疲勞試驗機計量標定虛擬儀器的製作方法

2023-06-06 12:12:21

專利名稱：疲勞試驗機計量標定虛擬儀器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種疲勞試驗機的計量標定虛擬儀器。
背景技術：
疲勞試驗機的計量標定的主要參數以力值為主，參照其它試驗機(如材料試驗機)力值的標定方法，即在試驗機上外加一個高精度力傳感器，將該高精度傳感器採樣的值作為標準值與試驗機顯示的值進行比對。與疲勞試驗機不同的是，材料試驗機標定的力是固定的力，而疲勞試驗機標定的是變化的力。疲勞試驗機標定的力，一方面需要能夠直觀地顯示整個周期內力值的變化過程，另一方面由於所連接的高精度傳感器跟隨疲勞試驗機運動部件一起運動，高精度傳感器的質量在運動過程中會產生慣性力，該慣性力與傳感器質量與加速度有關，因此必須在力值顯示時消除傳感器慣性力的影響，也就是說需要對檢測到的數據進行特定的計算。 鑑於上述原因，採用傳統的標定方法很難得到準確的標定結果。
發明內容本實用新型要解決的技術問題是提供一種能獲得準確標定結果的疲勞試驗機計量標定虛擬儀器。為了解決上述技術問題，本實用新型提供一種疲勞試驗機計量標定虛擬儀器，包括控制器組件、PXI-4220採集卡、PXI-4462採集卡、雷射位移傳感器控制器、雷射位移傳感器感測頭、力傳感器A、力傳感器B、加速度傳感器和顯示及列印裝置，力傳感器A和力傳感器B分別與PXI-4220採集卡相連，加速度傳感器與PXI-4462採集卡相連，雷射位移傳感器感測頭與雷射位移傳感器控制器相連，控制器組件分別與PXI-4220採集卡、PXI-4462採集卡、雷射位移傳感器控制器和顯示及列印裝置相連。作為本實用新型的疲勞試驗機計量標定虛擬儀器的改進疲勞試驗機計量標定虛擬儀器還包括遠程監控裝置，控制器組件與遠程監控裝置相連。作為本實用新型的疲勞試驗機計量標定虛擬儀器的改進控制器組件包括分別與中央處理器相連的存儲器、顯示及列印模塊、TCP/IP通訊模塊、傳感器標定模塊、傳感器信號採集模塊、採樣信號同步控制模塊、採樣參數設置模塊、數字濾波器模塊和力值信號合成模塊；PXI-4220採集卡、PXI-4462採集卡和雷射位移傳感器控制器均分別與傳感器信號採集模塊和採樣信號同步控制模塊相連；顯示及列印裝置與顯示及列印模塊相連，遠程監控裝置與TCP/IP通訊模塊相連；傳感器標定模塊分別與力傳感器A和力傳感器B相連。利用上述疲勞試驗機計量標定虛擬儀器所進行的疲勞試驗計量標定方法，一般包括以下步驟I)、利用採樣參數設置模塊來進行採樣參數的設置；2)、採樣信號同步控制模塊負責實現各信號間的同步採樣採樣信號同步控制模塊將同步採樣的指令通過中央處理器傳遞給傳感器信號採集模塊，從而使傳感器信號採集模塊分別通過PXI-4220採集卡、PXI-4462採集卡、雷射位移傳感器控制器對應的對力傳感器A、力傳感器B、加速度傳感器以及雷射位移傳感器感測頭所得的數據進行同步採樣；具體為傳感器信號採集模塊同時進行以下幾項工作傳感器信號採集模塊通過PXI-4220採集卡分別採集力傳感器A、力傳感器B所得的力值；傳感器信號採集模塊通過PXI-4462採集卡採集加速度傳感器所得的加速度值；傳感器信號採集模塊通過雷射位移傳感器控制器採集雷射位移傳感器感測頭所得的位移值；3)、中央處理器負責調取上述傳感器信號採集模塊於同一時間採集到的2個力 值、I個加速度值和I個位移值的數據，並將該數據傳遞至數字濾波器模塊進行濾波處理；中央處理器將上述濾波處理後的4個數據放入存儲器內進行保存，同一時間內採集到的數據被保存在該時間點的名下；4)、中央處理器負責調取存儲器內保存的同一個時間點名下的濾波處理後的2個力值數據至力值信號合成模塊，力值信號合成模塊根據F = 2*Fa-Fb的計算公式進行數值合成；其中Fa為力傳感器A所對應的數值，Fb為力傳感器B所對應的數值；中央處理器將上述計算所得的F值放入存儲器內的相應時間點的名下進行保存；5)、在中央處理器的控制下，傳感器標定模塊按照設定的間隔時間對力傳感器A和力傳感器B的精確度進行檢測，並將所得的檢測數據傳遞給中央處理器；在存儲器內事先保存有對力傳感器A和力傳感器B的最低檢測精度設定值；中央處理器將上述2個檢測數據與保存在存儲器內的最低檢測精度設定值進行對比，中央處理器將所得的對比結果通過TCP/IP通訊模塊傳遞至遠程監控裝置，管理人員通過供遠程監控裝置實時得知檢測結果，從而判斷是否需要對力傳感器A和力傳感器B進行標定處理；具體說明如下力傳感器A和力傳感器B由於選定的是同一型號，因此這2個力傳感器的最低檢測精度設定值是一致的；當某個力傳感器的檢測數據劣於最低檢測精度設定值時，就說明該力傳感器的精度不符合要求，管理人員根據上述判定結果判定是否需要對該力傳感器進行標定調整。6)、中央處理器實時的將存儲器內保存的同個採集時間點名下的2個力值、I個加速度值、I個位移值和F值的數據通過顯示及列印模塊的處理後，在顯示及列印裝置上進行顯示或列印；7)、中央處理器實時的將存儲器內保存的同個採集時間點名下的2個力值、I個加速度值、I個位移值和F值的數據通過TCP/IP通訊模塊傳遞至遠程監控裝置，管理人員通過供遠程監控裝置實時得知結果。本實用新型屬於將虛擬儀器技術在疲勞試驗機的計量標定系統中的一個應用。虛擬儀器技術是通過軟體將計算機的硬體資源與儀器硬體有機的融合為一體，它把計算機強大的計算處理能力和儀器的測量及控制能力結合起來成為一個系統，通過控制系統實現對數據的實時顯示、存儲及分析處理。在本實用新型中[0028]力值信號採集採用兩通道信號進行合成，力傳感器A和力傳感器B為兩個完全相同的力傳感器，並選用NI公司兩通道數據採集卡PXI-4220採集卡。PXI-4220採集卡能同時對兩個通道的橋式傳感器信號提供激勵電壓，從而實現2個傳感器信號的直接輸入。採用兩通道力傳感器的目的就是通過對兩個完全相同的傳感器信號採樣，將兩個完全一樣的傳感器剛性連接，將兩個通道同步實時採樣的信號進行合成，以消除由於外加傳感器從而引入附加慣性力對疲勞試驗機精度的影響。對於普通測量儀器來說，實現信號的動態合成處理是非常困難的，而這正是虛擬儀器的顯著優點之一。位移信號採集由於疲勞試驗機位移測量的要求是既要安裝使用方便，又不能引入附加力，因此選用Keyence的雷射位移傳感器，採用非接觸測量的方法直接獲取位移量。Keyence雷射位移傳感器由雷射位移傳感器感測頭(以下簡稱感測頭)和雷射位移傳感器控制器(以下簡稱控制器)兩部分組成，感測頭將位移量傳遞給控制器，控制器可通過USB接口連接進入控制器組件。加速度信號採集加速度值不是疲勞試驗機標定的指標，但引入加速度信號可以 更加直觀地獲取加載過程中的機構工況。本實用新型採用PXI-4462採集卡連接加速度傳感器實現加速度信號採集。本實用新型還包含能通過乙太網實現遠程監控功能，即用戶可通過計算機網絡同時監控多臺疲勞試驗機計量標定虛擬儀器。本實用新型通過控制器組件實現對PXI-4220採集卡和PXI-4462採集卡的數據動態採集與控制，Keyence雷射位移傳感器的檢測數據也被傳遞至控制器組件。控制器組件在實現傳感器信號直接採樣基礎上還包含雙通道力值信號合成，力值、位移、加速度曲線的動態曲線顯示。綜上所述，本實用新型的疲勞試驗機計量標定虛擬儀器具有以下優點I、測試精度高，測試過程中無附加力影響；2、系統擴展性強，測試過程實時動態顯示，測試結果直觀明了 ；3、測試結果及測試報告自動生成，使用簡便。
以下結合附圖
對本實用新型的具體實施方式
作進一步詳細說明。圖I為常規的疲勞試驗機基本結構圖；圖2為本實用新型的疲勞試驗機計量標定虛擬儀器所連接的傳感器的連接關係示意圖。圖3是本實用新型的疲勞試驗機計量標定虛擬儀器的連接關係示意圖。
具體實施方式
圖I為常規的疲勞試驗機基本結構圖，圖中100為加載裝置(如氣缸)，200為力傳感器，300為被測試件。通過加載裝置100對被測試件300進行疲勞試驗，由力傳感器200測試加載的力值，將該值作為反饋量並通過控制系統對疲勞試驗機加載進行控制。本實用新型所涉及的疲勞試驗機計量標定虛擬儀器用於計量部門或疲勞試驗機生產廠家對上述疲勞機的力值、位移量(被測試件300的變形量)及加速度(被測試件300的加速度)參數進行計量標定時所使用的專用儀器設備。為了能對力、位移及加速度進行標定，需要在疲勞試驗機上安裝高精度傳感器，由該傳感器顯示值與疲勞試驗機本身顯示的數值進行比對。如圖2所示，除加載裝置100、力傳感器200及被測試件300外，還增加了力傳感器A5和力傳感器B6，力傳感器A5和力傳感器B6均為高精度力傳感器(例如可選用蛘埠宇航傳感測控工程有限公司生產的高精度測力傳感器S型)，力傳感器A5和力傳感器B6是兩個完全相同的力傳感器，安裝在加載裝置100與力傳感器200之間。通過這兩個高精度力傳感器(即力傳感器A5和力傳感器B6)測試加載的力值，能夠有效消除由於傳感器運動所產生的慣性力對力值測量精度的影響。在被測試件300的受力側粘接加速度傳感器7，通過該加速度傳感器7直接測量被測試件300受力端的加速度值，在被測試件300下方直接放置非接觸式的雷射位移傳感器感測頭42，雷射位移傳感器感測頭42用於採集被測試件300的位移值。具體如圖3所示，圖3給出了一種疲勞試驗機計量標定虛擬儀器，由控制器組件I、 PXI-4220採集卡2、PXI-4462採集卡3、雷射位移傳感器控制器41、雷射位移傳感器感測頭42、力傳感器A5、力傳感器B6、加速度傳感器7、顯示及列印裝置8和遠程監控裝置9組成。控制器組件I包括分別與中央處理器10相連的存儲器11、顯示及列印模塊12、TCP/IP通訊模塊13、傳感器標定模塊14、傳感器信號採集模塊15、採樣信號同步控制模塊16、採樣參數設置模塊17、數字濾波器模塊18和力值信號合成模塊19。PXI-4220採集卡
2、PXI-4462採集卡3和雷射位移傳感器控制器41分別與傳感器信號採集模塊15相連，PXI-4220採集卡2、PXI-4462採集卡3和雷射位移傳感器控制器41還分別與採樣信號同步控制模塊16相連；力傳感器A5和力傳感器B6分別與PXI-4220採集卡2相連，加速度傳感器7與PXI-4462採集卡3相連，雷射位移傳感器感測頭42與雷射位移傳感器控制器41相連；顯示及列印裝置8與顯示及列印模塊12相連，遠程監控裝置9與TCP/IP通訊模塊13相連；傳感器標定模塊14分別與力傳感器A5和力傳感器B6相連。利用上述疲勞試驗機計量標定虛擬儀器所進行的疲勞試驗計量標定方法，依次進行以下步驟I、利用採樣參數設置模塊17來進行採樣參數的設置；通過採樣參數設置模塊17對採樣的具體參數進行設置，主要設置內容包括採樣頻率設置、採用何種濾波方式(低通濾波、高通濾波、帶通濾波或中值濾波等)以及每種濾波器的濾波參數設置(如採用低通濾波，則需設置低通濾波器階數、截止頻率等參數)。2、採樣信號同步控制模塊16負責實現各信號間的同步採樣，具體如下採樣信號同步控制模塊16將同步採樣的指令通過中央處理器10傳遞給傳感器信號採集模塊15，從而使傳感器信號採集模塊15對雷射位移傳感器感測頭42、力傳感器A5、力傳感器B6和加速度傳感器7所得的數據進行同步採樣。具體如下在同一時間內，傳感器信號採集模塊15同時進行以下幾項工作傳感器信號採集模塊15通過PXI-4220採集卡2分別採集力傳感器A5、力傳感器B6所得的力值；傳感器信號採集模塊15通過PXI-4462採集卡3採集加速度傳感器I所得的加速度值；[0055]傳感器信號採集模塊15通過雷射位移傳感器控制器41採集雷射位移傳感器感測頭42所得的位移值。3、中央處理器10負責調取上述傳感器信號採集模塊15於同一時間採集到的2個力值、I個加速度值和I個位移值的數據，並將該數據傳遞至數字濾波器模塊18進行濾波處理。中央處理器10將上述濾波處理後的4個數據放入存儲器11內進行保存，同一時間內採集到的數據被保存在該時間點的名下。4、中央處理器10負責調取存儲器11內保存的同一個時間點名下的濾波處理後的2個力值數據至力值信號合成模塊19，力值信號合成模塊19根據F = 2*Fa-Fb的計算公式 進行數值合成。其中Fa為力傳感器A5所對應的數值，Fb為力傳感器B6所對應的數值。通過該方法使得力值標定與力傳感器的質量和運動加速度均無關，因此無論加速度值的如何變化，均不會對力傳感器的標定值產生影響。中央處理器10將上述計算所得的F值放入存儲器11內的相應時間點的名下進行保存。5、在中央處理器10的控制下，傳感器標定模塊14按照設定的間隔時間對力傳感器A5和力傳感器B6的精確度進行檢測，並將該檢測數據傳遞給中央處理器10。在存儲器11內事先保存有力傳感器A5和力傳感器B6的最低檢測精度設定值(為同一值，原因是由於力傳感器A5和力傳感器B6是兩個完全相同的力傳感器)；中央處理器10將上述2個檢測數據與保存在存儲器11內的最低檢測精度設定值進行對比，中央處理器10將所得的對比結果通過TCP/IP通訊模塊13傳遞至遠程監控裝置9，管理人員通過供遠程監控裝置9實時得知檢測結果，從而判斷是否需要對力傳感器A5和力傳感器B6進行標定處理；當力傳感器A5或者力傳感器B6的檢測數據劣於最低檢測精度設定值時，就說明向對應的該力傳感器的精度不符合要求，管理人員根據上述判定結果需要人為對該力傳感器進行標定調整(此標定調整屬於本行業的常規技術)。標定包含兩方面的意思一是使用標準的計量儀器對所使用儀器的準確度(精度)進行檢測是否符合標準。二是有校準的意思。本系統是作為標準的計量儀器對疲勞試驗機進行計量標定。由於本儀器採用迭加式標定方式，所採用的力傳感器A5和力傳感器B6也必須經過更高一級的標準計量儀器進行校準。通過高一級標準計量儀器標定結果校準本儀器所使用的力傳感器A5和力傳感器B6，從而保證力傳感器A5和力傳感器B6的測試精度。6、中央處理器10實時的將存儲器11內保存的同個採集時間點名下的2個力值、I個加速度值、I個位移值和F值的數據通過顯示及列印模塊12的處理後，在顯示及列印裝置8上進行顯示或列印。7、中央處理器10還實時的將存儲器11內保存的同個採集時間點名下的2個力值、I個加速度值、I個位移值和F值的數據通過TCP/IP通訊模塊13傳遞至遠程監控裝置9，從而使管理人員通過遠程監控裝置9實時得知結果。最後，還需要注意的是，以上列舉的僅是本實用新型的一個具體實施例。顯然，本實用新型不限於以上實施例，還可以有許多變形。本領域的普通技術人員能從本實用新型公開的內容直接導出或聯想到的所有變形，均應認為是本 實用新型的保 護範圍。
權利要求1.疲勞試驗機計量標定虛擬儀器，其特徵是包括控制器組件(I)、PXI-4220採集卡(2)、PXI-4462採集卡(3)、雷射位移傳感器控制器(41)、雷射位移傳感器感測頭(42)、力傳感器A(5)、力傳感器W6)、加速度傳感器(7)和顯示及列印裝置(8)，所述力傳感器A(5)和力傳感器B(6)分別與PXI-4220採集卡(2)相連，加速度傳感器(7)與PXI-4462採集卡(3)相連，雷射位移傳感器感測頭(42)與雷射位移傳感器控制器(41)相連，控制器組件(I)分別與PXI-4220採集卡(2)、PXI-4462採集卡(3)、雷射位移傳感器控制器(41)和顯示及列印裝置⑶相連。
2.根據權利要求I所述的疲勞試驗機計量標定虛擬儀器，其特徵是所述疲勞試驗機計量標定虛擬儀器還包括遠程監控裝置(9)，所述控制器組件(I)與遠程監控裝置(9)相連。
3.根據權利要求2所述的疲勞試驗機計量標定虛擬儀器，其特徵是所述控制器組件 (I)包括分別與中央處理器(10)相連的存儲器(11)、顯示及列印模塊(12)、TCP/IP通訊模塊(13)、傳感器標定模塊(14)、傳感器信號採集模塊(15)、採樣信號同步控制模塊(16)、採樣參數設置模塊(17)、數字濾波器模塊(18)和力值信號合成模塊(19) ;PXI-4220採集卡(2)、PXI-4462採集卡(3)和雷射位移傳感器控制器(41)均分別與傳感器信號採集模塊(15)和採樣信號同步控制模塊(16)相連；顯示及列印裝置(8)與顯示及列印模塊(12)相連，遠程監控裝置(9)與TCP/IP通訊模塊(13)相連；傳感器標定模塊(14)分別與力傳感器A (5)和力傳感器B (6)相連。
專利摘要本實用新型公開了一種疲勞試驗機計量標定虛擬儀器，包括控制器組件(1)、雷射位移傳感器感測頭(42)、力傳感器A(5)、力傳感器B(6)、加速度傳感器(7)等，力傳感器A(5)和力傳感器B(6)分別與PXI-4220採集卡(2)相連，加速度傳感器(7)與PXI-4462採集卡(3)相連，雷射位移傳感器感測頭(42)與雷射位移傳感器控制器(41)相連，控制器組件(1)分別與PXI-4220採集卡(2)、PXI-4462採集卡(3)、雷射位移傳感器控制器(41)和顯示及列印裝置(8)相連。該儀器可用於進行疲勞試驗計量標定。
文檔編號G01N3/62GK202502024SQ20122000420
公開日2012年10月24日 申請日期2012年1月6日 優先權日2012年1月6日
發明者謝毅 申請人:浙江工商大學