土工布脹(zhang)破測試(shi)方法探究

目前(qian)針(zhen)對土工布脹(zhang)破性能(neng)進(jin)行測試(shi)的儀(yi)器卻(que)並不多(duo)見(jian)，為提(ti)高(gao)我國在(zai)土(tu)工布檢測方面的(de)自動(dong)化水(shui)平(ping)，減小測試(shi)的誤差(cha)，本(ben)文(wen)研制(zhi)了基(ji)於膜片(pian)補償的土工布脹(zhang)破性能(neng)測試(shi)系統(tong)。本(ben)文(wen)千(qian)實(shi)工程師重(zhong)點為妳介紹(shao)關於土工布脹(zhang)破測試(shi)方法探究。

壹(yi)、測試(shi)原(yuan)理
測試(shi)系統(tong)由計算機、數據采(cai)集(ji)模塊、執行機構組成。執行機構中的(de)步(bu)進電(dian)動(dong)機驅動(dong)器接(jie)收(shou)計(ji)算機發出的脈沖和(he)方向(xiang)信(xin)號(hao)，再驅動(dong)步(bu)進電(dian)動(dong)機帶動(dong)測試(shi)臺推(tui)動(dong)活塞，向(xiang)土(tu)工布施加壓力並逐漸加壓，當(dang)膜片(pian)上覆蓋的(de)土工布試(shi)樣脹(zhang)破時，由(you)數據采(cai)集(ji)模塊中的(de)
PCI-1711 數據采(cai) 集(ji) 卡(ka) 采 集(ji) 位 移 傳 感(gan) 器(qi) 和(he) 壓 力 傳 感(gan)器(qi)輸(shu)出的信(xin)號(hao)，1#位移傳感(gan)器(qi)檢(jian)測 試(shi) 樣 脹(zhang) 破 時 的(de) zui大擴(kuo)張度(du)，2#、3#、4#位移傳感(gan)器(qi)檢(jian)測試(shi)樣脹(zhang)破時破(po)裂(lie)處鼓包(bao)的(de)數據，用於補償計算，壓力傳感(gan)器(qi)檢(jian)測試(shi)樣脹(zhang)破過(guo)程中註液壓力變(bian)化，采(cai)集(ji)到的數據經過(guo)數值變(bian)換、A /D 轉換進入計(ji)算機，經過(guo)軟件濾(lv)波等處理，得(de)到(dao)流體的註液速率(lv)和(he)zui大壓力值，用zui大壓力值減去已(yi)知(zhi)的彈(dan)性膜片(pian)標(biao)準值得(de)到zui大脹(zhang)破力，再除以試(shi)驗面積(ji)即得(de)脹(zhang)破強度(du)。系統(tong)組成框(kuang)圖如(ru)圖(tu) 1所(suo)示(shi)。

二(er)、硬(ying)件構成(cheng)
測試(shi)系統(tong)示(shi)意(yi)圖(tu)如圖 2 所示(shi)。
系統(tong)選用計算(suan)機控制(zhi)，驅動(dong)控制(zhi)卡(ka)和(he)數據采(cai)集(ji)卡(ka)分(fen)別采用研華(hua)公(gong)司生(sheng)產(chan)的(de) PCI-1240 和(he) PCI-1711，它們(men)以性(xing)能(neng)穩定(ding)，功(gong)能(neng)強，價(jia)格(ge)低(di)等優勢在(zai)運動(dong)控制(zhi)和(he)數據采(cai)集(ji)系統中得(de)到 廣 泛(fan) 應(ying) 用［5 － 8］; 壓 力 傳 感(gan) 器(qi)選(xuan)用 RL-C04B S，該(gai)傳感(gan)器(qi)具(ju)有 S 型(xing)彈(dan)性體(ti)結構，精(jing)度(du)高(gao)，穩定(ding)性 好(hao)［9］，量 程 為0 ～ 4 000 N; 位 移 傳 感(gan) 器(qi)選(xuan)用 結 構 緊 湊，方 便(bian) 使(shi) 用 的 LVDT-FX81 DC 傳 感(gan)器(qi)［10］，結(jie)構形(xing)式為鐵芯導向(xiang)回(hui)彈(dan)式，電(dian)感(gan)型(xing)，量(liang)程(cheng)為± 100 mm，精 度(du) 為 0. 1 級(ji); 選 用 步(bu) 科 公(gong) 司 生(sheng) 產(chan) 的(de)2S86Q-030B8 兩(liang)相(xiang)混(hun)合(he)式步(bu)進電(dian)動(dong)機; 其(qi) 驅 動(dong) 器 選(xuan)用步(bu)科 公(gong) 司 生(sheng) 產(chan) 的(de) 2H1060 兩(liang) 相(xiang) 雙 極 整(zheng) 半(ban) 步(bu) 型; 標(biao)準膜片(pian)選(xuan)用北京(jing)市某鋁(lv)加(jia)工廠生產(chan)的(de)符(fu)合國家(jia)標(biao)準GB3198—1996《工業(ye)用純鋁(lv)箔(bo)》的(de)熟(shu)制(zhi)鋁箔(bo)片(pian)，本(ben)文(wen)對(dui)膜片(pian)進(jin)行了對比(bi)試(shi)驗和(he)基準標定(ding)，各項(xiang)技(ji)術指標(biao)符(fu)合試(shi)驗要(yao)求(qiu)。

三、系統軟件設(she)計(ji)
系統(tong)軟件采(cai)用可(ke)視(shi)化編(bian)程 軟 件 VisualBasic 6. 0 實(shi)現(xian)，安裝好(hao)驅動(dong)控制(zhi)卡(ka)和(he)數據采(cai)集(ji)卡(ka)的驅動(dong) 程 序(xu) 後(hou)，將 系(xi) 統 自(zi) 帶 的 模 塊 P1240. bas 和(he)Driver． bas 模塊添(tian)加(jia)到程序(xu)中，軟 件 系(xi) 統(tong) 主 要(yao) 由(you) 步(bu)進電(dian)動(dong)機驅動(dong)模塊、數據采(cai)集(ji)模塊和(he)數據存(cun)儲(chu)模塊組成。
1、步(bu)進電(dian)動(dong)機驅動(dong)模塊
系(xi)統(tong)模塊的(de)主要(yao)功(gong)能(neng)是(shi)驅動(dong)控制(zhi)卡(ka)控制(zhi)步(bu)進電(dian)動(dong)機驅動(dong)器，在(zai) Windows 下(xia)采(cai)用 32 位動(dong)態(tai)鏈(lian)接(jie)庫驅動(dong)程序(xu)，此(ci)模塊被調用後(hou)，第 1 步(bu)先安(an)裝板(ban)卡(ka)內(nei)自(zi)帶的驅動(dong)程序(xu)，生(sheng)成(cheng)幫助(zhu)文(wen)件，幫(bang)助(zhu)文(wen)件中有驅動(dong)函數的具(ju)體(ti)定(ding)義，驅動(dong)函數基本(ben)上包括(kuo)了(le)設備(bei)函數部分(fen)和(he)操作(zuo)函數部分(fen)。在幫(bang)助(zhu)文(wen)件中也可(ke)以查(zha)到(dao)所(suo)有數據結(jie)構的(de)具體定(ding)義。對(dui)驅動(dong)函數的調用非(fei)常方便(bian)，然(ran)後(hou)直接(jie)像 VB6. 0 中的(de)函數壹(yi)樣調用即可(ke)。BoardID = 0 ’本(ben)系統(tong)使(shi)用的是(shi) 0axis = Y_axis’驅動(dong)控制(zhi)卡(ka)有 X，Y，Z 三 軸 工 作(zuo) 方 式(shi)，本(ben) 系 統(tong)使(shi)用的是(shi) Y 軸工作(zuo)error_code = P1240MotDevO噴( BoardID)’初(chu)始化(hua) PCM-3240 設備(bei)。error _ code = P1240SetPulseMode ( BoardID，axis，1)’方式(shi) 1 工作(zuo)，即脈沖 方向(xiang)模式工作(zuo)驅 動(dong) 函 數 在 使(shi) 用 之(zhi) 前(qian) 必(bi) 須 先 調 用P1240MotDevO噴， 結(jie) 束 前(qian) 要(yao) 調 用P1240MotDevClose 。
2、數據采(cai)集(ji)模塊
此(ci)系 統(tong) 模 塊 的(de) 主 要(yao) 任(ren) 務(wu) 是(shi) 由 PCI-1711 數 據 采(cai)集(ji)卡(ka)實現(xian)對壓力傳感(gan)器(qi)和(he)位移 傳 感(gan) 器(qi)的(de)數據采(cai)集(ji)和(he)數據處理，在(zai) Windows 下(xia)采(cai)用 32 位動(dong)態(tai)鏈(lian)接(jie)庫驅動(dong)程序(xu)，在(zai)調用函數時，也要(yao)先在(zai)模塊中聲(sheng)明要(yao)調用的函(han)數所在(zai)的(de)動(dong)態(tai)鏈(lian)接(jie)庫再調用。例如在(zai)模塊中用 Declare Function 定(ding)義 DRV_DeviceO噴(pen)函數在 adsapi32. dll 鏈(lian)接(jie)庫中，在(zai)以後(hou)編程(cheng)過(guo)程中可(ke)直接(jie)使(shi) 用 DRV_DeviceO噴 函(han) 數，實 現(xian) 對 PCI-1711數據采(cai)集(ji)卡(ka)的底(di)層(ceng)操(cao)作(zuo)。系統(tong)采(cai)用軟件觸(chu)發的(de)方式(shi)進(jin)行采集(ji)，軟件觸(chu)發的(de)方法比(bi)較容(rong)易實現(xian)，數據采(cai)集(ji)流程圖如圖 3 所示(shi)。
可(ke) 用 DRV _ DeviceO噴 ( DeviceNumber，DeviceHandle ) 函(han) 數 打 開 數 據 采(cai) 集(ji) 設 備(bei)，DeviceNumber 是 數 據 采(cai) 集(ji) 的 通 道，系 統 的(de)DeviceNumber 是 005，即(ji) 1 個(ge)壓力傳感(gan)器(qi)、4 個(ge)位移傳感(gan)器(qi)，用 DRV_MAIConfig 函數設置 1 個壓力傳感(gan)器(qi)和(he) 4 個位移傳感(gan)器(qi)輸(shu)入值(zhi)所在數據采(cai)集(ji)通道取值範(fan)圍(wei)。DRV_MAIVoltageIn 函(han) 數 讀(du) 取 指 定(ding) 數 據 采(cai) 集(ji)通道的電(dian)壓值。需(xu)先配(pei)置采集(ji)卡(ka)，再采集(ji)數據。使(shi)用函數來配(pei)置采集(ji)卡(ka)，首先要(yao)對(dui)其(qi)參(can)數 ptMAIConfig的各(ge) 個(ge) 成 員 賦(fu) 值 後(hou)，調 用 函 數 DRV _ MAIConfig( DeviceHandle， ptMAIConfig ) ， 然(ran) 後(hou) 對 參(can) 數ptMAIVoltageIn 各 個(ge) 成(cheng) 員 賦(fu) 值，使(shi) 用 函 數 DRV _MAIVoltageIn ( DeviceHandle，ptMAIVoltageIn ) 得 到(dao)電(dian)壓量。
3、數據存(cun)儲(chu)模塊
1 個(ge)試(shi)樣完(wan)成(cheng)數據采(cai)集(ji)、處理後(hou)，得到(dao)的成(cheng)功(gong)測試(shi)數據存(cun)放數據庫中備(bei)用。

四、結(jie)果與(yu)分(fen)析
1、試(shi) 驗
系(xi)統(tong) 中 輸(shu) 入 數 據 采(cai) 集(ji) 卡(ka) PCI-1711 的 壓 力 和(he) 位移模擬量，都(dou)是以電(dian)壓的形式，如(ru)果(guo)接(jie)錯就(jiu)有可(ke)能損(sun)壞(huai)系統(tong)，在(zai) PCI-1711 卡(ka)上信號(hao) 輸 入 端(duan)，選 擇(ze)68 引(yin) 腳(jiao)接壓力傳感(gan)器(qi)，34 引(yin)腳(jiao)到 37 引(yin)腳(jiao)接 位移傳 感(gan) 器(qi)。每(mei)個(ge)傳感(gan)器(qi)的(de)地接(jie)到(dao) 60 引(yin) 腳(jiao) 和(he)26 引(yin)腳(jiao)。本(ben)文(wen)選(xuan) 擇(ze) 面 密 度(du) 為 350、200、150 g /m2 3 種(zhong) 樣品進(jin)行檢測，分(fen)別以 1、2、3 表(biao)示(shi)，然(ran)後(hou)對每(mei)種(zhong)樣品測試(shi)脹(zhang)破強度(du)並求(qiu)出補償後(hou)的脹(zhang)破強度(du)。
表 1 列出了 1、2、3 號(hao) 3 種(zhong)試(shi)樣的(de)測試(shi)值，其(qi)中實(shi)測值(zhi)為補償前的測試(shi)數據，測 試(shi) 條(tiao) 件 為: 常 壓、25 ℃ 、相對濕度(du) 60% 。從所(suo)測數據可(ke)看出，補償後(hou)的值(zhi)壹(yi)般(ban)比(bi)實際值(zhi)略小。因(yin)為試(shi)樣在(zai)膜片(pian)的(de)作(zuo)用下(xia)脹(zhang)破的地方先鼓(gu)包，再破裂。鼓起(qi)的(de)包(bao)有壹(yi)定(ding)的容(rong)量，補償後(hou)註入膜片(pian)下(xia)的(de)液體比(bi)沒補償時要(yao)多(duo)這(zhe)個(ge)容積，膜片(pian)會(hui)脹(zhang)得更大壹(yi)些(xie)，減去膜片(pian)張力值(zhi)就(jiu)會(hui)更(geng)多(duo)，因為減去的(de)是(shi)計算得(de)到(dao)標準膜片(pian)的(de)標(biao)定(ding)值，所(suo)以算(suan)出的值(zhi)就(jiu)會(hui)小(xiao)壹(yi)些(xie)。
2、結果(guo)分(fen)析
土(tu)工布試(shi)樣在(zai)膜片(pian)的(de)作(zuo)用下(xia)臨界脹(zhang)破時鼓(gu)出部分(fen)可(ke)以近(jin)似(si)為長條(tiao)楔(xie)形，如(ru)圖(tu) 4 所(suo)示(shi)。設定(ding)從鼓(gu)起(qi)的zui高(gao)點到長 條(tiao) 楔(xie) 形 壹(yi) 側(ce) 底(di) 部 的(de) 長 度(du) 為 s，zui 高(gao) 點的高(gao)度(du)為 h，長條(tiao)楔(xie)形的(de)長軸為 m，短軸為 r。

五、結 語(yu)
系統 選 用 驅 動(dong) 卡(ka) PCI-1240 控 制(zhi) 步(bu) 進 電(dian) 動(dong) 機 帶動(dong)加壓裝置對試(shi)樣加(jia)壓，高(gao)速數據采(cai)集(ji)卡(ka) PCI-1711通過(guo)提(ti)高(gao)數據的(de)采樣傳輸(shu)速度(du)，極大提(ti)高(gao)了采集(ji)數據的(de)精度(du)。利用該(gai)卡(ka)的強大功(gong)能(neng)對(dui)所(suo)測得(de)的數據進(jin)行處理、分(fen)析，可(ke)使(shi)得到(dao)的(de)數據更(geng)為準確(que)。用膜片(pian)補償的方法對測試(shi)結果(guo)使(shi)用數學(xue)模型進(jin)行分(fen)析、修(xiu)正，對提(ti)高(gao)我國土(tu)工布的自動(dong)檢測水(shui)平(ping)具有現(xian)實意(yi)義(yi)。