材料試驗(yàn)機(jī)檢測的流程優(yōu)化分析與常用方法研究

吳艷

摘 ? 要：材料試驗(yàn)機(jī)在材料的質(zhì)量檢測、產(chǎn)品生產(chǎn)與科學(xué)研究中都有所使用，其中，靜態(tài)萬能材料試驗(yàn)機(jī)和數(shù)控化系統(tǒng)材料試驗(yàn)機(jī)使用量相對較大，文章通過對材料試驗(yàn)機(jī)的檢測流程進(jìn)行分析，進(jìn)而提出材料試驗(yàn)機(jī)檢測流程的優(yōu)化方法。

關(guān)鍵詞：多線程;材料試驗(yàn)機(jī);流程優(yōu)化

1 ?虛擬儀器技術(shù)及其使用

虛擬儀器是儀器技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)融合后的全新理念，屬于對傳統(tǒng)儀器的突破性進(jìn)展，也是儀器革命的一個(gè)重要方向。對于材料試驗(yàn)機(jī)來說，虛擬儀器技術(shù)添加了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與電路控制系統(tǒng)，將原來的單機(jī)儀器變?yōu)榱爽F(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)化儀器，將原有的操作面板、CPU、顯示屏幕等部分進(jìn)行計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)共享，實(shí)現(xiàn)了在應(yīng)用程序上進(jìn)行材料試驗(yàn)的目標(biāo)。

相對而言，虛擬儀器技術(shù)使用的萬能材料試驗(yàn)機(jī)具有較多優(yōu)點(diǎn)，例如計(jì)算機(jī)主機(jī)的渠道供貨較多，相對來說價(jià)格低，維護(hù)維修成本較低，能夠及時(shí)進(jìn)行更新?lián)Q代。同時(shí)，虛擬儀器技術(shù)內(nèi)部由軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)設(shè)置，所以不需要擔(dān)心材料試驗(yàn)機(jī)的出廠功能設(shè)置，能夠根據(jù)用戶自身需求對版本更迭進(jìn)行功能模式的改變，符合現(xiàn)在變化較快的生產(chǎn)環(huán)境。

2 ?材料試驗(yàn)機(jī)軟件開發(fā)平臺(tái)選擇

材料試驗(yàn)機(jī)最大特點(diǎn)在于能夠由軟件進(jìn)行功能定義，根據(jù)用戶需要對內(nèi)部功能進(jìn)行調(diào)整，因此，需要對材料試驗(yàn)機(jī)的軟件開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行選擇，這也是萬能材料試驗(yàn)機(jī)的核心所在。軟件部分是通過硬件板卡實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)，而板塊主要由3部分組成，即硬件驅(qū)動(dòng)板塊、信號分析模塊與儀器顯示模塊。

2.1 硬件驅(qū)動(dòng)板塊

現(xiàn)在國際上材料試驗(yàn)機(jī)的驅(qū)動(dòng)接口都已經(jīng)相對標(biāo)準(zhǔn)化，目的是盡可能降低硬件設(shè)備問題導(dǎo)致的不兼容所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益損失，而我國同樣采取國際標(biāo)準(zhǔn)，符合國際虛擬儀器程序驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)指定的軟件通用標(biāo)準(zhǔn)接口，這一驅(qū)動(dòng)模塊使得使用者可以施加對于材料試驗(yàn)機(jī)的軟件驅(qū)動(dòng)效果，并具備了對材料試驗(yàn)機(jī)的控制能力與對于數(shù)據(jù)的采集能力。

2.2 信號分析模塊

對于信號分析模塊來說，主要對采集到的信息與數(shù)據(jù)進(jìn)行一定程度上的處理，包含格式化、輸入與輸出標(biāo)準(zhǔn)化、簡單分析等，在材料試驗(yàn)機(jī)使用過程中，主要使用幾個(gè)相對常用的信號分析方法，這些信號都可以從庫函數(shù)中尋找到。

（1）數(shù)學(xué)函數(shù)、字符串處理函數(shù)、數(shù)據(jù)運(yùn)算函數(shù)、文件函數(shù)。

（2）信號時(shí)率波動(dòng)簡單分析，計(jì)算采取到的參數(shù)，進(jìn)行信號處理分析、濾波分析。

（3）進(jìn)行對于復(fù)數(shù)、數(shù)組與矩陣的計(jì)算。

（4）進(jìn)行對于概率分析、非參數(shù)統(tǒng)計(jì)類與方差分析。

（5）指數(shù)擬合、線性擬合、多項(xiàng)式擬合、曲線擬合以及非線性擬合。

（6）對于矩陣代數(shù)類以及向量的操作。

（7）對生成類、插值類、測量類信號進(jìn)行模擬。

2.3 儀器顯示模塊

對于目前我國材料試驗(yàn)機(jī)來說，儀器模擬面板顯示與程序顯示都是其重要功能，可以通過對界面編輯器進(jìn)行界面元素的操作更改，并進(jìn)行操作者屬性界面的更換，不需要進(jìn)行復(fù)雜的代碼程序編寫。

3 ?材料試驗(yàn)機(jī)硬件系統(tǒng)研究

通過之前研究可以分析得知，材料試驗(yàn)機(jī)存在傳感器、數(shù)據(jù)采集面板以及信號模塊調(diào)理。材料試驗(yàn)機(jī)的力需要通過送油管的壓力傳感器進(jìn)行采集，而對應(yīng)變通道進(jìn)行引伸計(jì)的使用，在對材料進(jìn)行檢測過程中，使用引伸計(jì)將其固定住，從而得到材料變形量的數(shù)據(jù)，對位移通道使用位移傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將位移傳感器放置在材料試驗(yàn)機(jī)的支柱上進(jìn)行與油缸的連接。

在材料試驗(yàn)機(jī)工作過程中，應(yīng)力與信號采集屬于短時(shí)間的采集，即屬于瞬態(tài)信號變化，所以對材料試驗(yàn)機(jī)的實(shí)時(shí)性要求相對較高，一般來說，材料試驗(yàn)機(jī)的工作流程如下：通信信號經(jīng)過自身的模塊調(diào)理后，進(jìn)入數(shù)據(jù)采集通道，經(jīng)由模擬/數(shù)字（Analog/Digital，A/D）轉(zhuǎn)換器進(jìn)行信號轉(zhuǎn)換后，停留在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)域，通過數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)進(jìn)行對于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行記性儲(chǔ)存以及顯示。另外一路需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)性改變，通過實(shí)時(shí)控制進(jìn)行對于數(shù)據(jù)采集的分析調(diào)入，通過材料自身的變形情況進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并加以判斷，最終在對應(yīng)點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)力的數(shù)據(jù)采集，指導(dǎo)材料的生產(chǎn)，分析材料的各項(xiàng)指標(biāo)[1]。

4 ?材料試驗(yàn)機(jī)的控制裝置研究

4.1 材料試驗(yàn)機(jī)裝置結(jié)構(gòu)

對于材料試驗(yàn)機(jī)的控制裝置來說，大量地使用計(jì)算機(jī)技術(shù)，通過數(shù)字化的數(shù)據(jù)改變，使得傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)字/模擬（Digital/Analog，D/A）轉(zhuǎn)換器的接口進(jìn)行轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化為數(shù)字控制，這也是目前國內(nèi)外對于材料試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)的研究方法。原有的材料試驗(yàn)機(jī)是使用手柄進(jìn)行開關(guān)調(diào)節(jié)，其操作依賴度相對較高，受到人員誤差影響相對較大，所以無法對自身進(jìn)行連續(xù)性的自控系統(tǒng)調(diào)節(jié)，與此同時(shí)，電液伺服閥對于控制的目標(biāo)雖然可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)高精度控制，但相對來說制造成本過高，而且存在極高的維修費(fèi)用與日常能源消耗費(fèi)用，對自身材料試驗(yàn)測量的液體清潔度要求過于嚴(yán)格，使得使用過程中存在極大的限制?，F(xiàn)在改為電液比例閥，它與原來機(jī)械式的開關(guān)模式相比沒有較大差距，但是開關(guān)方式發(fā)生了改變，由原來的手柄操作變成了現(xiàn)在的電磁鐵操作，將原有的電信號轉(zhuǎn)變成了位移信號，達(dá)到了低成本、低污染目的并具備高效性，更能夠符合目前工業(yè)化生產(chǎn)的要求。

在材料試驗(yàn)機(jī)的比例控制閥發(fā)展的初期，只是通過電磁鐵進(jìn)行液壓閥中開關(guān)的代替，使用設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與基本原理沒有發(fā)生改變，因此，初期的比例控制閥相對來說工作頻率較小，存在較大的穩(wěn)定滯環(huán)，只能通過手動(dòng)開環(huán)進(jìn)行控制。在不斷發(fā)展過程中，比例控制閥的內(nèi)部原理發(fā)生了一定的改變，增加了內(nèi)反饋的效應(yīng)與影響，并產(chǎn)生了能夠耐高溫的比例控制閥，比例控制閥自身的頻寬也得到了加強(qiáng)，降低了其穩(wěn)定滯環(huán)。再進(jìn)行不斷的發(fā)展，比例控制閥的原理得到了較強(qiáng)的改善，使用電校正、動(dòng)壓反饋等新手段，使得比例控制閥的穩(wěn)定性得到了較高的提升，存在較為接近的伺服閥與控制性能。除了這些內(nèi)部技術(shù)之外，比例控制閥自身的放大比例技術(shù)也得到了快速發(fā)展，能夠集成傳感反饋信號，同時(shí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，縮小了原有的尺寸，在整體上得到了較大的革新。使得材料試驗(yàn)機(jī)能夠使用靜態(tài)電液伺服，能夠通過與微機(jī)調(diào)速進(jìn)行控制，滿足大多數(shù)工業(yè)組織要求，同時(shí)，這些新技術(shù)也進(jìn)入了國內(nèi)，成為材料試驗(yàn)機(jī)的新標(biāo)準(zhǔn)，具備抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、影響動(dòng)態(tài)較快的特點(diǎn)[2]。