材料试验机检测的流程优化分析与常用方法研究

吴艳

摘   要：材料试验机在材料的质量检测、产品生产与科学研究中都有所使用，其中，静态万能材料试验机和数控化系统材料试验机使用量相对较大，文章通过对材料试验机的检测流程进行分析，进而提出材料试验机检测流程的优化方法。

关键词：多线程;材料试验机;流程优化

1  虚拟仪器技术及其使用

虚拟仪器是仪器技术与计算机技术融合后的全新理念，属于对传统仪器的突破性进展，也是仪器革命的一个重要方向。对于材料试验机来说，虚拟仪器技术添加了计算机控制系统与电路控制系统，将原来的单机仪器变为了现代网络化仪器，将原有的操作面板、CPU、显示屏幕等部分进行计算机网络共享，实现了在应用程序上进行材料试验的目标。

相对而言，虚拟仪器技术使用的万能材料试验机具有较多优点，例如计算机主机的渠道供货较多，相对来说价格低，维护维修成本较低，能够及时进行更新换代。同时，虚拟仪器技术内部由软件进行数据设置，所以不需要担心材料试验机的出厂功能设置，能够根据用户自身需求对版本更迭进行功能模式的改变，符合现在变化较快的生产环境。

2  材料试验机软件开发平台选择

材料试验机最大特点在于能够由软件进行功能定义，根据用户需要对内部功能进行调整，因此，需要对材料试验机的软件开发平台进行选择，这也是万能材料试验机的核心所在。软件部分是通过硬件板卡实现驱动，而板块主要由3部分组成，即硬件驱动板块、信号分析模块与仪器显示模块。

2.1 硬件驱动板块

现在国际上材料试验机的驱动接口都已经相对标准化，目的是尽可能降低硬件设备问题导致的不兼容所产生的经济效益损失，而我国同样采取国际标准，符合国际虚拟仪器程序驱动设计指定的软件通用标准接口，这一驱动模块使得使用者可以施加对于材料试验机的软件驱动效果，并具备了对材料试验机的控制能力与对于数据的采集能力。

2.2 信号分析模块

对于信号分析模块来说，主要对采集到的信息与数据进行一定程度上的处理，包含格式化、输入与输出标准化、简单分析等，在材料试验机使用过程中，主要使用几个相对常用的信号分析方法，这些信号都可以从库函数中寻找到。

（1）数学函数、字符串处理函数、数据运算函数、文件函数。

（2）信号时率波动简单分析，计算采取到的参数，进行信号处理分析、滤波分析。

（3）进行对于复数、数组与矩阵的计算。

（4）进行对于概率分析、非参数统计类与方差分析。

（5）指数拟合、线性拟合、多项式拟合、曲线拟合以及非线性拟合。

（6）对于矩阵代数类以及向量的操作。

（7）对生成类、插值类、测量类信号进行模拟。

2.3 仪器显示模块

对于目前我国材料试验机来说，仪器模拟面板显示与程序显示都是其重要功能，可以通过对界面编辑器进行界面元素的操作更改，并进行操作者属性界面的更换，不需要进行复杂的代码程序编写。

3  材料试验机硬件系统研究

通过之前研究可以分析得知，材料试验机存在传感器、数据采集面板以及信号模块调理。材料试验机的力需要通过送油管的压力传感器进行采集，而对应变通道进行引伸计的使用，在对材料进行检测过程中，使用引伸计将其固定住，从而得到材料变形量的数据，对位移通道使用位移传感器进行数据采集，将位移传感器放置在材料试验机的支柱上进行与油缸的连接。

在材料试验机工作过程中，应力与信号采集属于短时间的采集，即属于瞬态信号变化，所以对材料试验机的实时性要求相对较高，一般来说，材料试验机的工作流程如下：通信信号经过自身的模块调理后，进入数据采集通道，经由模拟/数字（Analog/Digital，A/D）转换器进行信号转换后，停留在数据缓冲区域，通过数据控制系统进行对于存储数据内容进行记性储存以及显示。另外一路需要对数据进行实时性改变，通过实时控制进行对于数据采集的分析调入，通过材料自身的变形情况进行数据分析并加以判断，最终在对应点进行应力的数据采集，指导材料的生产，分析材料的各项指标[1]。

4  材料试验机的控制装置研究

4.1 材料试验机装置结构

对于材料试验机的控制装置来说，大量地使用计算机技术，通过数字化的数据改变，使得传统的数据经过数字/模拟（Digital/Analog，D/A）转换器的接口进行转化，转化为数字控制，这也是目前国内外对于材料试验机控制系统的研究方法。原有的材料试验机是使用手柄进行开关调节，其操作依赖度相对较高，受到人员误差影响相对较大，所以无法对自身进行连续性的自控系统调节，与此同时，电液伺服阀对于控制的目标虽然可以实现连续高精度控制，但相对来说制造成本过高，而且存在极高的维修费用与日常能源消耗费用，对自身材料试验测量的液体清洁度要求过于严格，使得使用过程中存在极大的限制。现在改为电液比例阀，它与原来机械式的开关模式相比没有较大差距，但是开关方式发生了改变，由原来的手柄操作变成了现在的电磁铁操作，将原有的电信号转变成了位移信号，达到了低成本、低污染目的并具备高效性，更能够符合目前工业化生产的要求。

在材料试验机的比例控制阀发展的初期，只是通过电磁铁进行液压阀中开关的代替，使用设计标准与基本原理没有发生改变，因此，初期的比例控制阀相对来说工作频率较小，存在较大的稳定滞环，只能通过手动开环进行控制。在不断发展过程中，比例控制阀的内部原理发生了一定的改变，增加了内反馈的效应与影响，并产生了能够耐高温的比例控制阀，比例控制阀自身的频宽也得到了加强，降低了其稳定滞环。再进行不断的发展，比例控制阀的原理得到了较强的改善，使用电校正、动压反馈等新手段，使得比例控制阀的稳定性得到了较高的提升，存在较为接近的伺服阀与控制性能。除了这些内部技术之外，比例控制閥自身的放大比例技术也得到了快速发展，能够集成传感反馈信号，同时，进行数据处理，缩小了原有的尺寸，在整体上得到了较大的革新。使得材料试验机能够使用静态电液伺服，能够通过与微机调速进行控制，满足大多数工业组织要求，同时，这些新技术也进入了国内，成为材料试验机的新标准，具备抗干扰能力强、可靠性高、影响动态较快的特点[2]。