CN108469374B - 材料试验机加荷速率动态分析方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种材料试验机加荷速率动态分析方法和装置，属于材料试验机领域，所述方法包括：将试样放入夹具内，设置压力试验机加荷速率，启动材料试验机进行加荷试验，直至试样破坏；动态测力传感器和数据采集适配器采集加荷试验过程中的原始力数据，所述原始力数据包括各个采集点及其对应的力值；动态力值分析装置根据所述原始力数据计算各个采集点的加荷速率值；动态力值分析装置根据各个采集点的加荷速率值计算平均加荷速率、加荷速率合格率和合格点数，反映试验机的品质；其中，所述数据采集适配器包括抗干扰模块和高速数据缓冲处理模块，所述数据采集适配器的采样转化速率的最大值为3000次/秒。本发明实现了试验机加荷速率动态分析。
Description
技术领域
本发明涉及材料试验机领域，特别是指一种材料试验机加荷速率动态分析方法和装置。
背景技术
材料试验机，是在各种条件、环境下测定金属材料、非金属材料、机械零件、工程结构等的机械性能、工艺性能、内部缺陷和校验旋转零部件动态不平衡量的精密测试仪器。材料试验机做为建材行业的最常用试验设备，其质量的好坏直接影响到了对建材试验数据的准确性和权威性。而材料试验机的加荷速率对水泥样块和其他建材样品的试验数据影响尤为突出，这是业内人士共同的认知。
由于加荷速率的测量属于动态力测量范畴，技术上对测力传感器、放大采样和数据处理上的要求极高所以一直没有实质上的突破。传统方法使用通用测力仪表来完成测力传感器的数据采样与转换功能，来完成试验机的动态加荷速率分析。但是，通用测力仪表的采样转化速率不高，大多都在50次/秒以下，且为了保证仪表显示的稳定性都采用了软件和硬件的滤波处理，数据响应速率被大大地衰减，实际的转换速率会低于20次/秒。这样的转换速率远远达不到动态测量的要求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种材料试验机加荷速率动态分析方法和装置，本发明实现了试验机加荷速率动态分析。
本发明提供技术方案如下：
一种材料试验机加荷速率动态分析方法，包括依次连接的材料试验机、动态测力传感器、数据采集适配器和动态力值分析装置，所述方法包括：
将试样放入夹具内，设置压力试验机加荷速率，启动材料试验机进行加荷试验，直至试样破坏；
动态测力传感器和数据采集适配器采集加荷试验过程中的原始力数据，所述原始力数据包括各个采集点及其对应的力值；
动态力值分析装置根据所述原始力数据计算各个采集点的加荷速率值；
动态力值分析装置根据各个采集点的加荷速率值计算平均加荷速率、加荷速率合格率和合格点数，反映试验机的品质；
其中，所述数据采集适配器包括抗干扰模块和高速数据缓冲处理模块，所述数据采集适配器的采样转化速率的最大值为3000次/秒。
进一步的，通过如下方法计算加荷速率合格率和合格点数：
设置加荷速率上偏移量和下偏移量；
根据设置的压力试验机的加荷速率以及上偏移量和下偏移量计算加荷速率上限值和下限值；
统计加荷速率在上限值和下限值之间的采集点个数，得到合格点数；
根据合格点数和采集点总数，计算加荷速率合格率。
进一步的，所述数据采集适配器还包括激励桥压模块、采集放大模块、模拟数字变换模块、数据处理模块、接收和发送模块。
进一步的，所述数据采集适配器和动态力值分析装置通过高速USB转R485模块连接，所述高速USB转R485模块包括激励桥压模块、采集放大模块、模拟数字变换模块、数据处理模块、接收和发送模块。
进一步的，所述动态力值分析装置为PC机。
一种材料试验机加荷速率动态分析装置，包括动态测力传感器、数据采集适配器和动态力值分析装置，其中，所述材料试验机、动态测力传感器、数据采集适配器和动态力值分析装置依次连接，所述数据采集适配器包括抗干扰模块和高速数据缓冲处理模块，所述数据采集适配器的采样转化速率的最大值为3000次/秒。
进一步的，所述数据采集适配器还包括激励桥压模块、采集放大模块、模拟数字变换模块、数据处理模块、接收和发送模块。
进一步的，所述数据采集适配器和动态力值分析装置通过高速USB转R485模块连接，所述高速USB转R485模块包括激励桥压模块、采集放大模块、模拟数字变换模块、数据处理模块、接收和发送模块。
进一步的，所述动态力值分析装置为PC机。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过动态测力传感器和数据采集适配器采集加荷试验过程中的原始力数据，通过动态力值分析装置计算实时的加荷速率值，这样得到的数据能够更加地符合试验机实际运行状况，能真实反映试验机的品质好坏。实现了试验机加荷速率动态分析。
附图说明
图1为材料试验机加荷速率动态分析装置示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
一方面，本发明提供一种材料试验机加荷速率动态分析方法，包括依次连接的材料试验机、动态测力传感器1、数据采集适配器2和动态力值分析装置4，如图1所示。以水泥胶砂强度压力试验机为例，该方法包括：
将试样放入夹具内，设置压力试验机加荷速率，启动材料试验机进行加荷试验，直至试样破坏。
将一块28天胶砂试样放入抗压夹具内，按GB/T17671-1999水泥胶砂强度检验方法要求设置压力试验机加荷速率为2.4kN/s，启动压力试验机直至试样破坏，强度值为59.8MPa。
动态测力传感器和数据采集适配器采集加荷试验过程中的原始力数据，原始力数据包括各个采集点及其对应的力值。
开启动态力值分析装置，依次完成系统参数设置、模块参数设置、传感器参数设置，进入高速测量模式，设置采样速率为30次/秒，开启自动采样模式。完成试样整个破坏过程的数据采集，得到原始力值数据，并将这些数据使用计算机软件保存起来。动态测力传感器响应速率要快、蠕变要小，能够保证动态力值可以实时反映到系统中的数据采集适配器中，保证试验机的力值能够快速准确地变换为电信号。
然后，动态力值分析装置根据原始力数据通过公式计算各个采集点的加荷速率值，即实时加荷速率值。
最后，动态力值分析装置根据各个采集点的加荷速率值计算平均加荷速率、加荷速率合格率和合格点数，反映试验机的品质好坏；
其中，数据采集适配器包括抗干扰模块和高速数据缓冲处理模块，数据采集适配器的采样转化速率的最大值为3000次/秒。
传统方法使用通用测力仪表来完成测力传感器的数据采样与转换功能，来完成试验机的动态加荷速率分析。但是，通用测力仪表的采样转化速率不高，大多都在50次/秒以下，且为了保证仪表显示的稳定性都采用了软件和硬件的滤波处理，数据响应速率被大大地衰减，实际的转换速率会低于20次/秒。这样的转换速率远远达不到动态测量的要求。并且通用的测力仪为直接显示仪表，其功能仅为满足显示力值指示使用。不仅附加功能少，而且针对试验机试验的功能基本没有。
本发明采用全新方案的数据采集适配器来完成试验机加荷力值的采集工作。数据采集适配器不同于一般的通用测力仪表，数据采集适配器功能单一化，对特定形式的传感器进行处理，数据处理更加专业化。数据采集适配器包括抗干扰模块和高速数据缓冲处理模块等，可以大幅提高适配器对干扰信号的抑制能力，提高高速信号的稳定度。另外，高速数据缓冲处理模块可以最大程度提高CPU的运算效率，从而可以提高适配器的实时数据吞吐量。本发明适配器的动态采集转换能力可以达到3000次/秒。
综上所述，本发明通过动态测力传感器和数据采集适配器采集加荷试验过程中的原始力数据，通过动态力值分析装置计算实时的加荷速率值，这样得到的数据能够更加地符合试验机实际运行状况，能真实反映试验机的品质好坏。实现了试验机加荷速率动态分析。
进一步的，通过如下方法计算加荷速率合格率和合格点数：
设置加荷速率上偏移量和下偏移量；
根据设置的压力试验机的加荷速率以及上偏移量和下偏移量计算加荷速率上限值和下限值；
统计加荷速率在上限值和下限值之间的采集点个数，得到合格点数；
根据合格点数和采集点总数，计算加荷速率合格率。
仍然以水泥胶砂强度压力试验机为例，查看每个采集点对应的力值和加荷速率，得到加荷速率稳定在2.4kN/s±0.2kN/s范围内的力值点为4.8kN，试体破坏瞬间加荷速率为1.2kN/s。
在动态力值分析装置高速测量模式下对整个破坏过程的数据重新绘制，选取4.8kN(加荷速率稳定起始点)至94.5kN(破坏瞬间前力值)段数据，根据GB/T17671-1999水泥胶砂强度检验方法中加荷速率为2.4kN/s±0.2kN/s的要求设置加荷速率上限值为2.60kN/s，下限值为2.20kN/s，得到该段数据平均加荷速率为2.39kN/s，加荷速率在2.4kN/s±0.2kN/s范围内的合格率为99％。
本发明中，数据采集适配器是试验机加荷速率动态分析中重要的环节，它的成功与否直接决定了分析数据的真实性和可靠性。数据采集适配器还包括激励桥压模块、采集放大模块、模拟数字变换模块、数据处理模块、接收和发送模块。能够为测力传感器提供激励桥压、采集放大、模拟数字变换、数据处理以及接收采集指令和发送相应数据的功能。
进一步的，数据采集适配器2和动态力值分析装置4通过高速USB转R485模块连接3，高速USB转R485模块包括激励桥压模块、采集放大模块、模拟数字变换模块、数据处理模块、接收和发送模块。高速USB转R485模块能够为测力传感器提供激励桥压、采集放大、模拟数字变换、数据处理以及接收采集指令和发送相应数据的功能。
优选的，动态力值分析装置为PC机。
动态力值分析装置是数据处理及数据管理的主体部分，它将数据采集器适配器采集的试验数据进行分析、归纳、绘图并以特定格式记录成分析报表，为进一步分析保留详细的、宝贵的第一手原始资料，可以为众多的研究人员节省大量的宝贵时间、减少了许多不必要的冗长的、枯燥的、简单的重复性工作，为分析试验机动态加荷速率的课题提供了一个必备的工具，它与数据采集适配器结合使用解决了材料试验机加荷速率动态分析的难题。
具体的，动态力值分析装置主要是对动态加荷速率数据的处理部分，动态处理的数据分为实时数据部分和动态图形部分。
实时数据部分是将采集到的力值逐点记录到数据缓存区中，这中间不允许发生丢数的现象发生。当实验完成后，这些数据做为原始数据需要逐点记录到数据文件中做为原始数据存档。存档的格式为：实验的起始时间、数据的总点数、最大力值、平均加荷速率和数据间隔时间，以及全部的实验数据。
动态图形是在实验过程中显示力值的加荷曲线和加荷速率的曲线。此两种图形是趋势线，它们可以很方便地为实验人员提供出试验机的实时状态图，对试验机有个大体上的初步判断。在实验完成后，实验人员可以根
据自己的要求选取数据区间重新绘制完善的实时曲线，使得数据图形更加直观完美。
当实验全部完成后，动态力值分析装置提供了数据分析设置，研究人员可以按自己的要求设置加荷速率上偏移量和下偏移量，动态力值分析装置可以计算出加荷速率的合格率和合格点数。
另外，动态力值分析装置还提供了历史数据的遍历功能，可以很方便地将以前记录的实验数据调出，并可以根据自己的设想重新选取、计算加荷速率的各项指标。
另一方面，本发明提供一种材料试验机加荷速率动态分析装置，如图1所示，包括动态测力传感器1、数据采集适配器2和动态力值分析装置4，其中，材料试验机、动态测力传感器1、数据采集适配器2和动态力值分析装置4依次连接，数据采集适配器包括抗干扰模块和高速数据缓冲处理模块，数据采集适配器的采样转化速率的最大值为3000次/秒。
传统方法使用通用测力仪表来完成测力传感器的数据采样与转换功能，来完成试验机的动态加荷速率分析。但是，通用测力仪表的采样转化速率不高，大多都在50次/秒以下，且为了保证仪表显示的稳定性都采用了软件和硬件的滤波处理，数据响应速率被大大地衰减，实际的转换速率会低于20次/秒。这样的转换速率远远达不到动态测量的要求。并且通用的测力仪为直接显示仪表，其功能仅为满足显示力值指示使用。不仅附加功能少，而且针对试验机试验的功能基本没有。
本发明采用全新方案的数据采集适配器来完成试验机加荷力值的采集工作。数据采集适配器不同于一般的通用测力仪表，数据采集适配器功能单一化，对特定形式的传感器进行处理，数据处理更加专业化。数据采集适配器包括抗干扰模块和高速数据缓冲处理模块等，可以大幅提高适配器对干扰信号的抑制能力，提高高速信号的稳定度。另外，高速数据缓冲处理模块可以最大程度提高CPU的运算效率，从而可以提高适配器的实时数据吞吐量。本发明适配器的动态采集转换能力可以达到3000次/秒。
以水泥胶砂强度压力试验机为例，该装置的测试方法包括：
将试样放入夹具内，设置压力试验机加荷速率，启动材料试验机进行加荷试验，直至试样破坏。
将一块28天胶砂试样放入抗压夹具内，按GB/T17671-1999水泥胶砂强度检验方法要求设置压力试验机加荷速率为2.4kN/s，启动压力试验机直至试样破坏，强度值为59.8MPa。
动态测力传感器和数据采集适配器采集加荷试验过程中的原始力数据，原始力数据包括各个采集点及其对应的力值。
开启动态力值分析装置，依次完成系统参数设置、模块参数设置、传感器参数设置，进入高速测量模式，设置采样速率为30次/秒，开启自动采样模式。完成试样整个破坏过程的数据采集，得到原始力值数据，并将这些数据使用计算机软件保存起来。动态测力传感器响应速率要快、蠕变要小，能够保证动态力值可以实时反映到系统中的数据采集适配器中，保证试验机的力值能够快速准确地变换为电信号。
然后，动态力值分析装置根据原始力数据通过公式计算各个采集点的加荷速率值，即实时加荷速率值。
最后，动态力值分析装置根据各个采集点的加荷速率值计算平均加荷速率、加荷速率合格率和合格点数，反映试验机的品质好坏；
综上所述，本发明通过动态测力传感器和数据采集适配器采集加荷试验过程中的原始力数据，通过动态力值分析装置计算实时的加荷速率值，这样得到的数据能够更加地符合试验机实际运行状况，能真实反映试验机的品质好坏。实现了试验机加荷速率动态分析。
本发明中，数据采集适配器是试验机加荷速率动态分析中重要的环节，它的成功与否直接决定了分析数据的真实性和可靠性。数据采集适配器还包括激励桥压模块、采集放大模块、模拟数字变换模块、数据处理模块、接收和发送模块。能够为测力传感器提供激励桥压、采集放大、模拟数字变换、数据处理以及接收采集指令和发送相应数据的功能。
进一步的，数据采集适配器2和动态力值分析装置4通过高速USB转R485模块3连接，高速USB转R485模块包括激励桥压模块、采集放大模块、模拟数字变换模块、数据处理模块、接收和发送模块。高速USB转R485模块能够为测力传感器提供激励桥压、采集放大、模拟数字变换、数据处理以及接收采集指令和发送相应数据的功能。
优选的，动态力值分析装置为PC机。
动态力值分析装置是数据处理及数据管理的主体部分，它将数据采集器适配器采集的试验数据进行分析、归纳、绘图并以特定格式记录成分析报表，为进一步分析保留详细的、宝贵的第一手原始资料，可以为众多的研究人员节省大量的宝贵时间、减少了许多不必要的冗长的、枯燥的、简单的重复性工作，为分析试验机动态加荷速率的课题提供了一个必备的工具，它与数据采集适配器结合使用解决了材料试验机加荷速率动态分析的难题。
具体的，动态力值分析装置主要是对动态加荷速率数据的处理部分，动态处理的数据分为实时数据部分和动态图形部分。
实时数据部分是将采集到的力值逐点记录到数据缓存区中，这中间不允许发生丢数的现象发生。当实验完成后，这些数据做为原始数据需要逐点记录到数据文件中做为原始数据存档。存档的格式为：实验的起始时间、数据的总点数、最大力值、平均加荷速率和数据间隔时间，以及全部的实验数据。
动态图形是在实验过程中显示力值的加荷曲线和加荷速率的曲线。此两种图形是趋势线，它们可以很方便地为实验人员提供出试验机的实时状态图，对试验机有个大体上的初步判断。在实验完成后，实验人员可以根
据自己的要求选取数据区间重新绘制完善的实时曲线，使得数据图形更加直观完美。
当实验全部完成后，动态力值分析装置提供了数据分析设置，研究人员可以按自己的要求设置加荷速率上偏移量和下偏移量，动态力值分析装置可以计算出加荷速率的合格率和合格点数。
另外，动态力值分析装置还提供了历史数据的遍历功能，可以很方便地将以前记录的实验数据调出，并可以根据自己的设想重新选取、计算加荷速率的各项指标。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种材料试验机加荷速率动态分析方法，其特征在于，包括依次连接的材料试验机、动态测力传感器、数据采集适配器和动态力值分析装置，所述方法包括：
将试样放入夹具内，设置压力试验机加荷速率，启动材料试验机进行加荷试验，直至试样破坏；
动态测力传感器和数据采集适配器采集加荷试验过程中的原始力数据，所述原始力数据包括各个采集点及其对应的力值；
动态力值分析装置根据所述原始力数据计算各个采集点的加荷速率值；
动态力值分析装置根据各个采集点的加荷速率值计算平均加荷速率、加荷速率合格率和合格点数，反映试验机的品质；
其中，所述数据采集适配器包括抗干扰模块和高速数据缓冲处理模块，所述数据采集适配器的采样转化速率的最大值为3000次/秒；
通过如下方法计算加荷速率合格率和合格点数：
设置加荷速率上偏移量和下偏移量；
根据设置的压力试验机的加荷速率以及上偏移量和下偏移量计算加荷速率上限值和下限值；
统计加荷速率在上限值和下限值之间的采集点个数，得到合格点数；
根据合格点数和采集点总数，计算加荷速率合格率；
所述数据采集适配器还包括激励桥压模块、采集放大模块、模拟数字变换模块、数据处理模块、接收和发送模块；
所述数据采集适配器和动态力值分析装置通过高速USB转R485模块连接，所述高速USB转R485模块包括激励桥压模块、采集放大模块、模拟数字变换模块、数据处理模块、接收和发送模块；
所述动态力值分析装置为PC机。
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- 2018-02-07 CN CN201810123748.9A patent/CN108469374B/zh active Active
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