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土工布胀破测试方法探究

来源: /  作者:   时间: 2015/7/15 13:56:27

目前针对土工布胀破性能进行测试的仪器却并不多见,为提高我国在土工布检测方面的自动化水平,减小测试的误差,本文研制了基于膜片补偿的土工布胀破性能测试系统。本文千实工程师重点为你介绍关于土工布胀破测试方法探究。

一、测试原理
测试系统由计算机、数据采集模块、执行机构组成。执行机构中的步进电动机驱动器接收计算机发出的脉冲和方向信号,再驱动步进电动机带动测试台推动活塞,向土工布施加压力并逐渐加压,当膜片上覆盖的土工布试样胀破时,由数据采集模块中的
PCI-1711 数据采 集 卡 采 集 位 移 传 感 器 和 压 力 传 感器输出的信号,1#位移传感器检测 试 样 胀 破 时 的 最大扩张度,2#、3#、4#位移传感器检测试样胀破时破裂处鼓包的数据,用于补偿计算,压力传感器检测试样胀破过程中注液压力变化,采集到的数据经过数值变换、A /D 转换进入计算机,经过软件滤波等处理,得到流体的注液速率和最大压力值,用最大压力值减去已知的弹性膜片标准值得到最大胀破力,再除以试验面积即得胀破强度。系统组成框图如图 1所示。

二、硬件构成
测试系统示意图如图 2 所示。
系统选用计算机控制,驱动控制卡和数据采集卡分别采用研华公司生产的 PCI-1240 和 PCI-1711,它们以性能稳定,功能强,价格低等优势在运动控制和数据采集系统中得到 广 泛 应 用[5 - 8]; 压 力 传 感 器选用 RL-C04B S,该传感器具有 S 型弹性体结构,精度高,稳定性 好[9],量 程 为0 ~ 4 000 N; 位 移 传 感 器选用 结 构 紧 凑,方 便 使 用 的 LVDT-FX81 DC 传 感器[10],结构形式为铁芯导向回弹式,电感型,量程为± 100 mm,精 度 为 0. 1 级; 选 用 步 科 公 司 生 产 的2S86Q-030B8 两相混合式步进电动机; 其 驱 动 器 选用步科 公 司 生 产 的 2H1060 两 相 双 极 整 半 步 型; 标准膜片选用北京市某铝加工厂生产的符合国家标准GB3198—1996《工业用纯铝箔》的熟制铝箔片,本文对膜片进行了对比试验和基准标定,各项技术指标符合试验要求。

三、系统软件设计
系统软件采用高效可视化编程 软 件 VisualBasic 6. 0 实现,安装好驱动控制卡和数据采集卡的驱动 程 序 后,将 系 统 自 带 的 模 块 P1240. bas 和Driver. bas 模块添加到程序中,软 件 系 统 主 要 由 步进电动机驱动模块、数据采集模块和数据存储模块组成。
1、步进电动机驱动模块
系统模块的主要功能是驱动控制卡控制步进电动机驱动器,在 Windows 下采用 32 位动态链接库驱动程序,此模块被调用后,第 1 步先安装板卡内自带的驱动程序,生成帮助文件,帮助文件中有驱动函数的具体定义,驱动函数基本上包括了设备函数部分和操作函数部分。在帮助文件中也可以查到所有数据结构的具体定义。对驱动函数的调用非常方便,然后直接像 VB6. 0 中的函数一样调用即可。BoardID = 0 ’本系统使用的是 0axis = Y_axis’驱动控制卡有 X,Y,Z 三 轴 工 作 方 式,本 系 统使用的是 Y 轴工作error_code = P1240MotDevOpen( BoardID)’初始化 PCM-3240 设备。error _ code = P1240SetPulseMode ( BoardID,axis,1)’方式 1 工作,即脉冲 方向模式工作驱 动 函 数 在 使 用 之 前 必 须 先 调 用P1240MotDevOpen, 结 束 前 要 调 用P1240MotDevClose 。
2、数据采集模块
此系 统 模 块 的 主 要 任 务 是 由 PCI-1711 数 据 采集卡实现对压力传感器和位移 传 感 器的数据采集和数据处理,在 Windows 下采用 32 位动态链接库驱动程序,在调用函数时,也要先在模块中声明要调用的函数所在的动态链接库再调用。例如在模块中用 Declare Function 定义 DRV_DeviceOpen函数在 adsapi32. dll 链接库中,在以后编程过程中可直接使 用 DRV_DeviceOpen 函 数,实 现 对 PCI-1711数据采集卡的底层操作。系统采用软件触发的方式进行采集,软件触发的方法比较容易实现,数据采集流程图如图 3 所示。
可 用 DRV _ DeviceOpen ( DeviceNumber,DeviceHandle ) 函 数 打 开 数 据 采 集 设 备,DeviceNumber 是 数 据 采 集 的 通 道,系 统 的DeviceNumber 是 005,即 1 个压力传感器、4 个位移传感器,用 DRV_MAIConfig 函数设置 1 个压力传感器和 4 个位移传感器输入值所在数据采集通道取值范围。DRV_MAIVoltageIn 函 数 读 取 指 定 数 据 采 集通道的电压值。需先配置采集卡,再采集数据。使用函数来配置采集卡,首先要对其参数 ptMAIConfig的各 个 成 员 赋 值 后,调 用 函 数 DRV _ MAIConfig( DeviceHandle, ptMAIConfig ) , 然 后 对 参 数ptMAIVoltageIn 各 个 成 员 赋 值,使 用 函 数 DRV _MAIVoltageIn ( DeviceHandle,ptMAIVoltageIn ) 得 到电压量。
3、数据存储模块
1 个试样完成数据采集、处理后,得到的成功测试数据存放数据库中备用。

四、结果与分析
1、试 验
系统 中 输 入 数 据 采 集 卡 PCI-1711 的 压 力 和 位移模拟量,都是以电压的形式,如果接错就有可能损坏系统,在 PCI-1711 卡上信号 输 入 端,选 择68 引 脚接压力传感器,34 引脚到 37 引脚接 位移传 感 器。每个传感器的地接到 60 引 脚 和26 引脚。本文选 择 面 密 度 为 350、200、150 g /m2 3 种 样品进行检测,分别以 1、2、3 表示,然后对每种样品测试胀破强度并求出补偿后的胀破强度。
表 1 列出了 1、2、3 号 3 种试样的测试值,其中实测值为补偿前的测试数据,测 试 条 件 为: 常 压、25 ℃ 、相对湿度 60% 。从所测数据可看出,补偿后的值一般比实际值略小。因为试样在膜片的作用下胀破的地方先鼓包,再破裂。鼓起的包有一定的容量,补偿后注入膜片下的液体比没补偿时要多这个容积,膜片会胀得更大一些,减去膜片张力值就会更多,因为减去的是计算得到标准膜片的标定值,所以算出的值就会小一些。
2、结果分析
土工布试样在膜片的作用下临界胀破时鼓出部分可以近似为长条楔形,如图 4 所示。设定从鼓起的最高点到长 条 楔 形 一 侧 底 部 的 长 度 为 s,最 高 点的高度为 h,长条楔形的长轴为 m,短轴为 r。

五、结 语
系统 选 用 驱 动 卡 PCI-1240 控 制 步 进 电 动 机 带动加压装置对试样加压,高速数据采集卡 PCI-1711通过提高数据的采样传输速度,极大提高了采集数据的精度。利用该卡的强大功能对所测得的数据进行处理、分析,可使得到的数据更为准确。用膜片补偿的方法对测试结果使用数学模型进行分析、修正,对提高我国土工布的自动检测水平具有现实意义。

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