材料試驗機檢測的流程優化分析與常用方法研究

吳艷

摘 ? 要：材料試驗機在材料的質量檢測、產品生產與科學研究中都有所使用，其中，靜態萬能材料試驗機和數控化系統材料試驗機使用量相對較大，文章通過對材料試驗機的檢測流程進行分析，進而提出材料試驗機檢測流程的優化方法。

關鍵詞：多線程;材料試驗機;流程優化

1 ?虛擬儀器技術及其使用

虛擬儀器是儀器技術與計算機技術融合后的全新理念，屬于對傳統儀器的突破性進展，也是儀器革命的一個重要方向。對于材料試驗機來說，虛擬儀器技術添加了計算機控制系統與電路控制系統，將原來的單機儀器變為了現代網絡化儀器，將原有的操作面板、CPU、顯示屏幕等部分進行計算機網絡共享，實現了在應用程序上進行材料試驗的目標。

相對而言，虛擬儀器技術使用的萬能材料試驗機具有較多優點，例如計算機主機的渠道供貨較多，相對來說價格低，維護維修成本較低，能夠及時進行更新換代。同時，虛擬儀器技術內部由軟件進行數據設置，所以不需要擔心材料試驗機的出廠功能設置，能夠根據用戶自身需求對版本更迭進行功能模式的改變，符合現在變化較快的生產環境。

2 ?材料試驗機軟件開發平臺選擇

材料試驗機最大特點在于能夠由軟件進行功能定義，根據用戶需要對內部功能進行調整，因此，需要對材料試驗機的軟件開發平臺進行選擇，這也是萬能材料試驗機的核心所在。軟件部分是通過硬件板卡實現驅動，而板塊主要由3部分組成，即硬件驅動板塊、信號分析模塊與儀器顯示模塊。

2.1 硬件驅動板塊

現在國際上材料試驗機的驅動接口都已經相對標準化，目的是盡可能降低硬件設備問題導致的不兼容所產生的經濟效益損失，而我國同樣采取國際標準，符合國際虛擬儀器程序驅動設計指定的軟件通用標準接口，這一驅動模塊使得使用者可以施加對于材料試驗機的軟件驅動效果，并具備了對材料試驗機的控制能力與對于數據的采集能力。

2.2 信號分析模塊

對于信號分析模塊來說，主要對采集到的信息與數據進行一定程度上的處理，包含格式化、輸入與輸出標準化、簡單分析等，在材料試驗機使用過程中，主要使用幾個相對常用的信號分析方法，這些信號都可以從庫函數中尋找到。

（1）數學函數、字符串處理函數、數據運算函數、文件函數。

（2）信號時率波動簡單分析，計算采取到的參數，進行信號處理分析、濾波分析。

（3）進行對于復數、數組與矩陣的計算。

（4）進行對于概率分析、非參數統計類與方差分析。

（5）指數擬合、線性擬合、多項式擬合、曲線擬合以及非線性擬合。

（6）對于矩陣代數類以及向量的操作。

（7）對生成類、插值類、測量類信號進行模擬。

2.3 儀器顯示模塊

對于目前我國材料試驗機來說，儀器模擬面板顯示與程序顯示都是其重要功能，可以通過對界面編輯器進行界面元素的操作更改，并進行操作者屬性界面的更換，不需要進行復雜的代碼程序編寫。

3 ?材料試驗機硬件系統研究

通過之前研究可以分析得知，材料試驗機存在傳感器、數據采集面板以及信號模塊調理。材料試驗機的力需要通過送油管的壓力傳感器進行采集，而對應變通道進行引伸計的使用，在對材料進行檢測過程中，使用引伸計將其固定住，從而得到材料變形量的數據，對位移通道使用位移傳感器進行數據采集，將位移傳感器放置在材料試驗機的支柱上進行與油缸的連接。

在材料試驗機工作過程中，應力與信號采集屬于短時間的采集，即屬于瞬態信號變化，所以對材料試驗機的實時性要求相對較高，一般來說，材料試驗機的工作流程如下：通信信號經過自身的模塊調理后，進入數據采集通道，經由模擬/數字（Analog/Digital，A/D）轉換器進行信號轉換后，停留在數據緩沖區域，通過數據控制系統進行對于存儲數據內容進行記性儲存以及顯示。另外一路需要對數據進行實時性改變，通過實時控制進行對于數據采集的分析調入，通過材料自身的變形情況進行數據分析并加以判斷，最終在對應點進行應力的數據采集，指導材料的生產，分析材料的各項指標[1]。

4 ?材料試驗機的控制裝置研究

4.1 材料試驗機裝置結構

對于材料試驗機的控制裝置來說，大量地使用計算機技術，通過數字化的數據改變，使得傳統的數據經過數字/模擬（Digital/Analog，D/A）轉換器的接口進行轉化，轉化為數字控制，這也是目前國內外對于材料試驗機控制系統的研究方法。原有的材料試驗機是使用手柄進行開關調節，其操作依賴度相對較高，受到人員誤差影響相對較大，所以無法對自身進行連續性的自控系統調節，與此同時，電液伺服閥對于控制的目標雖然可以實現連續高精度控制，但相對來說制造成本過高，而且存在極高的維修費用與日常能源消耗費用，對自身材料試驗測量的液體清潔度要求過于嚴格，使得使用過程中存在極大的限制。現在改為電液比例閥，它與原來機械式的開關模式相比沒有較大差距，但是開關方式發生了改變，由原來的手柄操作變成了現在的電磁鐵操作，將原有的電信號轉變成了位移信號，達到了低成本、低污染目的并具備高效性，更能夠符合目前工業化生產的要求。

在材料試驗機的比例控制閥發展的初期，只是通過電磁鐵進行液壓閥中開關的代替，使用設計標準與基本原理沒有發生改變，因此，初期的比例控制閥相對來說工作頻率較小，存在較大的穩定滯環，只能通過手動開環進行控制。在不斷發展過程中，比例控制閥的內部原理發生了一定的改變，增加了內反饋的效應與影響，并產生了能夠耐高溫的比例控制閥，比例控制閥自身的頻寬也得到了加強，降低了其穩定滯環。再進行不斷的發展，比例控制閥的原理得到了較強的改善，使用電校正、動壓反饋等新手段，使得比例控制閥的穩定性得到了較高的提升，存在較為接近的伺服閥與控制性能。除了這些內部技術之外，比例控制閥自身的放大比例技術也得到了快速發展，能夠集成傳感反饋信號，同時，進行數據處理，縮小了原有的尺寸，在整體上得到了較大的革新。使得材料試驗機能夠使用靜態電液伺服，能夠通過與微機調速進行控制，滿足大多數工業組織要求，同時，這些新技術也進入了國內，成為材料試驗機的新標準，具備抗干擾能力強、可靠性高、影響動態較快的特點[2]。