仪器化冲击试验机测控系统概述

　　1　仪器化冲击试验机介绍

　　冲击试验自1905年左右问世以来发展迅速，目前已经成为材料性能不可缺少的检查项目。它在研究解决桥梁、船舶、管道、热电站发电设备以及其他设备发生的脆性断裂事故方面发挥了巨大作用[1]。在材料的生产及加工工艺的检验上也积累了许多丰富的经验。

　　冲击试验机问世以来就一直按照能量守恒定律进行设计制造，通过摆锤打断试样后势能损失的多少来计算冲击功。这一原理在冲击试验应用中的最大问题是：冲击功不能明确表示材质的韧脆性。因为功是冲断试样时冲击力和在力作用下试样变形双变量的函数，即功=力×位移。力和位移两个变量不论哪一个变化都将引起冲击功的改变，其中位移对韧性的影响较大。如果把功定义为冲击韧性，就很容易产生误解。

　　为了测定冲击力和冲击力作用下的试样变形，使冲击试验也能像拉伸试验一样形象化地显示冲断试样过程中材料的弹性、塑性以及断裂过程，使冲击功具有更加明确的物理意义，人们在上世纪80年代推出了仪器化冲击试验机，并在90年代逐步完善和成熟。

　　国外在仪器化冲击试验机研究方面开展得比较早，目前有许多成熟的产品，比较典型的如英国的Instron公司SI系列产品、德国Zwick公司产品。国内近几年也研制出了多种型号和功能的仪器化冲击试验机，如北京航空航天大学科技开发部研制的JCSJ300-I型数字化多功能冲击试验机，北京纳克分析仪器有限公司生产的NI系列仪器化冲击试验机，深圳新三思公司生产的ZBC系列新式摆锤式冲击试验机以及济南时代仪器公司的JB-W750I仪器化冲击机。

　　本文主要以JB-W750I仪器化冲击试验机为例来介绍仪器化冲击机的测控系统。

　　2　仪器化冲击试验机测控系统工作原理

　　仪器化冲击试验机测控系统主要由摆锤力传感器模块、高速数据采集模块、整机控制模块以及上位机测控软件4个部分构成。各个部分通过控制数据流向而组成一个统一的整体，从而实现仪器化冲击试验样条曲线的采样和数据分析。图1给出了各个功能部件的模块图，下面将对各个功能部件进行系统介绍。

　　2.1　摆锤力传感器模块

　　冲击试验机的摆锤力传感器模块为应变式电阻传感器。应变式电阻传感器是目前用于测量力、力矩、压力、加速度、重量等参数最广泛的传感器之一，是利用应变效应制造的一种测量微小机械变化量的理想传感器。

　　参考国家标准GB/T19748-2005《钢材 夏比V型缺口摆锤冲击试验 仪器化试验方法》技术内容说明，设计出与摆锤冲击试验机C型锤相配套的冲击刃口，其结构如图2所示。两片相同的应变片粘贴到冲击刃口相对边上，与两个补偿应变片组成全桥电路，补偿应变片不应贴到试验机的任何受冲击或者振荡作用的部位，也可选择补偿电阻方式来构成全桥电路[2]。