CN110553908B - 材料试验机 - Google Patents

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Abstract

本发明的材料试验机，在控制装置中配设:存储用于激发应变仪桥接电路的载波数据的存储元件、对载波进行数字‑模拟转换的D/A转换器、将经模拟转换的波形放大的功率放大器、对从存储元件朝D/A转换器发送载波数据的时机进行控制的同步信号产生电路、将从应变仪桥接电路所输入的测定信号放大的仪表放大器、对测定信号进行模拟‑数字转换的A/D转换器、从测定信号中提取电阻成分与电容成分的检波电路、存储正常时的电容成分的存储元件、对当前的电容成分与正常时的电容成分进行比较的比较器、执行显示部中的测定结果等的显示控制的MPU，若电容成分从正常时的电容成分已超过事先决定的容许范围，判断为缆线的断线。

Description

材料试验机
技术领域
本发明涉及一种经由缆线来将检测器连接在控制装置上的材料试验机。
背景技术
执行用于评价材料的强度或特性的材料试验的材料试验机包括位移计或负荷传感器(load cell)等测定物理量的检测器，位移计测定相当于试验片的伸长的位移，负荷传感器用于测定赋予至试验片中的试验力。位移计与负荷传感器连接材料试验机的控制装置，在控制装置中分别配设有位移计用的测定电路、负荷传感器用的测定电路。而且，控制装置将从这些检测器取得的数据显示在显示器中(参照专利文献1)。
控制装置与检测器之间通过缆线来连接。在专利文献2中提出有一种包括用于检测缆线的断线或短路等异常的断线检测电路的异常检测装置。
[现有技术文献]
[专利文献]
专利文献1：日本专利特开2017-138172号公报
专利文献2：日本专利第4405242号
发明内容
[发明所要解决的问题]
专利文献2的异常检测装置中的断线检测电路与应变测定电路分开存在，所述应变测定电路被输入包含应变仪桥接电路的检测器的正常的测定信号。因此，当欲进行缆线的断线检测时，必须将从应变仪桥接电路朝应变测定电路中的输入切换成从应变仪桥接电路朝断线检测电路中的输入。如此，在将来自应变仪桥接电路的信号输入某一个电路中的切换方式中，无法使断线检测电路与测定电路同时运转。因此，存在如下的情况：在测定中无法检测缆线的断线，使用者发觉缆线的断线的时间晚，浪费试验片或试验时间。
本发明是为了解决所述课题而成者，其目的在于提供一种无论何时均能够容易地进行缆线的断线检测的材料试验机。
[解决问题的技术手段]
技术方案1中记载的发明是一种材料试验机，其包括：对试验片赋予试验力的负荷机构、在通过所述负荷机构对所述试验片赋予试验力时用于测定物理量的检测器、控制装置、将所述检测器与所述控制装置连接的缆线、及显示由所述检测器所得的测定结果的显示部，其中，所述控制装置包括：检波电路，从来自所述检测器的测定信号中提取起因于所述物理量的电阻成分与起因于所述缆线的静电电容的电容成分；存储元件，存储由所述检波电路所提取的正常时的电容成分；以及比较器，对由所述检波电路所提取的当前的电容成分与所述正常时的电容成分进行比较；且根据所述比较器所得的比较的结果，所述当前的电容成分的值相对于所述正常时的电容成分已变动至超过事先决定的容许范围的情况下，则当作所述缆线已断线而通知断线警告。
技术方案2中记载的发明是根据技术方案1中记载的材料试验机，其中，所述控制装置通过将警告显示在所述显示部中来通知断线警告。
技术方案3中记载的发明是根据技术方案1或技术方案2中记载的材料试验机，其中，所述检测器是负荷传感器或位移计，所述负荷传感器是包括作为物理量的检测机构的应变仪桥接电路，而测定施加至所述试验片中的试验力，所述位移计是包括作为物理量的检测机构的应变仪桥接电路，而测定所述试验片的伸长的位移计。
[发明的效果]
根据技术方案1至技术方案3中记载的发明，包括比较器，其通过检波电路而从来自检测器的测定信号中提取起因于检测器的物理量的电阻成分与起因于缆线的静电电容的电容成分，且对正常时的电容成分与当前的电容成分进行比较，由此在利用检测器的物理量的测定中，也可以进行缆线是否已断线的检测，并可向使用者通知断线警告。在电容成分的检测中直接利用检波电路的结构，因此无需如之前那样与测定电路分开设置用于缆线的异常检测的电路，能够以简易的结构检测缆线的断线。
附图说明
图1是本发明的材料试验机的正面概要图。
图2是表示控制装置20的主要的功能结构的框图。
图3是表示断线警告的通知程序的流程图。
[符号的说明]
10：试验片
11：上夹具
12：下夹具
13：十字头
14：盖子
15：基座
16：负荷传感器
17：位移计
18：显示部
19：操作部
20：控制装置
31：功率放大器
32：D/A转换器
33：仪表放大器
34：A/D转换器
35：存储元件
36：同步信号产生电路
41：检波电路
45：存储元件
47：比较器
51：MPU
CL：缆线
具体实施方式
以下，根据图式对本发明的实施方式进行说明。图1是本发明的材料试验机的正面概要图。
此材料试验机是将试验片10配置在由十字头13、基座15、及立设在此基座15的左右的盖子14包围的材料试验机本体的试验空间内来执行作为材料试验的拉伸试验者。试验片10由配设在十字头13侧的上夹具11与固定在基座15上的下夹具12握持两端部，由此配置在试验空间内。另外，此材料试验机包括：作为检测施加至试验片10中的试验力的检测器的负荷传感器16、及检测试验片10中产生的伸长的位移计17。另外，负荷传感器16及位移计17分别包括应变仪桥接电路作为将试验片10中的物理量转换成电信号的检测机构。而且，负荷传感器16及位移计17分别通过缆线CL而与控制装置20连接。
在十字头13的两端部配设有与立设在基座15的左右的盖子14内所配置的一对螺杆进行螺合的未图示的螺母部。而且，一对螺杆通过配设在基座15内的马达的驱动而同步地进行旋转，由此十字头13在上下方向上移动。通过十字头13上升，而对试验片10施加拉伸负荷(试验力)。
在十字头13上附设有用于握持试验片10的上端部的上夹具11。另一方面，在基座15上附设有用于握持试验片10的下端部的下夹具12。当进行拉伸试验时，在利用所述上夹具11及所述下夹具12握持试验片10的两端部的状态下，使十字头13上升，由此对试验片10施加拉伸试验力。
施加至试验片10中的试验力通过配设在十字头13上的负荷传感器16来检测。另外，试验片10的上下的标点间的位移量通过作为接触式的伸长检测器的位移计17来检测。来自负荷传感器16及位移计17的信号经由缆线CL而被输入控制装置20中。控制装置20制作用于使十字头13升降的马达的驱动控制信号，并经由配置在基座15内部的未图示的伺服放大器来使同样未图示的伺服马达进行旋转，而使负荷机构进行动作。由此，十字头13沿着负荷轴移动，拉伸试验等各种材料试验得到执行。另外，位移计17可以是接触式，也可以是非接触式。
控制装置20包含计算机或定序器(sequencer)及它们的周边机器，具有微处理器(Micro Processing Unit，MPU)51、或暂时地存储装置的控制所需的动作程序或数据等的存储器，对装置整体进行控制。控制装置20与试验的开始或停止、进行十字头13的升降操作等时所使用的操作部19，以及用于显示由负荷传感器16所测定的试验力及由位移计17所测定的位移量的显示部18连接。
图2是表示控制装置20的主要的功能结构的框图。在此材料试验机的控制装置20中，设置有多个单元作为与对应于试验所选择的测定机器或传感器等的功能对应的构成单元。在图2中，表示包含将信号输出至构成负荷传感器16或位移计17的物理量检测机构的应变仪桥接电路中，并接受来自应变仪桥接电路的信号输入的功能块的载波式(交流式)的应变测定电路。
在控制装置20中配设存储用于激发应变仪桥接电路的载波数据的存储元件35、对载波进行数字-模拟转换的数字-模拟(digital-analog，D/A)转换器32、将经模拟转换的波形放大的功率放大器31、对从存储元件35朝D/A转换器32发送载波数据的时机进行控制的同步信号产生电路36、将从应变仪桥接电路所输入的测定信号放大的仪表放大器(instrumentation amplifier)33、对测定信号进行模拟-数字转换的模拟-数字(analog-digital，A/D)转换器34、从测定信号中提取电阻成分A与电容成分B的检波电路41、存储正常时的电容成分BN的存储元件45、对当前的电容成分B与正常时的电容成分BN进行比较的比较器47、执行显示部18中的测定结果等的显示控制的MPU51。
按照来自同步信号产生电路36的时机信号被从存储元件35发送至D/A转换器32中并经模拟转换的载波数据由功率放大器31放大后，被从控制装置20中输出，经由缆线CL而被输入检测器的应变仪桥接电路中。已通过应变而得到调幅的载波被从已由载波激发的应变仪桥接电路中输出，经由缆线CL而被输入控制装置20中。控制装置20所接收到的信号由仪表放大器33放大，并通过A/D转换器34而进行了数字化后，被输入检波电路41中。
检波电路41中被输入与从同步信号产生电路36朝存储元件35中输入的时机相同的同步信号。检波电路41包含数字计算电路，提取所输入的测定信号的与载波同步的成分之中，与载波的相位一致的电阻成分A、及相位与载波相差90度的电容成分B。即，在图2中所示的应变测定电路中，设置检波电路41，提取起因于力或位移这一物理量的电阻成分A、及与力或位移无关而起因于寄生在缆线CL中的静电电容的电容成分B。电阻成分A与力或位移的变化量成比例。本发明采用如下的结构：利用起因于寄生在缆线CL中的静电电容的电容成分B的值在缆线CL已断线时变化，检测缆线CL的断线。
此处，在应变仪桥接电路中，接收信号f(t)可通过电阻成分A与电容成分B而由下式(1)表示。
[数学式1]
f(t)＝Asinωt+Bcosωt…(1)
在式(1)中，ω为载波信号的各频率，为了简单，将与载波的相位差设为零。通常，接收信号f(t)的傅里叶变换F(ω)由下式(2)表示。
[数学式2]
Figure BDA0002017783400000061
在图2中所示的应变测定电路中的检波电路41中，在载波的每一个周期进行由下式(3)表示的卷积积分，并提取电阻成分A与电容成分B。
[数学式3]
Figure BDA0002017783400000071
式(2)及式(3)之中，相位与式(1)的sinωt一致的成分为电阻成分A，相位与式(1)的cosωt一致的成分为电容成分B。通过下式(4)及下式(5)而分别提取电阻成分A与电容成分B。
[数学式4]
Figure BDA0002017783400000072
[数学式5]
Figure BDA0002017783400000073
通过式(4)，电容成分B消失，仅提取电阻成分A。同样地，通过式(5)，电阻成分A消失，仅提取电容成分B。
图3是表示断线警告的通知程序的流程图。
在图2中所示的应变测定电路中，只要是在电源被通入材料试验机中，来自各检测器的应变仪桥接电路的信号可由控制装置20侧接收的状态下，则能够始终进行将负荷传感器16或位移计17与控制装置20连接的缆线CL是否已断线的检查。若从各检测器的应变仪桥接电路经由缆线CL而输入控制装置20中的信号被输入检波电路41中，则通过所述式(4)及式(5)来提取电阻成分A与电容成分B(步骤S11)。电阻成分A作为物理量的信号而被输入MPU51中，并作为负荷传感器16所检测到的试验力、或位移计17所检测到的位移而显示在显示部18中。
电容成分B被发送至比较器47中，并与事先存储在存储元件45中的正常时的电容成分BN进行比较。此处，存储在存储元件45中的正常时的电容成分BN例如为在缆线CL的最初的使用开始时或检测器的校正时等可识别为正常时，通过所述式(5)所求出的电容成分B的值。比较器47中的比较是用于了解相对于正常时的电容成分BN，已被从检测器的信号中提取的当前的电容成分B变动了何种程度者。因此，比较器47对由检波电路41所提取的当前的电容成分B与正常时的电容成分BN进行比较，并将其比较结果输出至MPU51中。此处的比较结果例如是指判断电容成分B相对于正常时的电容成分BN是否已变动至超过容许范围的结果(步骤S12)等根据当前的电容成分B与正常时的电容成分BN的比较所导出的结果。
已接受比较结果的MPU51对应于已被从比较器47中输出的比较结果，通知断线警告(步骤S13)。例如，当当前的电容成分B相对于正常时的电容成分BN已变动至超过容许范围时，通过已接受此结果的MPU51来向显示部18通知显示为“有缆线断线”的断线警告。另外，断线警告并不限定于显示部18中的警告显示，也可以采用警报音等其他方法。
如此，在此实施方式中，不设置独立的断线检测电路，通过A/D转换器34来将已被输入控制装置20中的来自检测器的信号加以数值化，并将此信号输入所述检波电路41中，由此当从输入信号中取出表示物理量的信号(电阻成分A)时，也可以取出起因于缆线CL的静电电容的信号(电容成分B)。而且，将起因于正常的缆线CL的静电电容的信号事先存储在存储元件45中，若与事先存储的值的差异变大，则判断缆线CL已断线并向使用者发出警告。因此，使用者能够始终知道断线，能够防止继续进行无用的试验。
另外，通过所述检波电路41，以规定的时间间隔所提取的起因于缆线CL的静电电容的信号也可以作为连续量来取出，因此不仅可判断缆线CL的完全的断线，也可以根据电容成分B的经时变化的倾向，判断是否为快要断线的状态。若可在缆线CL完全断线之前，进行缆线CL的更换或修理，则能够防止试验片10或试验时间的浪费。
在所述实施方式中，以包括应变仪桥接电路的检测器为例进行了说明，但在包括其他交流测定电路的检测器中，也可以采用与所述实施方式相同的检波电路41与比较器47，从经由缆线CL所输入的信号中提取起因于缆线CL的静电电容的电容成分，并将其用于缆线CL有无断线的判断。例如，在利用交流对一次线圈进行励磁，通过因与试验片10的伸长联动地转动的可动铁芯而在二次线圈中产生的感应电压来测定位移的差动变压器式位移计的缆线CL的断线检测中，也可以应用本发明。

Claims (3)

1.一种材料试验机，其包括：对试验片赋予试验力的负荷机构、在通过所述负荷机构对所述试验片赋予试验力时用于测定物理量的检测器、控制装置、将所述检测器与所述控制装置连接的缆线、及显示由所述检测器所得的测定结果的显示部，其特征在于，
所述控制装置包括：
检波电路，从来自所述检测器的测定信号中提取作为所述物理量的信号而被输入的电阻成分与起因于所述缆线的静电电容的电容成分，所述物理量包括由所述检测器所检测的所述试验力或所述试验片的伸长量；
存储元件，存储由所述检波电路所提取的正常时的电容成分；以及
比较器，对由所述检波电路所提取的当前的电容成分与所述正常时的电容成分进行比较；且
根据所述比较器所得的比较的结果，所述当前的电容成分的值相对于所述正常时的电容成分已变动至超过事先决定的容许范围的情况下，则当作所述缆线已断线而通知断线警告。
2.根据权利要求1所述的材料试验机，其特征在于，
所述控制装置通过将警告显示在所述显示部中来通知断线警告。
3.根据权利要求1或2所述的材料试验机，其特征在于，
所述检测器是负荷传感器或位移计，
所述负荷传感器是包括作为物理量的检测机构的应变仪桥接电路，而测定施加至所述试验片中的试验力的负荷传感器，
所述位移计是包括作为物理量的检测机构的应变仪桥接电路，而测定所述试验片的伸长的位移计。
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