CN112113842A - 平面双轴试验的数据测量装置与数据测量方法 - Google Patents

Abstract

本公开是关于一种平面双轴试验的数据测量装置与数据测量方法，该数据测量装置包括：多个引伸杠杆、传感器与采集器，目标平面双轴试验件的四个加载朝向上分别设有标据点，多个所述引伸杠杆的一端分别与四个加载朝向上所述标据点对应连接；所述多个引伸杠杆的另一端与所述传感器连接，所述传感器用于获取各所述引伸杠杆与目标平面双轴试验件连接的端部的位移信息；采集器与所述传感器连接，能够获取所述位移信息并根据所述位移信息确定所述目标平面双轴试验件的应变信息。本公开提供的平面双轴试验的数据测量装置，使用方便、测量准确、操作便捷。

Description

平面双轴试验的数据测量装置与数据测量方法

技术领域

本公开涉及工程试验技术领域，具体而言，涉及一种平面双轴试验的数据测量装置与平面双轴试验的数据测量方法。

背景技术

传统的单轴拉伸检测试验方法并不能如实再现材料在实际工程中的受力情况，而且，很多材料具有明显的各向异性，所以相较于单轴试验，进行双轴应力状态下的力学测试试验可以获得材料更准确的力学性能。

平面双轴试验的试样一般为十字形试样，这种试样的双向应力区通常为一平面，因此，常规的技术手段是通过在双向应力区上粘贴不同布置的应变片或应变花，通过采集应变片应变信号获得需要的参数。但是，通过采集应变片应变信号获得需要的参数，测量精度低，操作难度大。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于提供一种平面双轴试验的数据测量装置与平面双轴试验的数据测量方法，使用方便、测量准确、操作便捷。

根据本公开的一个方面，提供了一种平面双轴试验的数据测量装置，该数据测量装置包括：

多个引伸杠杆，目标平面双轴试验件的四个加载朝向上分别设有标据点，多个所述引伸杠杆的一端分别与四个加载朝向上所述标据点对应连接；

传感器，所述多个引伸杠杆的另一端与所述传感器连接，所述传感器用于获取各所述引伸杠杆与目标平面双轴试验件连接的端部的位移信息；

采集器，与所述传感器连接，能够获取所述位移信息并根据所述位移信息确定所述目标平面双轴试验件的应变信息。

在本公开的一种示例性实施例中，相对设置的所述引伸杠杆的杠杆放大倍数相等。

在本公开的一种示例性实施例中，所述引伸杠杆的杠杆放大倍数为常数。

在本公开的一种示例性实施例中，各所述引伸杠杆通过固定件与所述目标平面双轴试验件上对应标据点固定连接。

在本公开的一种示例性实施例中，所述目标平面双轴试验件呈十字形，所述目标平面双轴试验件包括中心部以及与所述中心部连接的四个延伸部，相邻所述延伸部的延伸方向互呈90°夹角；设有四个所述标据点，四个所述标据点均位于所述中心部。

在本公开的一种示例性实施例中，四个所述标据点分别位于所述目标平面双轴试验件的十字形中心轴的四个方向的轴线上。

在本公开的一种示例性实施例中，所述采集器根据所述位移信息确定所述目标平面双轴试验件的应变信息，包括：

所述目标平面双轴试验件的所述应变信息根据以下公式确定：

ε_a＝k₁(a₁-a₂)/a

ε_b＝k₂(b₁-b₂)/b

其中，ε_a为第一标距点与第二标距点所在方向的名义应变，ε_b为第三标距点与第四标距点所在方向的名义应变，k₁为第一引伸杠杆与第二引伸杠杆的放大倍数、k₂为第三引伸杠杆与第四引伸杠杆的放大倍数，a₁为第一引伸杠杆末端的相对位移值、a₂为第二引伸杠杆末端的相对位移值、b₁为第三引伸杠杆末端的相对位移值、b₂为第四引伸杠杆末端的相对位移值，a为加载前第一引伸杠杆与第二引伸杠杆的相对距离，b为加载前第三引伸杠杆与第四引伸杠杆的相对距离。

在本公开的一种示例性实施例中，所述数据测量装置还包括：

图像传感器，与所述采集器连接，用于获取所述目标平面双轴试验件加载前后包括各所述标据点的图像；所述采集器能够根据所述图像传感器获取的所述目标平面双轴试验件加载前后包括各所述标据点的图像，确定所述目标平面双轴试验件的应变信息。

在本公开的一种示例性实施例中，所述图像传感器为CCD图像传感器。

根据本公开的另一个方面，还提供了一种平面双轴试验的数据测量方法，该据测量方法包括：

提供多个引伸杠杆，目标平面双轴试验件的四个拉伸朝向上分别设有标据点，将多个所述引伸杠杆的一端分别与四个拉伸朝向上所述标据点连接；

将所述多个引伸杠杆的另一端与传感器连接，通过所述传感器获取各所述引伸杠杆与目标平面双轴试验件连接的端部的位移信息；

将所述传感器与采集器连接，所述采集器用于获取所述位移信息并根据所述位移信息确定所述目标平面双轴试验件的应变信息。

本公开提供的平面双轴试验的数据测量装置，适用于对目标平面双轴试验件进行目标各种加载工况的平面双轴试验，包括准静态加载试验和动态的疲劳试验，目标平面双轴试验件的四个加载朝向上分别设有标据点，多个引伸杠杆的一端分别与四个加载朝向上标据点对应固定连接，当目标平面双轴试验件收到加载力产生形成时，引伸杠杆与标据点同步移动，通过传感器能够获取到各引伸杠杆与标据点连接的端部的位移信息，从而获取到各标据点的位移信息，从而采集器通过各标据点的位移信息确定目标平面双轴试验件的应变信息，使用方便、测量准确、操作便捷。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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为本公开的一种实施例提供的数据测量装置的示意图；

图2为本公开的另一种实施例提供的数据测量装置的示意图；

图3为本公开的另一种实施例提供的目标平面双轴试验件的示意图；

图4为本公开的一种实施例提供的数据测量方法的流程图。

附图标记说明：

1、第一引伸杠杆，2、第二引伸杠杆，3、第三引伸杠杆，4、第四引伸杠杆，5、传感器，6、采集器，7、图像传感器，8、目标平面双轴试验件；

A1、第一标据点，A2、第二标据点，B1、第三标据点，B2、第四标据点。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。

此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。用语“一个”、“一”、“该”和“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的组成部分之外还可存在另外的组成部分；用语“第一”、“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。

本示例实施方式中首先提供了一种平面双轴试验的数据测量装置，如图1所示，包括：多个引伸杠杆、传感器5与采集器6，目标平面双轴试验件8的四个加载朝向上分别设有标据点，多个引伸杠杆的一端分别与四个加载朝向上标据点对应连接；多个引伸杠杆的另一端与传感器5连接，传感器5用于获取各引伸杠杆与目标平面双轴试验件8连接的端部的位移信息；采集器6与传感器5连接，能够获取位移信息并根据位移信息确定目标平面双轴试验件8的应变信息。

本公开提供的平面双轴试验的数据测量装置，适用于对目标平面双轴试验件8进行目标各种加载工况的平面双轴试验，包括准静态加载试验和动态的疲劳试验，目标平面双轴试验件8的四个加载朝向上分别设有标据点，多个引伸杠杆的一端分别与四个加载朝向上标据点对应固定连接，当目标平面双轴试验件8收到加载力产生形成时，引伸杠杆与标据点同步移动，通过传感器5能够获取到各引伸杠杆与标据点连接的端部的位移信息，从而获取到各标据点的位移信息，从而采集器6通过各标据点的位移信息确定目标平面双轴试验件8的应变信息，使用方便、测量准确、操作便捷。

如图1和图3所示，目标平面双轴试验件8呈十字形，目标平面双轴试验件8包括中心部以及与中心部连接的四个延伸部，相邻延伸部的延伸方向互呈90°夹角；设有四个标据点，四个标据点均位于中心部。当然，各标据点也可位于目标平面双轴试验件8的延伸部上。

其中，四个标据点分别位于目标平面双轴试验件8的十字形中心轴的四个方向的轴线上。目标平面双轴试验件8的两个交叉的主体中心轴线的交叉形成十字形中心轴，第一标据点A1、第二标据点A2、第三标据点B1与第四标据点B2分别位于十字形中心轴的四个朝向的轴线上。第一引伸杠杆1的端部与第一标据点A1固定连接，第二引伸杠杆2与第二标据点A2固定连接，第三引伸杠杆3与第三标据点B1固定连接，第四引伸杠杆4与第四标据点B2固定连接。当然，各标据点也可位于十字形中心轴的四个朝向的轴线周围，目标平面双轴试验件8四个方向的轴线上可分别设置多个标据点，本公开对此不做限制。

其中，相对设置的引伸杠杆的杠杆放大倍数相等，即相对设置的第一引伸杠杆1与第二引伸杠杆2的杠杆放大倍数相等，相对设置的第三引伸杠杆3与第四引伸杠杆4的杠杆放大倍数相等；引伸杠杆的杠杆放大倍数为常数，即第一引伸杠杆1、第二引伸杠杆2、第三引伸杠杆3与第四引伸杠杆4的杠杆放大倍数为常数。

具体地，各引伸杠杆通过固定件与目标平面双轴试验件8上对应标据点固定连接。目标平面双轴试验件8在加载过程中，第一引伸杠杆1的端部与第一标据点A1、第二引伸杠杆2与第二标据点A2、第三引伸杠杆3与第三标据点B1、第四引伸杠杆4与第四标据点B2固定连接始终紧密接触，如可通过使用皮筋、弹簧等手段使其在加载过程中始终紧密接触。

其中，当采用皮筋或弹簧使各引伸杆与标据点紧密接触，可通过在引伸杆与目标平面双轴试验件接触的端部设置至少一对位置相对的挂耳，挂耳位于引伸杆的两侧，将皮筋或弹簧的两端分别固定在挂耳上，使得引伸杆与皮筋或弹簧配合抱紧目标平面双轴试验件，从而使引伸杆在加载过程中始终与目标平面双轴试验件紧密接触。当然，本领域技术人员还可采用其他方式使使引伸杆在加载过程中始终与目标平面双轴试验件紧密接触，本公开对此不做限制。

具体地，对于杠杆式引伸计，可通过千分表顶杆接收变形量，变形通过顶杆传至表内的齿轮系统进行放大，最后由表盘上的指针显示出示数。杠杆式引伸计前端同样采用机械结构采集试样变形，后端将变形量传递至各类电气原件组成的传感器，传感器将变形量转化为电信号，处理器对电信号进行滤波、模数转换、放大等处理，最终将变形值显示出来。

如图2所示，第一引伸杠杆1、第二引伸杠杆2、第三引伸杠杆3与第四引伸杠杆4与传感器5相连，构成杠杆放大器，其放大倍数K由其物理长度参数决定，例如放大倍数K为100、200等，本领域技术人员可根据实际需要进行设定，本公开在此不做限制。其中第一引伸杠杆1与第二引伸杠杆2的杠杆放大倍数相同，记为k1，第三引伸杠杆3与第四引伸杠杆4的杠杆放大倍数相同，记为k2，传感器5将放大后的位移信号传输给采集器6，进而进行后续处理。其中第一标据点A1与第二标据点A2在竖直方向，二者加载前竖直间距为a，第三标据点B1与第四标据点B2在水平方向，二者加载前水平距离为b；在某加载时刻，第一标据点A1、第二标据点A2、第三标据点B1与第四标据点B2沿各自方向分别产生相对位移a₁、a₂、b₁、b₂，则该加载时刻目标平面双轴试验件8的应变信息根据以下公式确定：

ε_a＝k₁(a₁-a₂)/a

ε_b＝k₂(b₁-b₂)/b

其中，ε_a为第一标距点A1与第二标距点A2所在方向的名义应变，ε_b为第三标距点B1与第四标距点B2所在方向的名义应变，k₁为第一引伸杠杆1与第二引伸杠杆2的放大倍数、k₂为第三引伸杠杆3与第四引伸杠杆4的放大倍数，a₁为第一引伸杠杆1末端的相对位移值、a₂为第二引伸杠杆2末端的相对位移值、b₁为第三引伸杠杆3末端的相对位移值、b₂为第四引伸杠杆4末端的相对位移值，a为加载前第一引伸杠杆1与第二引伸杠杆2的相对距离，b为加载前第三引伸杠杆3与第四引伸杠杆4的相对距离。

如图2所示，数据测量装置还包括：图像传感器7。图像传感器7与采集器6连接，用于获取目标平面双轴试验件8加载前后包括各标据点的图像；图像传感器7可单独使用，采集器6能够根据图像传感器7获取的目标平面双轴试验件8加载前后包括各标据点的图像，确定目标平面双轴试验件8的应变信息。

其中，图像传感器7为CCD图像传感器。在加载时，CCD图像传感器可单独使用，可用CCD图像传感器实时采集目标平面双轴试验件8的变形图像，通过提前在目标平面双轴试验件8上选取第一标据点A1、第二标据点A2、第三标据点B1与第四标据点B2，通过比较第一标据点A1、第二标据点A2、第三标据点B1与第四标据点B2在加载前后的像素位移，进而换算出实际位移，并通过标距长度按上述公式计算得到应变信息。

下述为本公开方法实施例，可以用于执行本公开装置实施例。对于本公开方法实施例中未披露的细节，请参照本公开装置实施例。

本公开还提供了一种平面双轴试验的数据测量方法，如图4所示，该数据测量方法包括：

步骤S100、提供多个引伸杠杆，目标平面双轴试验件的四个拉伸朝向上分别设有标据点，将多个引伸杠杆的一端分别与四个拉伸朝向上标据点连接；

步骤S200、将多个引伸杠杆的另一端与传感器连接，通过传感器获取各引伸杠杆与目标平面双轴试验件连接的端部的位移信息；

步骤S300、将传感器与采集器连接，采集器用于获取位移信息并根据位移信息确定目标平面双轴试验件的应变信息。

本公开提供的平面双轴试验的数据测量方法，适用于对目标平面双轴试验件进行目标各种加载工况的平面双轴试验，包括准静态加载试验和动态的疲劳试验，目标平面双轴试验件的四个加载朝向上分别设有标据点，通过多个引伸杠杆的一端分别与四个加载朝向上标据点对应固定连接，当目标平面双轴试验件收到加载力产生形成时，引伸杠杆与标据点同步移动，通过传感器能够获取到各引伸杠杆与标据点连接的端部的位移信息，从而获取到各标据点的位移信息，从而采集器通过各标据点的位移信息确定目标平面双轴试验件的应变信息，使用方便、测量准确、操作便捷。

下面，将对本示例实施方式中的平面双轴试验的数据测量方法的各步骤进行进一步的说明。

在步骤S100中，提供多个引伸杠杆，目标平面双轴试验件的四个拉伸朝向上分别设有标据点，将多个引伸杠杆的一端分别与四个拉伸朝向上标据点连接。

具体地，如图1和图3所示，目标平面双轴试验件8呈十字形，目标平面双轴试验件8包括中心部以及与中心部连接的四个延伸部，相邻延伸部的延伸方向互呈90°夹角；设有四个标据点，四个标据点均位于中心部。

其中，四个标据点分别位于目标平面双轴试验件8的十字形中心轴的四个方向的轴线上。目标平面双轴试验件8的两个交叉的主体中心轴线的交叉形成十字形中心轴，第一标据点A1、第二标据点A2、第三标据点B1与第四标据点B2分别位于十字形中心轴的四个朝向的轴线上。第一引伸杠杆1的端部与第一标据点A1固定连接，第二引伸杠杆2与第二标据点A2固定连接，第三引伸杠杆3与第三标据点B1固定连接，第四引伸杠杆4与第四标据点B2固定连接。

其中，相对设置的引伸杠杆的杠杆放大倍数相等，即相对设置的第一引伸杠杆1与第二引伸杠杆2的杠杆放大倍数相等，相对设置的第三引伸杠杆3与第四引伸杠杆4的杠杆放大倍数相等；引伸杠杆的杠杆放大倍数为常数，即第一引伸杠杆1、第二引伸杠杆2、第三引伸杠杆3与第四引伸杠杆4的杠杆放大倍数为常数。

其中，各引伸杠杆通过固定件与目标平面双轴试验件8上对应标据点固定连接。目标平面双轴试验件8在加载过程中，第一引伸杠杆1的端部与第一标据点A1、第二引伸杠杆2与第二标据点A2、第三引伸杠杆3与第三标据点B1、第四引伸杠杆4与第四标据点B2固定连接始终紧密接触，如可通过使用皮筋、弹簧等手段使其在加载过程中始终紧密接触。

在步骤S200中，将多个引伸杠杆的另一端与传感器连接，通过传感器获取各引伸杠杆与目标平面双轴试验件连接的端部的位移信息。

具体地，对图2所示，第一引伸杠杆1、第二引伸杠杆2、第三引伸杠杆3与第四引伸杠杆4与传感器5相连，构成杠杆放大器，其放大倍数K由其物理长度参数决定，其中第一引伸杠杆1与第二引伸杠杆2的杠杆放大倍数相同，记为k1，第三引伸杠杆3与第四引伸杠杆4的杠杆放大倍数相同，记为k2。

在步骤S300中，将传感器与采集器连接，采集器用于获取位移信息并根据位移信息确定目标平面双轴试验件的应变信息。

具体地，传感器5将放大后的位移信号传输给采集器6，进而进行后续处理。其中第一标据点A1与第二标据点A2在竖直方向，二者加载前竖直间距为a，第三标据点B1与第四标据点B2在水平方向，二者加载前水平距离为b；在某加载时刻，第一标据点A1、第二标据点A2、第三标据点B1与第四标据点B2沿各自方向分别产生相对位移a₁、a₂、b₁、b₂，则该加载时刻目标平面双轴试验件8的应变信息根据以下公式确定：

ε_a＝k₁(a₁-a₂)/a

ε_b＝k₂(b₁-b₂)/b

其中，ε_a为第一标距点A1与第二标距点A2所在方向的名义应变，ε_b为第三标距点B1与第四标距点B2所在方向的名义应变，k₁为第一引伸杠杆1与第二引伸杠杆2的放大倍数、k₂为第三引伸杠杆3与第四引伸杠杆4的放大倍数，a₁为第一引伸杠杆1末端的相对位移值、a₂为第二引伸杠杆2末端的相对位移值、b₁为第三引伸杠杆3末端的相对位移值、b₂为第四引伸杠杆4末端的相对位移值，a为加载前第一引伸杠杆1与第二引伸杠杆2的相对距离，b为加载前第三引伸杠杆3与第四引伸杠杆4的相对距离。

此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (10)

1.一种平面双轴试验的数据测量装置，其特征在于，包括：

多个引伸杠杆，目标平面双轴试验件的四个加载朝向上分别设有标据点，多个所述引伸杠杆的一端分别与四个加载朝向上所述标据点对应连接；

传感器，所述多个引伸杠杆的另一端与所述传感器连接，所述传感器用于获取各所述引伸杠杆与目标平面双轴试验件连接的端部的位移信息；

采集器，与所述传感器连接，能够获取所述位移信息并根据所述位移信息确定所述目标平面双轴试验件的应变信息。

2.根据权利要求1所述的数据测量装置，其特征在于，相对设置的所述引伸杠杆的杠杆放大倍数相等。

3.根据权利要求1所述的数据测量装置，其特征在于，所述引伸杠杆的杠杆放大倍数为常数。

4.根据权利要求1所述的数据测量装置，其特征在于，各所述引伸杠杆通过固定件与所述目标平面双轴试验件上对应标据点固定连接。

5.根据权利要求1所述的数据测量装置，其特征在于，所述目标平面双轴试验件呈十字形，所述目标平面双轴试验件包括中心部以及与所述中心部连接的四个延伸部，相邻所述延伸部的延伸方向互呈90°夹角；设有四个所述标据点，四个所述标据点均位于所述中心部。

6.根据权利要求5所述的数据测量装置，其特征在于，四个所述标据点分别位于所述目标平面双轴试验件的十字形中心轴的四个方向的轴线上。

7.根据权利要求5所述的数据测量装置，其特征在于，所述采集器根据所述位移信息确定所述目标平面双轴试验件的应变信息，包括：

所述目标平面双轴试验件的所述应变信息根据以下公式确定：

ε_a＝k₁(a₁-a₂)/a

ε_b＝k₂(b₁-b₂)/b

其中，ε_a为第一标距点与第二标距点所在方向的名义应变，ε_b为第三标距点与第四标距点所在方向的名义应变，k₁为第一引伸杠杆与第二引伸杠杆的放大倍数、k₂为第三引伸杠杆与第四引伸杠杆的放大倍数，a₁为第一引伸杠杆末端的相对位移值、a₂为第二引伸杠杆末端的相对位移值、b₁为第三引伸杠杆末端的相对位移值、b₂为第四引伸杠杆末端的相对位移值，a为加载前第一引伸杠杆与第二引伸杠杆的相对距离，b为加载前第三引伸杠杆与第四引伸杠杆的相对距离。

8.根据权利要求1所述的数据测量装置，其特征在于，所述数据测量装置还包括：

图像传感器，与所述采集器连接，用于获取所述目标平面双轴试验件加载前后包括各所述标据点的图像；所述采集器能够根据所述图像传感器获取的所述目标平面双轴试验件加载前后包括各所述标据点的图像，确定所述目标平面双轴试验件的应变信息。

9.根据权利要求8所述的数据测量装置，其特征在于，所述图像传感器为CCD图像传感器。

10.一种平面双轴试验的数据测量方法，其特征在于，包括：

提供多个引伸杠杆，目标平面双轴试验件的四个拉伸朝向上分别设有标据点，将多个所述引伸杠杆的一端分别与四个拉伸朝向上所述标据点连接；

将所述多个引伸杠杆的另一端与传感器连接，通过所述传感器获取各所述引伸杠杆与目标平面双轴试验件连接的端部的位移信息；

将所述传感器与采集器连接，所述采集器用于获取所述位移信息并根据所述位移信息确定所述目标平面双轴试验件的应变信息。

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