产生泄露。

控制核心采用51系列单片机，由于没有外加扩展存储器，因此存储容量有限，目前只能存储20个测试程序。而且设置程序参数时都是在下位机进行，效率不高。上位机软件只负责接收数据，无法发送指令使下位机动作。压力校准时，必须把机箱拆开来，调节电位器旋钮，不方便，且压力校准时只取两个点（零压和满量程），由于压力传感器也有线性误差，所以取两点校准的方法使整个系统的误差增大。

通过以上描述，可以得出，现有的自动控制检测系统，架构复杂，密封性能差；采用单片机控制，存储容量有限；测试程序的参数均保存在下位机，目前只能保存20个测试程序；校准过程过于简单，误差较大。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种液压测试系统，该液压测试系统的液压测试单元采用PLC作为控制器，工作稳定，维护方便，控制单元是普通个人电脑，存储容量大，可以弥补液压测试单元数据处理能力弱的特点；测试程序的参数存储在控制单元中，扩大了可存储测试程序的数量；采用最小二乘法拟合的方式进行压力自校准，减少了线性误差。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种液压测试系统，包括：控制单元、液压测试单元和直径测量单元；

所述控制单元、液压测试单元和直径测量单元相互协作自动实现对目标球囊的耐压性测试、疲劳性测试、顺应性测试和/或压力自校准测试；

其中：所述控制单元用于对所述耐压性测试、疲劳性测试、顺应性测试及和/或压力自校准测试的测试过程中所需要的数据进行处理并发送测试命令至液压测试单元；

所述液压测试单元用于具体实现对目标球囊的耐压性测试、疲劳性测试、顺应性测试和/或压力自校准测试的测试过程；

所述直径测量单元用于在所述液压测试单元对所述目标球囊进行测试时测量所述目标球囊的直径；

其中，所述液压测试单元包括电气元件单元和液压元件单元；

其中：所述电气元件单元用于接收所述控制单元发送的指令，并控制液压元件单元执行相应的测试操作；

所述液压元件单元用于执行所述耐压性测试、疲劳性测试和顺应性测试和/或压力自校准测试的测试过程；

所述液压元件单元包括：气压回路，液压回路和气液增压缸；所述气液增压缸用于连接气压回路和液压回路；

所述气压回路包括：设置有第一线圈（SV1）和第二线圈（SV2）的三位五通气动电磁阀，第五气动电磁阀（SV5）、第六气动电磁阀（SV6）、第七气动电磁阀（SV7）和第八气动电磁阀（SV8）；

所述液压回路包括：四通、压力变送器、第三液压电磁阀（SV3）、第四液压电磁阀（SV4）；

其中：所述气液增压缸的IN口分别与所述三位五通气动电磁阀的A口、第六气动电磁阀（SV6）的A口相通，OUT口分别与三位五通气动电磁阀的B口、第五气动电磁阀（SV5）的A口相通，液压口与所述四通的第一液压口相通；

所述第五气动电磁阀（SV5）的P口与所述第六气动电磁阀（SV6）的P口相通，R口与所述第七气动电磁阀（SV7）的P口相通；

所述第六气动电磁阀（SV6）的R口与所述第八气动电磁阀（SV8）的P口相通；

所述四通的第二液压口与所述第四液压电磁阀（SV4）的进液口相通，第三液压口与所述第三液压电磁阀（SV3）的进液口相通，第四液压口与所述压力变送器相通；

所述第三液压电磁阀（SV3）的出液口与所述目标球囊相通；

所述三位五通气动电磁阀的EA口、EB口、第七气动电磁阀（SV7）的A口、第八气动电磁阀（SV8）的A口和第四液压电磁阀（SV4）的出液口均与外界相通。

上述的系统，优选的，所述控制单元包括参数设置单元、指令发送单元和数据处理单元；

其中：所述参数设置单元用于对测试过程中的测试参数进行设置；

所述指令发送单元用于在所述参数设置单元对所述测试参数设置完成后发送指示指令给所述液压测试单元，指示所述液压测试单元对所述目标球囊进行测试；

所述数据处理单元用于对所述液压测试单元对所述目标球囊测试过程中的数据及所述直径测量单元测量的所述目标球囊的直径数据进行处理。

上述的系统，优选的，所述数据处理单元包括数据采集单元和数据分析模块；

其中：所述数据采集单元用于对测试过程中所述液压测试单元对目标球囊的测试数据及所述直径测量单元测量的所述目标球囊的直径数据进行收集；

所述数据分析模块用于对所述数据采集单元收集的数据进行数据分析。

上述的系统，优选的，所述控制单元还包括报警单元和压力自校准单元；

其中：所述报警单元用于对所述液压测试单元对所述目标球囊的测试过程进行监测；

所述压力自校准单元用于接收指令发送单元发送的指令后对测试过程中所需要的压力值进行校准。

上述的系统，优选的，所述电气元件单元包括电源、电源转换装置、集成单元、A/D模块和数据转换器；

其中：所述电源与所述集成单元连接；

所述A/D模块与所述集成单元的对应插口连接；

所述集成单元的24V引脚与所述液压回路的压力变送器的第一引脚连接，RS-422接口与所述控制单元的RS-232连接，Y7引脚与所述数据转换器的使能引脚连接，COM4引脚与所述数据转换器的地线引脚连接；

所述A/D模块的V1+和I1+引脚与所述液压回路的压力变送器的第二引脚连接，VI-与所述集成单元的COM引脚连接；

所述数据转换器的USB口与所述控制单元连接，905338接口与所述直径测量单元连接；

所述电源转换装置的12V引脚与液压回路中的所述各电磁阀的正极连接；

所述集成单元的Y0、Y1引脚分别与所述三位五通气动电磁阀的第一线圈（SV1）、第二线圈（SV2）的负极连接；

Y3引脚与所述第三液压电磁阀（SV3）的负极连接；

Y4引脚与所述第四液压电磁阀（SV4）的负极连接；

Y5引脚分别与所述第五气动电磁阀（SV5）和所述第八气动电磁阀（SV8）的负极连接；

Y6引脚分别与所述第六气动电磁阀（SV6）和第七气动电磁阀（SV7）的负极连接；

在所述电源接通后所述集成单元控制各个电磁阀的接通与断开，实现对目标球囊的耐压性测试、疲劳性测试、顺应性测试和/或压力自校准测试。

上述的系统，优选的，在实现对目标球囊的耐压性测试、疲劳性测试、顺应性测试和/或压力自校准测试的过程前，需要预先实现对压力的上升、下降和对液压回路进行补水、排水；

所述压力上升具体实现为：所述指令发送单元发送指令到所述电气元件单元，所述电气元件单元中的集成单元的Y3与Y6引脚通电，控制所述液压元件单元的第三液压电磁阀（SV3）、第六气动电磁阀（SV6）和第七气动电磁阀（SV7）通电；

压缩空气通过第六气动电磁阀（SV6）由气液增压缸的IN口进入，气液增压缸的OUT口的压缩空气经过第五气动电磁阀（SV5）和第七气动电磁阀（SV7）排到外界空气，气液增压缸活塞向右移动，液压回路体积减少，压力上升；

所述指令发送单元发送指令到所述电气元件单元，所述电气元件单元中的集成单元的Y4与Y5引脚断电，控制所述液压元件单元的三位五通气动电磁阀、第四液压电磁阀（SV4）、第五气动电磁阀（SV5）和第八气动电磁阀（SV8）均处于断电状态；

所述压力下降具体实现为：所述指令发送单元发送指令到所述电气元件单元，所述电气元件单元中的集成单元的Y3与Y5引脚通电，控制所述液压元件单元的第五气动电磁阀（SV5）、第八气动电磁阀（SV8）和第三液压电磁阀（SV3）通电；

压缩空气经过第五气动电磁阀（SV5）由气液增压缸的OUT口进入，气液增压缸的IN口的压缩空气经过第六气动电磁阀（SV6）和第八气动电磁阀（SV8）排到外界空气，气液增压缸活塞向左移动，液压回路体积增大，压力下降；

所述补水的具体实现为：所述指令发送单元发送指令到所述电气元件单元，所述电气元件单元中的集成单元的Y0与Y4引脚通电，控制所述液压元件单元的三位五通气动电磁阀的第一线圈（SV1）和第四液压电磁阀（SV4）通电；

压缩空气经过三位五通气动电磁阀的P口和B口，从气液增压缸的OUT口进入，IN口排出，经过三位五通气动电磁阀的A口和EA口至外界，气液增压缸的活塞向左移动，气缸中的压缩空气再经过三位五通气动电磁阀排出到外界空气，液压回路压力减小，所述液压回路是与外界水浴连通的，而水浴的压力为一个大气压，当液压回路压力小于一个大气压时，为了使压力平衡，纯化水从第四液压电磁阀（SV4）进入到液压回路，实现补水；

整个测试过程中，除了为液压回路补水时，其余时间电气元件单元中的集成单元的Y3引脚通电，第三液压电磁阀（SV3）一直保持通路，这样压力变送器才能检测目标球囊内的压力；

所述排水的具体实现为：所述指令发送单元发送指令到所述电气元件单元，所述电气元件单元中的集成单元的Y1与Y3引脚通电，控制所述液压元件单元的三位五通气动电磁阀的第二线圈（SV2）和第三液压电磁阀（SV3）通电，压缩空气经过三位五通气动电磁阀的P口和A口，从气液增压缸的IN口进入，OUT口排出，再经过三位五通气动电磁阀的B口和EB口至外界，气液增压缸的活塞向右移动，液压回路压力上升，如果第三液压气动阀（SV3）的出口没接目标球囊，液压回路内的水从此处喷出。

上述的系统，优选的，所述耐压测试过程具体实现为：

所述控制单元将耐压测试过程中的初始压力、充压时间、保压时间、最大压力和压力增量的指令数据发送到所述液压测试单元；

所述液压测试单元在设定的时间内向所述目标球囊内注射水；

将测试开始时测得的目标球囊内的压力定为初始压力；

在保压时间内，所述控制单元采集压力值后向目标球囊内注射水，增压，重复此过程，直到目标球囊发生泄露或爆破，获得目标球囊所能承受的最大压力。

上述的系统，优选的，所述疲劳性测试过程具体实现为：

所述控制单元将疲劳测试过程中的初始压力、充压时间、保压时间、降压时间、目标压力和松弛压力的指令数据发送到液压测试单元；

将测试开始时测得目标球囊内压力定为初始压力；在保压时间内，所述控制单元采集压力值，在降压时间内，将压力降到松弛压力，重复此过程，若目标球囊未发生泄露或爆破，则目标球囊的疲劳性能合格，否则，为不合格。

上述的系统，优选的，所述顺应性测试过程具体实现为：所述控制单元将顺应性测试过程中的初始压力、充压时间、保压时间、最大压力和压力增量的指令数据发送到所述液压测试单元；

将测试开始时测得的目标球囊内的压力定为初始压力；

在保压时间内，所述控制单元采集压力值后向目标球囊内注射水，增压，重复此过程，直到目标球囊发生泄露或爆破，获得目标球囊所能承受的最大压力，同时，直径测量单元采集目标球囊的直径。

上述的系统，优选的，所述压力自校准过程具体实现为：所述控制单元将压力自校准过程中的初始压力、充压时间、保压时间、最大压力和压力增量的指令数据发送到所述液压测试单元；

将测试开始时测得的目标球囊内的压力定为初始压力；

在保压时间内，所述控制单元采集压力值后向目标球囊内注射水，增压，重复此过程，直到目标球囊发生泄露或爆破，获得目标球囊所能承受的最大压力；

所述压力自校准单元对采集的压力值进行线性拟合。

上述的系统，优选的，所述线性拟合具体为：

将所述压力自校准单元的全部状态设置为不可操作状态；

测试过程中，每运行一个保压阶段，相应恢复所述压力自校准单元的一个可操作状态；

在恢复操作的状态中输入采集的压力数值与当前的实际压力值；

重复以上过程，直至所述压力自校准单元的所有状态全部恢复；

所述控制单元对所述压力自校准单元的所有状态值进行计算，得出线性关系。

上述的系统，优选的，所述疲劳性测试包含粗调阶段和微调阶段；

所述粗调阶段，使压力在短时间内到达趋近值；

所述微调阶段，增强系统稳定性。

本发明实施例公开的液压测试系统，自动测试目标球囊的耐压性能、疲劳性能及顺应性，三种测试类型的所有参数都可以通过控制单元的界面进行设置，修改，保存；测试结果包括：各个保压时间段目标球囊内压力的最大值，最小值，平均值，目标球囊直径，以及爆破或泄时的最大压力，这些结果都自动保存到控制单元中，作为测试的原始记录，供工程师进行数据分析，控制单元存储数据测试程序数量不受限制，运行直观，效率高，控制单元软件可以控制液压测试单元运行，不需要每次运行时反复操作液压测试单元。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的液压测试系统的系统图；

图2为本发明实施例公开的液压测试系统的一详尽系统图；

图3为本发明实施例公开的液压测试系统的另一详尽系统图；

图4为本发明实施例公开的液压测试系统的又一详尽系统图；

图5为本发明实施例公开的液压测试单元的结构图；

图6为本发明实施例公开的液压测试系统中电气元件单元示意图；

图7为本发明实施例公开的液压测试系统中液压元件单元示意图；

图8为本发明实施例公开的液压测试系统中耐压测试的压力变化图；

图9为本发明实施例公开的液压测试系统中疲劳测试的压力变化图；

图10为本发明实施例公开的液压测试单元程序总流程图；

图11为本发明实施例公开的疲劳测试过程中粗调流程图；

图12为本发明实施例公开的疲劳测试过程中微调流程图；

图13为本发明实施例公开的疲劳测试过程中保压流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开的液压测试系统的系统图如图1所示，包括：控制单元001、液压测试单元002和直径测量单元003；

控制单元001、液压测试单元002和直径测量单元003相互协作自动实现对目标球囊004的耐压性测试、疲劳性测试、顺应性测试和/或压力自校准过程；

控制单元001用于对耐压性测试、疲劳测试、顺应性测试和/或压力自校准测试的测试过程中所需要的数据进行处理并发送测试命令至液压测试单元；

液压测试单元002用于具体实现对目标球囊的耐压性测试、疲劳性测试、顺应性测试和/或压力自校准的测试过程；

直径测量单元用003于在液压测试单元对目标球囊004进行测试时测量目标球囊004的直径。

本发明实施例公开的液压测试系统的一详尽系统图如图2所示，控制单元001包括参数设置单元005、指令发送单元006和数据处理单元007；

参数设置单元005用于对测试过程中的测试参数进行设置；

指令发送单元006用于在参数设置单元005对测试参数设置完成后发送指示指令给液压测试单元002，指示液压测试单元002对目标球囊004进行测试；

数据处理单元007用于对液压测试单元002对所述目标球囊测试过程中的数据及直径测量单元测003量的目标球囊004的直径数据进行处理。

本发明实施例公开的液压测试系统的另一详尽系统图如图3所示，数据处理单元007包括数据采集单元008和数据分析模块009；

数据采集单元008用于对测试过程中液压测试单元002对目标球囊004的测试数据及直径测量单元003测量的目标球囊004的直径数据进行收集；

数据分析模块009用于对数据采集单元008收集的数据进行数据分析。

本实施例公开的液压测试系统的又一详尽系统图如图4所示，控制单元001还包括报警单元010和压力自校准单元011；

报警单元010用于对液压测试单元002对目标球囊004的测试过程进行监测；

压力自校准单元011用于接收指令发送单元006发送的指令后对测试过程中所需要的的压力值进行校准。

本发明实施例公开的液压测试单元的结构图如图5所示，所述液压测试单元包括电气元件单元020和液压元件单元021；

电气元件单元020用于接收所述控制单元发送的指令，并控制液压元件单元021执行相应的测试操作；

液压元件单元021用于执行所述耐压性测试、疲劳性测试和顺应性测试的测试过程。

参数设置单元005所设置的参数包括：测试类型的选择、压力单位、初始压力、充压时间、目标压/最大压力、保压时间、压力增量、降压时间、目标压范围、循环次数、松弛压力。

指令发送单元的作用是将参数转化为下位机PLC所能识别的ASCII码，转化的规则根据三菱PLCFX-1N系列编程口的写通信协议或强制通信协议，然后将这些参数发送到PLC对应的内存地址中，再发送强制运行指令，PLC开始运行。

数据采集单元从PLC开始进行测试时不断读取PLC内存中的AD值和运行状态符，然后将AD值转化为人易识别的十进制数即压力值，而将运行状态符转为提示标语，通过显示模块告知操作者，转化的规则根据三菱PLCFX-1N系列编程口的读通信协议以及AD数值与实际压力之间的线性关系，与此同时监视USB口直径的输入，将直径值在显示模块输出；在数据采集单元启动的同时，数据分析模块也开始工作，计算保压时间段内所采集到的所有压力的最大值，最小值和平均值，如果某一瞬时采集到的数值偏离了正常范围，则启动报警模块。

报警单元的作用是强制PLC中的某一常开触点，触发PLC的Y10线圈输出，启动蜂鸣器报警。

压力自校准单元的作用是在10次不同的压力下，采集PLC中AD值同时在显示模块输入外接压力表的实际压力值，通过最小二乘法进行线性拟合，得出实际压力与AD模块数值的线性关系，并存储于PLC内部；显示模块的作用是提供友好的用户界面，包括参数的设置，测试报告的输出，保存路径的选择等。

液压测试单元的内部元件有：气液转化器，三菱FX1N—24MR，液压变送器，三菱FX1N—2AD—BD,SY3340,SY114—6LOZ*4,KIP D241010—3W,KIPD241010—7W。

本发明实施例公开的液压测试系统中电气元件示意图如图6所示，电气元件单元包括电源401、电源转换装置404、集成单元402、A/D模块403和数据转换器405；

电源401与集成单元402连接；

A/D模块403与集成模块402的对应插口连接；

集成单元402的24V引脚与液压回路的压力变送器的第一引脚连接，RS-422接口与控制单元的RS-232连接，Y7引脚与数据转换器405的使能引脚连接，COM4引脚与数据转化器405的地线引脚连接；

A/D模块403的V1+和I1+引脚与液压回路的压力变送器的第二引脚连接，VI-与集成模块402的COM引脚连接；

数据转换器405的USB口与控制单元连接，905338接口与直径测量单元连接；

电源转换装置404的12V引脚与液压回路中的各电磁阀的正极连接；

集成单元402的Y0引脚通过报警单元406与三位五通气动电磁阀的第一线圈（SV1）和第二线圈（SV2）的负极连接；

Y3引脚与所述第三液压电磁阀（SV3）的负极连接；

Y4引脚与所述第四液压电磁阀（SV4）的负极连接；

在电源401接通后集成单元402控制各个电磁阀的接通与断开，实现对目标球囊的耐压性测试、疲劳性测试、顺应性测试和/或压力自校准测试；

本发明实施例公开的液压测试系统中液压元件单元示意图如图7所示所示；

所述液压元件单元的液压回路包括：气压回路，液压回路和气液增压缸11；所述气液增压缸11用于连接气压回路和液压回路；

所述气压回路包括：设置有第一线圈（SV1）15和第二线圈（SV2）16的三位五通气动电磁阀，第五气动电磁阀（SV5）17、第六气动电磁阀（SV6）19、第七气动电磁阀（SV7）18和第八气动电磁阀（SV8）110；

所述液压回路包括：四通12、压力变送器13、第三液压电磁阀（SV3）112、第四液压电磁阀（SV4）111；

其中：气液增压缸11的IN口分别与三位五通气动电磁阀A口、第六气动电磁阀19（SV6）的A口相通，OUT口分别与三位五通气动电磁阀的B口、第五气动电磁阀17（SV5）的A口相通，液压口119与所述四通12的第一液压口121相通；

第五气动电磁阀17（SV5）的P口与第六气动电磁阀19（SV6）的P口相通，R口与第七气动电磁阀18（SV7）的P口相通；

第六气动电磁阀19（SV6）的R口与第八气动电磁阀110（SV8）的P口相通；

四通12的第二液压口122与第四液压电磁阀111（SV4）的进液口相通，第三液压口123与第三液压电磁阀112（SV3）的进液口相通，第四液压口124与压力变送器13相通；

第三液压电磁阀112（SV3）的出液口与目标球囊14相通；

三位五通气动电磁阀的EA口、EB口、第七气动电磁阀18（SV7）的A口、第八气动电磁阀110（SV8）的A口和第四液压电磁阀111（SV4）的出液口均与外界相通。

上图中，包括液压回路和气压回路两种回路，因此相应的三位五通气动电磁阀，第五气动电磁阀（SV5）17,第六气动电磁阀（SV6）19,第七气动电磁阀（SV7）18，第八气动电磁阀（SV8）110都是气动的，其中第五气动电磁阀（SV5）17和第八气动电磁阀（SV8）110，第六气动电磁阀（SV6）19和第七气动电磁阀（SV7）18成对使用，而第三液压电磁阀（SV3）112和第四液压电磁阀（SV4）111是液压电磁阀。气液增压缸的作用主要是将比较小的压缩空气的压力转换到压力比较大的液压，实现的原理其实很简单，根据力的平衡，活塞在气缸里和液压缸里所受的力相等，又气缸内活塞的面积比液压缸内的大，因此液压缸内的压强比气缸内的大。液压测试系统在实现耐压测试，疲劳测试，顺应性测试和/或压力自校准过程前，需要预先实现压力的上升和下降。

实现压力上升：所述指令发送单元发送指令到电气元件单元，电气元件单元的Y3与Y6引脚通电，控制第六气动电磁阀（SV6）19，第七气动电磁阀（SV7）18，第三液压电磁阀（SV3）112通电，压缩空气经过第六气动电磁阀（SV6）19（SY114的P口进，A口出），由气液增压缸11的IN口进入，OUT口的压缩空气经过第五气动电磁阀（SV5）17（SY114的A口进，R口出）和第七气动电磁阀（SV7）18（SY114的P口进，A口出）排出到外界空气，此时气缸活塞向右移动，液压回路体积减小，压力上升。

指令发送单元发送指令到电气元件单元，电器元件单元的Y4与Y5引脚断电，控制液压元件单元的三位五通气动电磁阀、第四液压电磁阀（SV4）、第五气动电磁阀（SV5）和第八气动电磁阀（SV8）均处于断电状态。

实现压力下降：所述指令发送单元发送指令到所述电气元件单元，所述电气元件单元的Y3与Y5引脚通电，控制第五气动电磁阀（SV5）17，第八气动电磁阀（SV8）110，第三液压电磁阀（SV3）112通电，压缩空气经过第五气动电磁阀（SV5）17（SY114的P口进，A口出），由气液增压缸的11的OUT口进入，IN口的压缩空气经过第六气动电磁阀（SV6）19（SY114的A口进，R口出）和第八气动电磁阀（SV8）110（SY114的P口进，A口出）排出到外界空气，此时气缸活塞向左移动，液压回路体积增大，压力下降。此时的其它电磁阀都处于未通电状态；

另外测试前需要补水和排水。

实现补水：所述指令发送单元发送指令到所述电气元件单元，所述电气元件单元的Y0与Y4引脚通电，控制三位五通气动电磁阀的第一线圈（SV1）15，第四液压电磁阀（SV4）111通电，压缩空气经过第一线圈（SV1）15（从SY3340的P口进，B口出）从气液增压缸11的OUT口进入，IN口排出，活塞向左移动，气液增压缸11中的压缩空气再经过第一线圈（SV1）15（SY3340的A口进，EA口出）排出到外界空气，液压回路压力减小，此时整个液压回路是与外界水浴连通的，而水浴的压力为一个大气压，当液压回路压力小于一个大气压时，为了使压力平衡，纯化水从第四液压电磁阀（SV4）111进入到液压回路，实现补水。整个测试过程中，除了为液压回路补水时，其余时间第三液压电磁阀（SV3）112一直保持通路，这样压力变送器才能检测目标球囊内的压力。

实现排水：所述指令发送单元发送指令到所述电气元件单元，所述电气元件单元的Y1与Y3引脚通电，控制三位五通气动电磁阀的第二线圈（SV2）16，第三液压电磁阀（SV3）112通电，压缩空气经过第二线圈（SV2）16（从SY3340的P口进，A口出）从气液增压缸11的IN口进入，OUT口排出，再经过第二线圈（SV2）16（SY3340的B口时，EB口出），活塞向右移动，液压回路压力上升，如果第三液压电磁阀（SV3）112的出口没接目标球囊，液压回路内的水从此处喷出。

本发明实施例公开的液压测试系统中耐压测试压力变化图如图8所示，首先对测试过程中的一些变量的含义进行简单介绍：

初始压力：测试开始时目标球囊内的压力；

目标压力：疲劳性测试中保压时的设定压力；

松弛压力：保压时间过后，目标球囊下降到某个设定压力。这个压力一直维持到下一个循环开始为止。

压力增量：耐压测试中两个连续循环之间的设定压力差。

最大压力：限制压力，一旦设定，整个测试过程都不会达到这个压力；

充压时间：从每次循环开始计时。这个时间段内将目标球囊内的压力达到每次循环的设定压力所需的时间，其中包含了一断保持的时间。

保压时间：将压力维持在设定压的时间。在这个时间段内，系统不断采集压力值，若是进行顺应性测试，还要输出目标球囊直径，同时检测泄漏或爆破。

降压时间：疲劳性测试中，压力下降到松弛压力所需的时间。

目标压范围：保压时的设定压力的上、下限。

循环次数：疲劳性测试中升压时间、保压时间、降压时间为一个循环，设定程序运行多少个循环。

如图8中所示，F1为初始压力，F2为最大压力，T2～T3为充压时间，T3～T4为保压时间，⊿F为压力增量，控制单元将耐压测试过程中的初始压力F1、充压时间T2～T3、保压时间T3～T4、最大压力F2和压力增量⊿F的指令发送到液压测试单元，液压测试单元中的梯形图控制耐压测试的压力变化具体按图8所示变化；在规定的时间内向目标球囊内注射37℃的水，在测试开始时测得的目标球囊内的压力定为初始压力F1，在一定的保压时间内T3～T4，系统不断采集压力值，然后继续向目标球囊内注射水，增压，重复此过程，直到目标球囊发生泄露或爆破，获得目标球囊所能承受的最大压力。

本发明实施例公开的液压测试系统中疲劳性测试压力变化图如图9所示，F1为初始压力，F2为松弛压力，F3为目标压力，T2～T3为升压时间，T3～T4为保压时间，T4～T5为降压时间，该测试的目的是：使目标球囊内的压力随着时间呈现如图5所示的变化。具体控制由液压测试单元里的梯形图来实现。疲劳性测试中的初始压力F1，升压时间T2～T3，保压时间T3～T4，降压时间T4～T5，目标压力F3，松弛压力F2，都是通过控制单元指令发送到液压测试单元内的PLC。

在顺应性测试的过程中，实质上是在运行耐压程序，与耐压测试不同的是，在保压时间内，还要采集目标球囊的直径，当程序运行到保压段时，线圈通电，触发数据转化器通过端口将数据传送到控制单元，控制单元程序捕获当前通过端口输入的键值，实现对目标球囊直径的采集。

详细过程如下：直径由三丰千分表测量得出，数显的三丰千分表上都带有一个数据输出口，由于输出格式的特殊性，需要通过SPC-264-012数据转换器输出。SPC-264-012数据转换器的输出口是A型USB端口，可以直接连接到电脑，但是它输出数据时是模拟键盘输入的形式，而且需要触发命令。实现触发命令，可以将数据转换器上的触发电路与FX-1N-24MR的上Y7对接，由于SPC-264-012数据转换器由USB供电，因此在这个电路中不需要加入开关电源。当程序运行到保压段时，使Y7线圈通电，触发SPC-264-012数据转换器通过USB端口将数据传送到控制单元。控制单元程序捕获当前通过USB口输入的键值，从而实现直径的采集。

自校准的本质其实也是运行耐压程序，只是运行耐压程序的同时，还要进行线性拟合。校准界面实时显示A/D模块内的采集值，这个采集值与实际压力之间存在线性关系，线性关系通过10个采集点获得，公式推导如下：

假定实验测得变量之间的n个数据(x₁,y₁)，(x₂,y₂)，…(x_n,y_n)，则在xOy平面上,可以得到n个点P_i(x_i,y_i)(i=1,2,…,n),从图中可以粗略看出这些点大致散落在某直线近旁,因此认为x与y之间近似为一线性函数，求解步骤如下：

考虑函数y=ax+b，其中a和b是待定常数。如果P_i(x_i,y_i)(i=1,2,…,n)在一直线上，可以认为变量之间的关系为y=ax+b。但一般说来,这些点不可能在同一直线上。记ε_i=y_i-(ax_i+b),它反映了用直线y=ax+b来描述x=x_i,y=y_i时,计算值y与实际值yi产生的偏差。当然要求偏差越小越好，但由于ε_i可正可负，因此不能认为总偏差

时,函数y=ax+b就很好地反映了变量之间的关系,因为此时每个偏差的绝对值可能很大。为了改进这一缺陷,就考虑用

来代替

但是由于绝对值不易作解析运算，因此，进一步用

来度量总偏差。因偏差的平方和最小可以保证每个偏差都不会很大.于是问题归结为确定y=ax+b中的常数a和b，使

为最小。用这种方法确定系数a，b的方法称为最小二乘法.

由极值原理得

\frac{&PartialD; F}{&PartialD; a} = \frac{&PartialD; F}{&PartialD; b} = 0,

即

\frac{&PartialD; F}{&PartialD; a} = - 2 Σ_{i = 1}^{n} x_{i} (y_{i} - a x_{i} - b) = 0

\frac{&PartialD; F}{&PartialD; b} = - 2 Σ_{i = 1}^{n} (y_{i} - a x_{i} - b) = 0,

解此联立方程得

\{\begin{matrix} a = \frac{n Σ_{i = 1}^{n} x_{i} y_{i} - Σ_{i = 1}^{n} x_{i} Σ_{i = 1}^{n} y_{i}}{n Σ_{i = 1}^{n} {x_{i}}^{2} - {(Σ_{i = 1}^{n} x_{i})}^{2}} \\ b = \frac{1}{n} Σ_{i = 1}^{n} y_{i} - \frac{a}{n} Σ_{i = 1}^{n} x_{i} \end{matrix}

将a和b代入F(a,b)得

Σ_{i = 1}^{n} {ϵ_{i}}^{2} = \frac{{(n Σ_{i = 1}^{n} x_{i} y_{i} - Σ_{i = 1}^{n} x_{i} Σ_{i = 1}^{n} y_{i})}^{2}}{(n Σ_{i = 1}^{n} {x_{i}}^{2} - {(Σ_{i = 1}^{n} x_{i})}^{2}) (n Σ_{i = 1}^{n} {y_{i}}^{2} - {(Σ_{i = 1}^{n} y_{i})}^{2})}

在压力自校准界面中，测试运行前，界面上所有文本框都是灰色的不可操作状态，运行时每进行到一个保压阶段，其中一个文本框就恢复可操作状态，输入外接压力表的数值然后回车，软件即记录下当前实际压力与A/D模块内的采集值，只要在保压阶段这个点可以反复输入，软件会自动更新。当进入到一个保压时间，“采样值”下面的第一文本框可以输入外接压力表上显示的数值，然后回车，程序判断如果键入的是回车，则记录当前A/D模块内的数值和输入的值，并显示在右边的标签，重复相同的操作，直到完成10个点的采集。点击“拟合”按钮，后台根据前面的线性拟合公式进行计算，得出线性关系，根据r*r判断线性相关性，如果其中某个点偏离直线很远可以点击该点删除，如果线性度满意则点击更新，控制单元会把表征线性关系的两个系数发送到液压测试单元保存，下次运行测试时则根据这个新的线性关系记录原始数据。

液压测试系统中耐压测试，疲劳性测试，顺应性测试和/或压力自校准都需要控制单元协同工作。液压测试单元完成升压，降压，补水，排水，压力值从模拟量变成数字量，而控制单元程序完成数据的采集，转化，处理，保存，程序参数的设置，命令的发送。连接控制单元与液压测试单元的使其配合工作的桥梁就是通信模块。通信也由硬件和软件组成，硬件包括SC09，和SPC-264-12，软件就是根据三菱PLC FX-1N-24MR型号编程口的通信协议编写的程序。

本发明实施例公开的液压测试单元程序总流程图如图10所示，测试开始前，执行步骤22对目标球囊补水5s，测出目标球囊内的压力，执行步骤23对初始压力赋值，执行步骤24选择测试类型；

若选择疲劳性测试，执行步骤212，首先执行步骤214，对循环次数进行判断，若循环次数达到设定值，测试结束，执行步骤230，否则，执行步骤215，向目标球囊内注水，对目标球囊进行升压操作，操作一段时间后；执行步骤216，判断升压时间是否到，若没有到，返回步骤215，进行升压操作，若到，则执行步骤217，进行保压操作，操作一段时间后；执行步骤218，判断保压时间是否到，若没有到，返回步骤217，进行保压操作，若到，则执行步骤219，对目标压力进行赋值，然后执行步骤220，对目标球囊进行降压操作，操作一段时间后，进行步骤221，判断降压时间是否到，若没到，返回步骤220，继续执行降压操作，若到，执行步骤222，对目标压力，进行赋值，然后返回步骤214，判断循环次数，直到达到预设的循环次数。

若选择耐压测试，执行步骤25，执行耐压操作，操作一段时间后，执行步骤26，判断是否超过最大压力值，若超过，则执行步骤230，测试结束，若没有超过，执行步骤27，进行升压操作，在升压操作过程中只包含微调阶段，在升压操作一段时间后，执行步骤28，判断升压时间是否到了，若没有，返回步骤27，继续执行升压操作，若到，执行步骤29，执行保压操作，操作一段时间，执行步骤210，判断保压时间是否到了，若没有，返回步骤29，继续执行保压操作，若到，执行步骤212，对目标压力增加一个步进压，然后返回步骤26，判断是否超过最大压力，直到超过最大压力。

若选择校准测试，执行步骤223，执行步骤224，判断是否超过最大压力，若超过则执行步骤230，测试结束，若没有超过，执行步骤225，进行升压操作，升压操作只包含微调阶段，在升压操作一段时间后，执行步骤226，判断升压时间是否到了，若没有，返回步骤225，继续执行升压操作，若到，执行步骤227，执行保压操作，操作一段时间，执行步骤228，判断保压时间是否到了，若没有，返回步骤227，继续执行保压操作，若到，执行步骤229，对目标压力增加一个步进压，然后返回步骤224，判断是否超过最大压力，直到超过最大压力。

在进行疲劳性测试的过程中，测试过程包含了粗调和微调，设置粗调环节主要是从系统的快速响应性方面考虑，使压力能够在尽可能短的时间内到达趋近值，但是由于粗调时第五气动电磁阀（SV5），第六气动电磁阀（SV6），第七气动电磁阀（SV7），第八气动电磁阀（SV8）的动作时间比较长，导致粗调阶段压力很容易超过目标压，如果电磁阀的动作跟不上PLC的扫描时间，系统就会产生振荡，为了避免这种情况的发生，于是又设置了微调阶段，来增强系统的稳定性。微调阶段保留了粗调阶段的比较时间，但是把电磁阀的开合时间缩短，粗调与微调阶段除了电磁阀的开合时间不一样，目标压的范围也不一样。这个主要也是从系统的快速响应和稳定性考虑。

本发明公开的疲劳性测试过程中粗调流程图如图11所示，执行步骤81，将目标压力存贮到压力临时寄存器，然后执行步骤82，将压力临时寄存器中目标压力减去一半压力，执行步骤83，计算压力的最大值与最小值，执行步骤84，判断当前压力是否在压力范围内，若在压力范围内，执行步骤88，判断粗调时间是否到达，若未到达，返回步骤84，若到达，粗调过程结束；若比压力范围大，则执行步骤85，启动第五气动电磁阀（SV5）和第八气动电磁阀（SV8），然后执行步骤88；若比压力范围小，则执行步骤87，启动第六气动电磁阀（SV6）和第七气动电磁阀（SV7），然后执行步骤88，最后执行步骤89，将压力临时寄存器中压力加上一半压力。

本发明公开的疲劳性测试过程中微调流程图如图12所示，执行步骤91，计算压力的最大值与最小值，执行步骤92，判断当前压力是否在压力范围内，若在压力范围内，执行步骤95，判断粗调时间是否到达，若未到达，返回步骤92，若到达，微调过程结束；若比压力范围大，则执行步骤93，启动第五气动电磁阀（SV5）和第八气动电磁阀（SV8），然后执行步骤95；若比压力范围小，则执行步骤94，启动第六气动电磁阀（SV6）和第七气动电磁阀（SV7），然后执行步骤95。

本发明公开的疲劳性测试过程中保压流程图如图13所示，执行步骤101，计算压力的最大值与最小值，执行步骤102，判断当前压力是否在最大压力与最小压力之间，如果小于这个范围，执行步骤103，如果大于这个范围执行步骤104，如果在这个范围内执行步骤105，判断保压时间有没有到，如果没有返回执行步骤102，反之结束保压过程。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种液压测试系统，其特征在于，包括：控制单元、液压测试单元和直径测量单元；

其中：所述控制单元用于对所述耐压性测试、疲劳性测试、顺应性测试和/或压力自校准测试的测试过程中所需要的数据进行处理并发送测试命令至液压测试单元；

其中，所述电气元件单元用于接收所述控制单元发送的指令，并控制液压元件单元执行相应的测试操作；

所述液压元件单元用于执行所述耐压性测试、疲劳性测试、顺应性测试和/或压力自校准测试的测试过程；

其中，所述液压元件单元包括：气压回路，液压回路和气液增压缸；所述气液增压缸用于连接气压回路和液压回路；

所述第三液压电磁阀（SV3）的出液口与所述目标球囊相通；

2.根据权利要求1所述的液压测试系统，其特征在于，所述控制单元包括参数设置单元、指令发送单元和数据处理单元；

3.根据权利要求2所述的液压测试系统，其特征在于，所述数据处理单元包括数据采集单元和数据分析模块；

4.根据权利要求2所述的液压测试系统，其特征在于，所述控制单元还包括报警单元和压力自校准单元；

5.根据权利要求1所述的液压测试系统，其特征在于，所述电气元件单元包括电源、电源转换装置、集成单元、A/D模块和数据转换器；其中，所述集成单元的型号为三菱FX1N—24MR；

其中：所述电源与所述集成单元连接；

所述A/D模块与所述集成单元的对应插口连接；

Y3引脚与所述第三液压电磁阀（SV3）的负极连接；

Y4引脚与所述第四液压电磁阀（SV4）的负极连接；

6.根据权利要求2所述的液压测试系统，其特征在于，在实现对目标球囊的耐压性测试、疲劳性测试、顺应性测试和/或压力自校准测试的过程前，需要预先实现对压力的上升、下降和对液压回路进行补水、排水；

所述排水的具体实现为：所述指令发送单元发送指令到所述电气元件单元，所述电气元件单元中的集成单元的Y1与Y3引脚通电，控制所述液压元件单元的三位五通气动电磁阀的第二线圈（SV2）和第三液压电磁阀（SV3）通电，压缩空气经过三位五通气动电磁阀的P口和A口，从气液增压缸的IN口进入，OUT口排出，再经过三位五通气动电磁阀的B口和EB口至外界，气液增压缸的活塞向右移动，液压回路压力上升，如果第三液压电磁阀（SV3）的出口没接目标球囊，液压回路内的水从此处喷出；

其中，所述集成单元的型号为三菱FX1N—24MR。

7.根据权利要求1所述的液压测试系统，其特征在于，所述耐压测试过程具体实现为：

将测试开始时测得的目标球囊内的压力定为初始压力；

8.根据权利要求1所述的液压测试系统，其特征在于，所述疲劳性测试过程具体实现为：

所述控制单元将疲劳性测试过程中的初始压力、充压时间、保压时间、降压时间、目标压力和松弛压力的指令数据发送到液压测试单元；

9.根据权利要求1所述的液压测试系统，其特征在于，所述顺应性测试过程具体实现为：所述控制单元将顺应性测试过程中的初始压力、充压时间、保压时间、最大压力和压力增量的指令数据发送到所述液压测试单元；

将测试开始时测得的目标球囊内的压力定为初始压力；

10.根据权利要求4所述的液压测试系统，其特征在于，所述压力自校准测试过程具体实现为：所述控制单元将压力自校准过程中的初始压力、充压时间、保压时间、最大压力和压力增量的指令数据发送到所述液压测试单元；

将测试开始时测得的目标球囊内的压力定为初始压力；

所述压力自校准单元对采集的压力值进行线性拟合。

11.根据权利要求10所述的液压测试系统，其特征在于，所述线性拟合具体为：

将所述压力自校准单元的全部状态设置为不可操作状态；

12.根据权利要求8所述的液压测试系统，其特征在于，所述疲劳性测试包含粗调阶段和微调阶段；

所述粗调阶段，使压力在短时间内到达趋近值；

所述微调阶段，增强系统稳定性。