【正文】 接收到的數(shù)據(jù)不多則可以將時(shí)間值設(shè)得大些。在等待定時(shí)器消息到達(dá)期間，可能有不止一個(gè)數(shù)據(jù)傳到串口中，由于Windows本身對串口提供了一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，每當(dāng)收到一個(gè)數(shù)據(jù)后，windows會首先將該數(shù)據(jù)保存到該緩沖區(qū)中，因此只要在等待定時(shí)器消息到來期間傳到串口中的數(shù)據(jù)不超過Windows的串口緩沖區(qū)的大小，不會造成數(shù)據(jù)丟失。因此利用定時(shí)器，可以在一定程度上實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)串口通信:設(shè)置定時(shí)器，進(jìn)入消息循環(huán)，然后在收到一條定時(shí)器消息時(shí)便去接收傳到串口中的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理?？煽紤]采用數(shù)據(jù)的多級存取、高精度多媒體定時(shí)器、多線程等途徑解決實(shí)時(shí)性問題。而編寫設(shè)備驅(qū)動程序比編寫普通的應(yīng)用程序要復(fù)雜得多，且如果設(shè)備驅(qū)動程序有問題將有可能造成整個(gè)Windows崩潰。因此，在Windows操作系統(tǒng)下要保證測控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性存在較大困難。對硬件的操作不如在DOS或其它一些實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)下面那樣便捷。表現(xiàn)為實(shí)時(shí)性差。PC機(jī)中的異步串行通信口當(dāng)串口的通信電路收到一個(gè)數(shù)據(jù)后，會向CPU發(fā)出一個(gè)中斷請求，通過響應(yīng)這個(gè)中斷可以非常及時(shí)地對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可以說這是實(shí)時(shí)串口通信的最好的方法。材料試驗(yàn)機(jī)測控系統(tǒng)強(qiáng)實(shí)時(shí)性問題計(jì)算機(jī)從外部機(jī)器或設(shè)備上獲取數(shù)據(jù)，并在對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理后進(jìn)一步去控制外部機(jī)器或設(shè)備。況且，使用單位人員在調(diào)整試驗(yàn)機(jī)示值方面也沒有檢定人員的專業(yè)素質(zhì)和經(jīng)驗(yàn)，故無法保證試驗(yàn)機(jī)的準(zhǔn)確性，將會給試驗(yàn)結(jié)果造成嚴(yán)重的隱患。但是，切不可自行參照度盤示值來調(diào)整數(shù)字系統(tǒng)示值。用戶在使用時(shí)可以對兩套系統(tǒng)進(jìn)行對比。應(yīng)根據(jù)JJFllO3一2003《萬能試驗(yàn)機(jī)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)評定》中的要求設(shè)定采集速率。因?yàn)闄z定中在檢定點(diǎn)處加荷速率很慢，接近靜態(tài)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)與實(shí)際力值有充分的時(shí)間達(dá)到一致。如果數(shù)據(jù)采集速率過慢，會使試驗(yàn)機(jī)采集到的數(shù)據(jù)變化跟不上試樣實(shí)際所受力值的變化，導(dǎo)致試樣破碎或斷裂時(shí)試驗(yàn)機(jī)采集不到最大值，造成測得值低于實(shí)際力值，會嚴(yán)重影響對試驗(yàn)結(jié)果的判定。為達(dá)到上述目的，應(yīng)用電液比例控制閥調(diào)速技術(shù)，并采用壓力、應(yīng)變及位移傳感器，用一種比例積分適時(shí)調(diào)整PID控制方法，便能實(shí)現(xiàn)應(yīng)力、應(yīng)變、位移的精確控制，并且性能可靠，使用面廣。s，A0=，則控制的拉伸速率應(yīng)為:15N/mm2 因此如何科學(xué)有效地達(dá)到對材料試驗(yàn)機(jī)的應(yīng)力速率及應(yīng)變速率控制，是目前試驗(yàn)機(jī)領(lǐng)域的關(guān)鍵問題。在國際標(biāo)準(zhǔn) 1506892:1998(E)及國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T228一2002中，試驗(yàn)條件的規(guī)定如表3一1所示。數(shù)據(jù)采集速率問題如果材料試驗(yàn)時(shí)所加應(yīng)力速率及應(yīng)變速率不同，試驗(yàn)所測得的有關(guān)強(qiáng)度數(shù)據(jù)就有差別。試驗(yàn)報(bào)表模塊: 生成并打印試驗(yàn)報(bào)表。數(shù)據(jù)顯示模塊: 數(shù)字顯示、擋位跳變、特征分析、曲線顯示、曲線打印、縮放。數(shù)據(jù)查詢模塊: 查詢試件的詳細(xì)數(shù)據(jù)以及過程曲線時(shí)。聯(lián)機(jī)測試模塊： 包括曲線顯示、數(shù)據(jù)采集模塊與數(shù)據(jù)處理功能模塊。試驗(yàn)方案設(shè)置模塊: 包括試驗(yàn)方案名、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)和加載方式。主模塊: 可進(jìn)入各個(gè)模塊，用于各個(gè)界面的切換。以及設(shè)計(jì)由傳感器、信號調(diào)理、數(shù)據(jù)采集硬件、個(gè)人計(jì)算機(jī)、軟件等基本要素構(gòu)成液壓萬能試驗(yàn)機(jī)的計(jì)算機(jī)自動測試系統(tǒng)。其基本功能是通過更換夾具，完成各種特定的試驗(yàn)?？刂茩M梁升降機(jī)構(gòu)的動作以及各種限位、過載保護(hù)等。電氣部分:其基本組成有各類變壓器、繼電器、交流接觸器、開關(guān)按鈕等。檢測部分:主要由壓力傳感器、電子引伸計(jì)、位移傳感器等組成，主要功能是檢測試驗(yàn)對象所受的試驗(yàn)力、變形及橫梁運(yùn)動的位移。液壓控制系統(tǒng):主要由油箱、高壓油泵、送油閥、回油閥、電液比例閥、截止閥、測力油缸活塞、主機(jī)的工作油缸、工作活塞等組成。因此，升級改造后的液壓式萬能試驗(yàn)機(jī)由以下幾部分構(gòu)成:主機(jī)部分:主要由油缸、工作活塞、底座、工作臺、立柱、上下移動橫梁、試樣夾持以及橫梁升降機(jī)構(gòu)等組成。試驗(yàn)機(jī)的應(yīng)力、應(yīng)變、位移系統(tǒng)由三路傳感器實(shí)現(xiàn)。如果自動加載時(shí)關(guān)閉節(jié)流閥5和截止閥8，打開截止閥12和控制油路中增加的電液比例閥11。只要手動調(diào)節(jié)節(jié)流閥4開度即可達(dá)到手動加載的目的，打開截止閥8，調(diào)節(jié)節(jié)流閥5即可完成卸載。改造后的試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)既可手動操作，也可自動操作。要對這些物理量進(jìn)行控制和對參數(shù)的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)其功能，還要增加數(shù)據(jù)采集器實(shí)現(xiàn)信號的采集、放大及A/D轉(zhuǎn)換等。電子引伸計(jì)則在試驗(yàn)時(shí)裝夾在試件上，可準(zhǔn)確測量試件的微小變形。我們的改造思路是在試驗(yàn)機(jī)的進(jìn)油口處增加三通管接頭，兩端接油管，中間接壓力傳感器，它能夠感受油缸油壓的變化，并以電壓的形式輸出，通過計(jì)算機(jī)處理，從而測量出油缸油液壓力的變化，進(jìn)而獲得力信號。其改造后的液壓控制系統(tǒng)原理如圖3一3所示。圖3一2表示了這一采樣過程。采樣前的信號是時(shí)間和幅度均連續(xù)的模擬信號，采樣后則成了時(shí)間上離散的信號。數(shù)據(jù)采集硬件數(shù)據(jù)采集硬件是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的重要組成部分，完成模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，然后再傳送到計(jì)算機(jī)中。如果信號調(diào)理電路輸出的是規(guī)范化的標(biāo)準(zhǔn)信號，即4~2OmA電流信號，則稱這種信號調(diào)理電路為變送器。幾乎所有的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)都會不同程度地受到來自電源線或機(jī)械設(shè)備5OHz的噪聲干擾，因此，大多數(shù)信號調(diào)理模塊都包含有低通濾波器，最大限度地剔除50Hz或60Hz的噪聲。最后是濾波。采用隔離可以保證插入式數(shù)據(jù)采集板的讀數(shù)不受地電位或共態(tài)電壓差異的影響。其二隔離。為了獲得盡可能高的精度，應(yīng)將輸入信號放大到與數(shù)據(jù)采集板中的A/D轉(zhuǎn)換器相適配的程度。通常實(shí)際的物理量信號是很微弱，需要通過放大調(diào)理來增加其分辨率和敏感性。是大多數(shù)基于PC機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不可缺少的組成部分。信號調(diào)理來自傳感器的輸出信號通常是含有干擾噪聲的微弱信號，必須首先經(jīng)過處理才能被數(shù)據(jù)采集板精確地、可靠地采集，這種前端口處理就是信號調(diào)理。選用不同傳感器，可以完成對不同物理量的測試。又如應(yīng)變片、流量傳感器等將壓力、流速轉(zhuǎn)換成電信號。液壓萬能試驗(yàn)機(jī)計(jì)算機(jī)自動測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖3一1所示:傳感器傳感器是把物理量轉(zhuǎn)換成電信號的裝置。還可以繪制多種試驗(yàn)曲線，具有曲線數(shù)據(jù)存儲及曲線放大功能，適合試驗(yàn)機(jī)高自動化水平，操作簡便，可靠性高，穩(wěn)定性好方向發(fā)展的要求。三、采用微機(jī)和傳感器技術(shù)對舊式的材料試驗(yàn)機(jī)及監(jiān)測等設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，在應(yīng)力應(yīng)變速率控制問題上采用電液伺服閥或電液比例閥實(shí)現(xiàn)高精度控制，測量控制系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)卡式設(shè)計(jì)，采用光電隔離集成電路。但液壓萬能材料試驗(yàn)機(jī)是一種典型的非線性時(shí)變系統(tǒng)，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用常規(guī)PID控制器很難達(dá)到理想的控制效果。二、采用由速度控制器控制力矩電機(jī)，從而帶動壓力控制施加負(fù)荷，并具有速度電流反饋，是一種傳統(tǒng)的控制方式。但電路系統(tǒng)復(fù)雜，系統(tǒng)的穩(wěn)定性不高，數(shù)據(jù)的處理速度慢，無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。選擇何種改造方案，要結(jié)合具體的實(shí)際情況，選擇最佳的改造方案，以滿足用戶的需要。該測試系統(tǒng)能極大地提高設(shè)備性能，并且簡單易于實(shí)現(xiàn)。在以計(jì)算機(jī)為核心地位，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為基礎(chǔ)的自動測試系統(tǒng)很好地解決了效率低下的問題。(3)解決曲線繪制單一的問題:壓力傳感器能夠?qū)崟r(shí)檢測油液壓力的變化，電子引伸計(jì)和光電編碼器能夠?qū)崟r(shí)檢測試樣的各個(gè)階段的變形量，通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)和測試系統(tǒng)的緊密結(jié)合，由計(jì)算機(jī)作圖形處理，能夠方便地繪出應(yīng)力應(yīng)變、力變形、位移時(shí)間、速度時(shí)間等多種類型的關(guān)系曲線。(2)解決應(yīng)力應(yīng)變速率控制的問題:采用電液比例閥為控制元件的控制系統(tǒng)，能夠通過改變輸入電流值來控制比例閥的開口度，從而準(zhǔn)確地控制閥的輸出流量。應(yīng)變通道采用電子引伸計(jì)，試驗(yàn)時(shí)夾持在試樣兩端，從而檢測試樣的微小變形量。主要解決以下內(nèi)容:(l)解決測量精度的問題:增加傳感器、信號調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)采集硬件、個(gè)人計(jì)算機(jī)、軟件等要素組成高精度的測試系統(tǒng)能夠很好地解決測量精度的問題 。然而若更換新設(shè)備成本太高，加之原試驗(yàn)機(jī)功能完好，利用價(jià)值大，只要在原來設(shè)備的基礎(chǔ)上做一些改進(jìn)，就能大大提高測量精度和設(shè)備的智能化水平，而且經(jīng)濟(jì)實(shí)用。這種測試方式已滿足不了目前材料性能檢測的要求。在數(shù)據(jù)處理方面煩瑣。進(jìn)一步說明了改造的必要性，是寫著這篇論文的前提條件，也為能更清楚地介紹后面的章節(jié)打下基礎(chǔ)。 WE一600型液壓試驗(yàn)機(jī)的技術(shù)性能最大載荷: 600千牛頓測量范圍: O~12OKN，0~300KN，0~600KN度盤分度值: 0~120KN ， 0~300KN ， 0~60OKN 拉伸夾頭間最大距離(包括活塞行程): 0~75Omm拉伸試樣時(shí)兩支柱間距離 : 580mm矩形試樣最大夾持寬度: 80mm矩形試樣夾持厚度: 30mm圓形試樣夾持直徑: Φ10~Φ40mm上下壓板間距離: 0~300mm上下壓板尺寸: 204x204(mm)壓縮試驗(yàn)時(shí)兩拉桿距離 : 370mm彎曲試驗(yàn)時(shí)兩支點(diǎn)間距離 : 100~1000mm彎曲支滾寬度 : 140mm彎曲試驗(yàn)最大高度 : 100mm工作活塞直徑x行程: Φ17Ox300(mm)試臺上升速度: O~12Om/min下夾持器升降速度 : 150mm/min油泵電機(jī)功率: 凈重:主體: 1950kg測力計(jì) : 500kg本章主要介紹了WE一600液壓式萬能材料試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，讓大家對該試驗(yàn)機(jī)的工作狀況有初步的了解。由于該油路具有單向節(jié)流作用，可有效地防止擺錘沖擊，起到緩沖作用。測力活塞與主體工作油缸活塞的截面積之比，在試驗(yàn)機(jī)效驗(yàn)后己成為固定值，因此作用在兩者截面積上的總載荷是與兩者截面積成正比的，當(dāng)油壓作用在測力活塞上，測力活塞向下移時(shí)，通過聯(lián)板及上部方鐵使主軸帶動擺桿及擺陀產(chǎn)生一角位移，這個(gè)角位移的大小與加到測力活塞上載荷的大小是能以正比例地推動推桿，使指針在測力度盤上指示出作用在試樣上載荷的數(shù)值。通過對送油閥、回油閥的操縱，控制試驗(yàn)機(jī)不同的工作狀態(tài):試驗(yàn)機(jī)啟動后，電動機(jī)1帶動高壓油泵2把液壓油輸送到節(jié)流閥4，該閥手輪關(guān)閉時(shí)，由于油壓的作用，油閥內(nèi)的活塞后移，壓力油從溢流閥9回油箱。如圖21所示，液壓控制系統(tǒng)由測力計(jì)內(nèi)的油箱37，高壓油泵1送油閥1回油閥18，測力油缸活塞2主機(jī)工作油缸4，工作活塞5等組成。要繪出準(zhǔn)確的曲線圖，需要經(jīng)過升級改造。這樣，試驗(yàn)時(shí)，上鉗口上移，重錘上的二胡弦?guī)用枥L筒旋轉(zhuǎn)，并帶動放大輪使頂桿上移跟隨上鉗口移動，描繪筒上方筆架上的記錄筆，既可在描繪紙上描繪出放大了的負(fù)荷(應(yīng)力)變形(應(yīng)變)曲線。使用時(shí)可根據(jù)具體情況選擇。下鉗口上的放大輪和測力計(jì)上的重錘、描繪筒、導(dǎo)輪間由二胡弦連接，同時(shí)，二胡弦繞過放大輪與描繪筒的三個(gè)溝槽，可得到五個(gè)變形(應(yīng)變)放大比，即大輪與大溝槽組合可放大20倍，與中溝槽組合可放大40倍，與小溝槽組合可放大50倍。在測力油缸22內(nèi)裝有測力活塞23,該活塞經(jīng)過夾具與蝸輪相連動，當(dāng)油泵開動時(shí)油泵16上的槽輪通過皮帶帶動蝸桿上的皮帶輪，使蝸輪蝸桿及測力活塞旋轉(zhuǎn)，因此測力油缸和測力活塞之間由靜摩擦變?yōu)閯幽Σ?，從而提高了測力活塞上下滑動性能，提高了示值精度。變形放大裝置裝在試臺和下鉗口座上，通過線繩33與測力計(jì)描繪筒32相連。下鉗口座12裝在機(jī)座中心的絲桿上端，絲桿受蝸輪螺母15控制，當(dāng)開動下鉗口座升降電機(jī)14時(shí)，由于蝸桿帶動蝸輪旋轉(zhuǎn)，使絲桿帶動下鉗口座做上升或下降運(yùn)動，故能按試驗(yàn)要求調(diào)整下鉗口座的位置。圖中右邊部分為試驗(yàn)機(jī)主體部分，兩根立柱2用螺帽固定在機(jī)座1上，其上端裝有固定橫梁3，工作油缸4固定在固定橫梁中央，工作油缸內(nèi)的工作活塞5用防震調(diào)心球端軸支持著上橫梁6。試驗(yàn)機(jī)由主體和測力計(jì)兩部分組成。 隨著科技的進(jìn)步，人們需要現(xiàn)代化的測試手段，對設(shè)備的功能要求越來越高，希望能減輕勞動力，顯然這臺試驗(yàn)機(jī)與現(xiàn)代機(jī)電液一體化設(shè)備的發(fā)展已不相適應(yīng)，它的測試手段已遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上現(xiàn)代測試技術(shù)要求，測試結(jié)果的精確度得不到保證，必須升級改造。 (4)效率低 現(xiàn)在試驗(yàn)機(jī)數(shù)據(jù)處理手段大部分靠人工完成，花費(fèi)時(shí)間多。 (3)曲線繪制單一 目前試驗(yàn)機(jī)只能粗略繪制應(yīng)力應(yīng)變曲線，不能定量指出各時(shí)刻對應(yīng)數(shù)字的大小。 KN/格，且由人工讀取數(shù)據(jù)，導(dǎo)致測量精度低。同時(shí)進(jìn)入測力油缸，帶動聯(lián)動擺捶，用推桿推動測力讀盤指針，由讀數(shù)盤指針讀取數(shù)據(jù)。這篇論文主要是論述WE600液壓萬能材料試驗(yàn)機(jī)的數(shù)字化改造的過程，為了更好地闡述這個(gè)問題，在本這章節(jié)中對原來設(shè)備存在的主要問題、結(jié)構(gòu)原理、工作狀態(tài)及相關(guān)的性能作介紹。這一章節(jié)主要闡述了液壓式萬能材料試驗(yàn)機(jī)升級改造課題的產(chǎn)生背景以及改造的必要性，為后面的內(nèi)容做鋪墊。液壓式萬能材料試驗(yàn)機(jī)的智能化是時(shí)代發(fā)展的需要，無論在企業(yè)還是學(xué)校多應(yīng)該適應(yīng)這種要求。因此在現(xiàn)有試驗(yàn)機(jī)上，通過添加數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)分析處理系統(tǒng)，而使試驗(yàn)機(jī)得到升級改造，不失為一種有效的手段。高等院?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的現(xiàn)代化裝備水平，應(yīng)該與廠礦企業(yè)、科研院所同步甚至超前，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中得到計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力的培養(yǎng)，這樣畢業(yè)后才能適應(yīng)工作崗位需求并有進(jìn)一步發(fā)展的潛力。隨計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，材料力學(xué)性能的自動化測試已成為測試技術(shù)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。最終結(jié)果如材料的強(qiáng)度性能指標(biāo)、延伸率和收縮率等需人工計(jì)算來得到。加載大小由帶讀數(shù)盤的指針指示，人工讀取數(shù)據(jù)。該設(shè)備從購置使用至今。在論文中，將詳細(xì)論述試驗(yàn)機(jī)微機(jī)測試系統(tǒng)。 綜上所述，將舊式的液壓式萬能材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行智能化改造，是迎合目前國內(nèi)外的試驗(yàn)機(jī)發(fā)展面向智能化、準(zhǔn)確化，操作簡便，穩(wěn)定可靠趨勢的需要。于是在90年代初，我國己開始利用微機(jī)和傳感器技術(shù)對舊式的材料試驗(yàn)機(jī)及監(jiān)測等設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集、分析和處理，提升舊式的試驗(yàn)機(jī)設(shè)備的技術(shù)含量，符合現(xiàn)代設(shè)備智能化水平的需要，是一條經(jīng)濟(jì)