静力单轴试验机(试验系统)控制器的探讨

　　1　引　言

　　目前,国内许多试验机厂家都能生产微机控制万能试验机,各类微机控制万能试验机已在国内的生产检验和教学科研上得到广泛应用,但试验机的计算机 数据采集系统能否真实采集到测试材料的力与变形(或位移),以便计算并给出材料的有关性能数据,这是微机控制万能试验机的关键问题。而这个关键问题的实质 是计算机数据采集系统的采样速率和有效采样点能否真实反映材料应力应变曲线的特征,这就涉及到计算机数据采集系统硬件(即试验机的测量控制器)和试验软件 最终采样速率及有效采样点。

　　测量控制器是微机控制万能试验机电气测控部分的核心部件,控制器的性能参数直接影响计算机数据采集系统能否采集到所测试材料真实的试验曲线。本文主要针对测量控制器的有关问题进行探讨。

　　2　设计测量控制器的基本要求

　　测量控制器的总体设计必须考虑闭环控制功能和数据采集功能,同时也需考虑采集系统的响应速率、信号放大和数模转换器的线性误差、数据采集的同步 化、分辨率。测量控制器的闭环控制功能,应具有应变速率控制、应力速率控制功能,应满足GB/T 228-2010有关应变速率控制模式

　　(方法A)的要求。对于静力单轴试验机而言,力和位移是不可或缺的两个最基本测量值;在测试Rp、Rr、Rt、E时需要第三个参数———变形 (即应变)。这些相互关联的测量值通过试样互相作、影响。试验机移动横梁可施加力于试样上,该力造成试样的变形并据此产生应变。为获取位移、应力和应变的 真实值,试验机的测量控制器必须满足下面的基本要求:

　　(1)数据采集的同步化:所有通道必须在同一时间点上获取测量数据。要保证这一点,硬件必须在采样时协调保持所有测量通道都在内部时钟的同一时间点。数据采集不同步会引起力或变形信号滞后,造成试验曲线失真,如图1所示。

　　(2)对不同信号传递时间的修正:不同种类的转换器具有不同的测量信号传递时间。比如说,光电编码器的计数器不存在信号传递时间的问题,而数字 /模拟转换器存在信号传递的时间。因此,两个同时获得的采样数据就可能出现测量不同时完成的情况。但是,不同种类转换器之间传递时间的不同是有规律的,因 此,可以通过计算来修正这个时间的差异,从而达成数据采集同步完成。

　　(3)分辨率:所有通道的分辨率不仅需要协调一致,而且有效分辨率越高越好。模拟通道的有效分辨率至少应达到100000码,一般以200000码有效分辨率为最佳。

　　(4)采样频率:对于多数静态试验,50Hz的采样频率就足够了,但控制器本身应有大于500Hz采样频率。