CN104198281B - 一种宽板拉伸试验机数据采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宽板拉伸试验机数据采集系统，包括：传感器模块，数据采集处理模块；能够在宽板拉伸试验过程中实现采集处理裂纹张开位移信号、点应变信号、区域应变信号、力学信号、位移信号和温度信号，采集系统反应速度快，数据处理量大，并能够防止各种信号之间的相互干扰。同时，试验过程中实时采集到的裂纹张开位移信号、区域应变信号、力学信号和位移信号还能够及时进行反馈处理，将测试信号反馈给工控机，作为试验过程的主要控制参量，对试验过程进行控制。因而，宽板拉伸试验数据采集系统反应频率高、抗干扰能力强、数据采集实时性和可靠性高。

Description

一种宽板拉伸试验机数据采集系统

技术领域

本发明涉及油气管道环焊缝评估技术领域，特别涉及一种宽板拉伸试验机数据采集系统。

背景技术

宽板拉伸试验是焊接工艺评定及焊接可靠性评估技术的重要研究手段，最早由Wells于1956年提出。随后伴随着完整性评定技术的发展，这项技术逐渐完善成熟，最近二十年宽板拉伸试验得到了管线钢研究领域的广泛认可，被越来越多的应用于管线钢环焊缝评估和应变设计中。宽板拉伸试验具有小尺寸试样试验无法比拟的优点，宽板拉伸试验更能够真实的反映出材料性能不均匀、焊接残余应力等对结构性能的影响，能够在更加接近实际工况的情况下反映出焊接结构中存在的问题。

随着宽板拉伸试验的不断进展，宽板拉伸试验过程中需要采集的各种信号更加繁多，试验过程中的各种信号要求更加苛刻。目前，宽板拉伸试验过程中不仅需要采集力学信号和位移信号，还需要采集裂纹张开位移信号、点应变信号、区域应变信号和温度信号。裂纹张开位移信号是为了表征试验过程中裂纹的张开位移和扩展情况；点应变信号和区域应变信号是为了表征拉伸过程中试样的变形情况；温度信号是为了测量和控制实验温度。但目前对宽板拉伸试验过程中的信号采集及信号控制和处理没有统一的要求。例如，有的宽板拉伸试验过程中进行了裂纹张开位移信号、点应变信号、力学信号和位移信号的采集。而有的宽板拉伸试验中则进行了裂纹张开位移信号、点应变信号、区域应变信号、力学信号和位移信号的采集。现有的试验方式采集信号并不全面，会影响试验的准确性。

发明内容

本发明了提供了一种宽板拉伸试验机数据采集系统，目的是为了建立与宽板拉伸试验机的信号交流与互换，解决宽板拉伸试验过程中包括裂纹张开位移信号、点应变信号、区域应变信号、温度信号、力学信号和位移信号的采集和处理，进而有效的实现宽板拉伸试验过程的控制，从而为宽板拉伸试验提供更加可靠、详实的试验数据。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种宽板拉伸试验机数据采集系统，包括传感器模块和数据采集处理模块，能够有效的同步、采集和处理宽板拉伸试验过程中的各种测试参数，确保试验过程中各种测试数据的真实有效。其主要组成有：

传感器模块，包括温度传感器、应变片、线性位移传感器(LVDT传感器)和裂纹张开位移传感器(CMOD传感器)。其中，温度传感器可以实现试验过程中板材温度的测量；应变片和LVDT传感器可以实现板材变形的测量；CMOD传感器可以实现试验过程中裂纹开口张开位移的测量。

数据采集模块，包括采集功能子模块和信号处理功能子模块。所述采集功能子模块包括温度信号采集卡、应变片信号采集卡、线性位移信号采集卡和裂纹张开位移信号采集卡；其中，所述温度信号采集卡和所述温度传感器连接，用于采集温度信号；所述应变片信号采集卡和所述应变片连接，用于采集点应变信号；所述线性位移信号采集卡和线性位移传感器连接，用于采集区域应变信号；所述裂纹张开位移信号采集卡和所述裂纹张开位移传感器连接，用于采集裂纹张开位移信号；所述信号处理功能子模块和所述温度信号采集卡、所述应变片信号采集卡、所述线性位移信号采集卡和所述裂纹张开位移信号采集卡共同连接，用于整合处理各个采集卡采集到的信号，然后将处理后的信号传送给宽板拉伸试验机的工控机，并且从所述宽板拉伸试验机的工控机采集力学信号和位移信号。

优选的，所述信号处理功能子模块包括A/D转换卡、信号放大器、低通滤波器、抗混滤波器；其中，所述温度信号采集卡、所述应变片信号采集卡、所述线性位移信号采集卡和所述裂纹张开位移信号采集卡共同连接所述A/D转换卡、所述信号放大器、所述低通滤波器、所述抗混滤波器。

通过本发明的一个或者多个技术方案，本发明具有以下有益效果或者优点：

本发明提供的宽板拉伸试验机数据采集系统，能够在宽板拉伸试验过程中实现采集处理裂纹张开位移信号、点应变信号、区域应变信号、力学信号、位移信号和温度信号，采集系统反应速度快，数据处理量大，并能够防止各种信号之间的相互干扰。同时，试验过程中实时采集到的裂纹张开位移信号、区域应变信号、力学信号和位移信号还能够及时进行反馈处理，将测试信号反馈给工控机，作为试验过程的主要控制参量，对试验过程进行控制。因而，宽板拉伸试验数据采集系统反应频率高、抗干扰能力强、数据采集实时性和可靠性高。

附图说明

图1为本发明实施例中宽板拉伸试验架构图；

图2为本发明实施例宽板拉伸试验机数据采集系统的结构图。

附图标记说明：宽板拉伸试验机1，宽板拉伸试验机的工控机2，宽板拉伸试验机数据采集系统3，传感器模块4和数据采集处理模块5，温度传感器6，应变片7，线性位移传感器8(LVDT传感器)，裂纹张开位移传感器9(CMOD传感器)，采集功能子模块10，信号处理功能子模块11，温度信号采集卡12，应变片信号采集卡13，线性位移信号采集卡14，裂纹张开位移信号采集卡15，A/D转换卡16，信号放大器17，低通滤波器18，抗混滤波器19。

具体实施方式

为了使本申请所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图，通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。

下面首先介绍在宽板拉伸试验过程中的整体架构。

在整个试验过程中，涉及到三个结构：宽板拉伸试验机1，宽板拉伸试验机的工控机2，宽板拉伸试验机数据采集系统3。

在试验的过程中中，宽板拉伸试验机数据采集系统3主要用来实时测量宽板拉伸试验机1的各种数据，即裂纹张开位移信号、点应变信号、区域应变信号、温度信号，进行整合处理之后反馈给宽板拉伸试验机的工控机2，作为试验过程的主要控制参量，对试验过程进行控制。另外，宽板拉伸试验机数据采集系统3还可以从宽板拉伸试验机的工控机2处采集力学信号和位移信号。此外，宽板拉伸试验机数据采集系统3可将实时采集到的CMOD信号和LVDT信号反馈给宽板拉伸试验机1。

宽板拉伸试验机的工控机2，会根据这些控制参量，产生控制信号对宽板拉伸试验机1进行实时控制。

宽板拉伸试验机数据采集系统3能够通过宽板拉伸试验机的工控机2发出相应的控制信号对宽板拉伸试验机1进行操作，进而控制整个试验过程。

下面请参看图2，是宽板拉伸试验机数据采集系统3的整体架构图。

包括：传感器模块4和数据采集处理模块5；

传感器模块4，包括温度传感器6、应变片7、线性位移传感器8(LVDT传感器)、裂纹张开位移传感器9(CMOD传感器)。其中，温度传感器6用于测量试验过程中板材温度；应变片7和线性位移传感器8用于测量试验过程中板材的变形情况；裂纹张开位移传感器9用于测量试验过程中裂纹开口张开位移。具体来说，传感器模块4包括STT-R型温度传感器、BE120型应变片、DC-SE型LVDT传感器和弓形CMOD传感器。

数据采集处理模块5，包括采集功能子模块10和信号处理功能子模块11。

采集功能子模块10包括温度信号采集卡12、应变片信号采集卡13、线性位移信号采集卡14和裂纹张开位移信号采集卡15；其中，温度信号采集卡12和温度传感器6连接，用于采集温度信号；应变片信号采集卡13和应变片7连接，用于采集点应变信号；线性位移信号采集卡14和线性位移传感器8连接，用于采集区域应变信号；裂纹张开位移信号采集卡15和裂纹张开位移传感器9连接，用于采集裂纹张开位移信号；

信号处理功能子模块11和温度信号采集卡12、应变片信号采集卡13、线性位移信号采集卡14(LVDT信号采集卡)和裂纹张开位移信号采集卡15(CMOD信号采集卡)共同连接，用于整合处理各个采集卡采集到的信号，然后将处理后的信号传送给宽板拉伸试验机的工控机2。数据采集处理模块5还用于接收宽板拉伸试验机的工控机2发送的力学信号和位移信号，然后和各个采集卡采集到的信号进行整合处理。

进一步的，信号处理功能子模块11包括A/D转换卡16、信号放大器17、低通滤波器18、抗混滤波器19；

其中，温度信号采集卡12、应变片信号采集卡13、线性位移信号采集卡14和裂纹张开位移信号采集卡15共同连接A/D转换卡16、信号放大器17、低通滤波器18、抗混滤波器19。

在实际应用中，数据采集模块可以使用DH-5929动态应变测试分析系统、DH3840信号放大器和ATEST A/D转换卡。DH-5929动态应变测试分析系统包含有2个4通道LVDT信号采集卡、2个4通道温度信号采集卡、6个4通道应变片信号采集卡以及信号放大器、低通滤波器、信号放大器和抗混滤波器等相关信号处理器件。DH-5929动态应变测试分析系统与LVDT传感器、应变片7、温度传感器6相连，主要负责采集处理LVDT信号、温度信号和应变片信号；DH3840信号放大器、ATEST A/D转换卡与CMOD传感器相连，负责CMOD信号的采集处理。

本发明中涉及的宽板拉伸试验机数据采集系统3，功能特点如下：

1、能够实时测量宽板拉伸试验过程中的LVDT信号、应变片信号、CMOD信号和温度信号。

2、能够与宽板拉伸试验机的工控机2实现数据信号交流。能够读取工控机2的力学信号和位移信号，实现LVDT信号、应变片信号、CMOD信号、温度信号、力学信号和位移信号的整合处理。

3、能够与宽板拉伸试验机的工控机2实现控制信号交流。通过将实时采集到的CMOD信号和LVDT信号反馈给宽板拉伸试验机1，该系统能够通过宽板拉伸试验机的工控机2发出相应的控制信号对宽板拉伸试验机1进行操作，进而控制整个试验过程。

4、与宽板拉伸试验机的工控机2之间的同步性小于0.3秒。

5、通道之间采用并行采样，通道间无串扰影响，通道同步性小于5微妙。

6、DH-5929动态应变测试分析系统的所有信号采集通道都集成有低通滤波器、信号放大器和抗混滤波器，具有良好的系统可靠性和抗干扰能力。

7、DH3840信号放大器具有信号采集、信号放大和信号处理功能，集成有低通滤波器、信号放大器和抗混滤波器，具有良好的系统可靠性和抗干扰能力。

8、应变片采集通道的采集频率≥1kHz，采集灵敏度≥1με。

9、LVDT和CMOD采集通道的最大分辨率≤0.05mm。

10、温度采集通道的测温范围：-200～100℃，测量精度≤0.2℃。适用于E型的热电偶。

11、CMOD通道采集频率≥1kHz，采集灵敏度≥1με。

依据本发明的结果，进行了X70管线钢环焊缝宽板拉伸试验，成功完成了整个试验过程，采集到了试验过程中的裂纹张开位移信号、点应变信号、区域应变信号、温度信号、力学信号和位移信号各种试验数据，为X70管线钢焊接工艺评定提供了可靠的试验数据。

通过本发明的一个或者多个实施例，本发明具有以下有益效果或者优点：

本发明提供的宽板拉伸试验机数据采集系统，能够在宽板拉伸试验过程中实现采集处理裂纹张开位移信号、点应变信号、区域应变信号、力学信号、位移信号和温度信号，采集系统反应速度快，数据处理量大，并能够防止各种信号之间的相互干扰。同时，试验过程中实时采集到的裂纹张开位移信号、区域应变信号、力学信号和位移信号还能够及时进行反馈处理，将测试信号反馈给工控机，作为试验过程的主要控制参量，对试验过程进行控制。因而，宽板拉伸试验数据采集系统反应频率高、抗干扰能力强、数据采集实时性和可靠性高。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (1)

1.一种宽板拉伸试验机数据采集系统，其特征在于，包括：传感器模块，数据采集处理模块；

所述传感器模块，包括温度传感器、应变片、线性位移传感器、裂纹张开位移传感器；其中，所述温度传感器用于测量试验过程中板材温度；所述应变片和所述线性位移传感器用于测量试验过程中板材的变形情况；所述裂纹张开位移传感器用于测量试验过程中裂纹开口张开位移；

所述数据采集处理模块，包括采集功能子模块和信号处理功能子模块；

所述采集功能子模块包括温度信号采集卡、应变片信号采集卡、线性位移信号采集卡和裂纹张开位移信号采集卡；其中，所述温度信号采集卡和所述温度传感器连接，用于采集温度信号；所述应变片信号采集卡和所述应变片连接，用于采集点应变信号；所述线性位移信号采集卡和线性位移传感器连接，用于采集区域应变信号；所述裂纹张开位移信号采集卡和所述裂纹张开位移传感器连接，用于采集裂纹张开位移信号；

所述信号处理功能子模块包括A/D转换卡、信号放大器、低通滤波器、抗混滤波器；所述温度信号采集卡、所述应变片信号采集卡、所述线性位移信号采集卡和所述裂纹张开位移信号采集卡共同连接所述A/D转换卡、所述信号放大器、所述低通滤波器、所述抗混滤波器；所述信号处理功能子模块用于整合处理各个采集卡采集到的信号，然后将处理后的信号传送给宽板拉伸试验机的工控机；

所述数据采集处理模块还用于接收所述宽板拉伸试验机的工控机发送的力学信号和位移信号，然后和各个采集卡采集到的信号进行整合处理。