基于虚拟仪器的Hopkinson压杆试验装置研制

　　1　引　　言

　　在高应变率试验装置中,Hopkinson压杆是一种简便易行的试验技术,自1949年以来得到了广泛的应用。但目前Hopkinson压杆的信号测量和分析系统仍停留在传统方式上,存在种种弊端[1]。虚拟仪器的出现为测量技术的发展提供了一种崭新的手段。此试验在原有Hopkinson压杆试验装置基础上,利用高速数据采集卡和应变调理模块等硬件设备,结合LabVIEW语言实现了实时数据采集和处理,并以图表和曲线形式显示、记录、打印输出,整个系统由机械装置、硬件测试系统、软件测试系统这三部分组成。

　　2　试验装置

　　试验中应变片将测得的应变转化为电信号,再经应变调理模块组桥、激励、滤波和放大后,输入数据采集卡,最后由工控机进行数据处理,同时也可显示U-t曲线。试验装置的结构如图1所示。试验中,气炮作为发射子弹的动力源,本装置沿用传统的子弹、输入杆、输出杆和测速电路等结构,而将超动态电阻应变仪和HP54501数字存储示波器换成应变调理模块和高速数据采集卡。利用三波公式(公式(1)、(2)、(3))进行数据处理,最后得到材料的应变率、应变和应力等特性参数。

　　用虚拟示波器实现数字示波器的全部功能,其由一块PCI多功能数据采集卡和相应的专用软件组成。将它们安装在一台运行Windows2000/XP等的工控机上,即构成一套高应变率试验装置的测试系统。

　　3　系统硬件设计

　　3.1　数据采集卡

　　在虚拟仪器中,DAQ(插入式数据采集卡)是最常用的接口形式之一,测量信号由插在工控机扩展插槽中的数据采集卡传给计算机。试验装置选用台湾研华公司的PCI—1714型数据采集卡,这款数据采集卡具有强大的功能[2]:

　　·并行4通道模拟量输入,多种模/数触发方式;

　　·12位A/D转换器,每通道30MHz的采样频率;

　　·支持PCI总线控制DMA数据传输,利用PC中的一块存储区,实现高速和无空隙数据采集;

　　·板载32K的FIFO存储器,可达到更高的采样频率,保证了实时信号不间断采集与存储;

　　·支持单级和双级性模拟信号输入方式,信号输入范围分别为-5～+5V和0～10V;

　　·提供三种触发方式:软件触发、内部定时触发和外部定时触发。

　　3.2　应变调理模块

　　应变调理模块是电阻应变片和数据采集卡之间一个必要的接口。这里选用与PCI—1714数据采集卡配套的ADAM—3016型隔离应变输入模块,试验装置是双通道输入,每一通道采用两个应变片组成半桥双臂对贴。选用应变片电阻阻值为R=120±1%Ω。

　　4　系统软件设计

　　4.1　软件开发环境