專利名稱：裂縫出現(xiàn)時間自動測試方法、裝置及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自動測試非導(dǎo)體脆性材料裂縫出現(xiàn)時間的方法、裝置及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
在土木工程領(lǐng)域采用平板法、圓環(huán)法測試水泥基膠凝材料的抗裂性能，或在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受力性能試驗中，很重要的一項內(nèi)容是讀取裂縫出現(xiàn)的時間。但目前還沒有多點自動讀取混凝土開裂時間的方法和裝置。目前，多采用人工觀測多點裂縫出現(xiàn)時間，無法晝夜連續(xù)觀測，且精確度差。在水泥基材料的抗裂性能試驗或在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受力性能試驗中，都很需要多點同時自動測試混凝土開裂時間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決了現(xiàn)有采用人工觀測裂縫出現(xiàn)時間而造成無法連續(xù)觀測、精確度差的問題，提供一種測試點數(shù)不限、多點同步測試、測試精確度高的裂縫出現(xiàn)時間自動測試裝置。
本發(fā)明的技術(shù)方案是1、裂縫出現(xiàn)時間自動測試方法它是采用通過導(dǎo)線依次將石墨線、計時/選通裝置、數(shù)字萬用表以及計算機(jī)連接組成的裂縫出現(xiàn)時間自動測試儀，來自動測試裂縫出現(xiàn)時間的。測試前，將待測試件的測試部位連續(xù)分布上石墨線，石墨線的兩端通過導(dǎo)線與本自動測試儀相連。由于石墨的電阻率遠(yuǎn)低于該非導(dǎo)體試件，因此試件被測試部分被轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€電阻值明顯降低的電阻元件。計算機(jī)按照設(shè)置好的時間間隔連續(xù)讀取石墨線的電阻。當(dāng)試件出現(xiàn)裂縫時，與裂縫相交的石墨線斷開，導(dǎo)致電阻阻值突變，則計算機(jī)記錄的電阻突變時間即為試件的開裂時間。計算機(jī)實時顯示并記錄試件裂縫出現(xiàn)時間。
2、裂縫出現(xiàn)時間自動測試裝置它包括石墨線(4)、計時/選通裝置(3)、數(shù)字萬用表(2)、計算機(jī)(1)，通過導(dǎo)線依次將石墨線(4)、計時/選通裝置(3)、萬用表(2)以及計算機(jī)(1)連成一個整體。
3、本發(fā)明應(yīng)用于測試非導(dǎo)體脆性材料裂縫出現(xiàn)的時間。
本發(fā)明的有益效果是，所選擇的測試點不受數(shù)量限制，多測點同步、實時、自動測試非導(dǎo)體脆性材料裂縫出現(xiàn)時間，測試對象可以是土木工程中各類非荷載或荷載作用下的混凝土結(jié)構(gòu)，也可以是其他需要測試開裂時間的非導(dǎo)體脆性材料。本發(fā)明精確度高、適用性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、成本低廉。


圖1是本發(fā)明的原理圖。
圖2是本發(fā)明“計時/選通裝置”的原理圖。
圖3是“計時/選通裝置”中脈沖產(chǎn)生/分頻電路的原理圖。
圖4是“計時/選通裝置”部分中選通電路的原理圖。
圖5是“計時/選通裝置”部分中測試控制電路的原理圖。
圖6是實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7是實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。
標(biāo)號說明1計算機(jī)；2數(shù)字萬用表；3計時/選通裝置；4石墨線；5被測試件；6簡支梁試件；7圓環(huán)試件；電路圖中4020、4017、4060、4001為通用的芯片代號。
具體實施例方式如圖1、6、7所示，本發(fā)明包括石墨線4、計時/選通裝置3、數(shù)字萬用表2、計算機(jī)1，通過導(dǎo)線次將石墨線4、計時/選通裝置3、數(shù)字萬用表2以及計算機(jī)1連成一個整體。在試件中裂縫可能出現(xiàn)的位置連續(xù)、均勻地分布上石墨線(如用石墨比例高的6B鉛筆畫線)，由于石墨的電阻率遠(yuǎn)低于該非導(dǎo)體試件，將試件被測試部分轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€電阻值明顯降低的電阻元件。該石墨線幾乎沒有強(qiáng)度，因此對試件不會有任何的約束影響。在石墨線的兩端接上導(dǎo)電線，接入計時/選通電路，計時/選通電路與數(shù)字萬用表連接，而數(shù)字萬用表則與計算機(jī)相連，計算機(jī)按照設(shè)置好的時間間隔連續(xù)讀取石墨線的電阻。當(dāng)試件出現(xiàn)裂縫時，與裂縫相交的石墨線斷開，回路就被切斷，導(dǎo)致電阻突變，這樣裂縫出現(xiàn)的時間就會被計算機(jī)自動記錄。從而實現(xiàn)利用計算機(jī)自動測試裂縫出現(xiàn)的時間。
圖2是本發(fā)明“計時/選通裝置”的原理圖，如圖2所示計時/選通裝置3包括四個主要部分，分別為直流穩(wěn)壓電源、脈沖產(chǎn)生/分頻電路，選通電路、測試控制電路。220V的交流電通過電源插座從直流穩(wěn)壓電源電路的輸入端接入，直流穩(wěn)壓電源8分別與脈沖產(chǎn)生/分頻電路、選通電路以及測試控制電路相連，做為三個電路的工作電源。脈沖產(chǎn)生/分頻電路與選通電路相連，選通電路與測試控制電路相連。其工作原理為交流電輸入直流穩(wěn)壓電源電路，經(jīng)降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓過程變成直流穩(wěn)壓電源，直流穩(wěn)壓電源為計時/選通裝置3的整個電路供電。“脈沖產(chǎn)生/分頻電路”產(chǎn)生一個基準(zhǔn)頻率的時序信號，“選通電路”使得多個被測試件所在電路依次、等時間間隔、循環(huán)地被導(dǎo)通，而“測試控制電路”通過繼電器將被測試件與萬用表相連，從而實現(xiàn)用一套設(shè)備對多個測點的電阻阻值的測試。下面分別就計時/選通裝置3的四個部分進(jìn)行說明第一部分直流穩(wěn)壓電源的產(chǎn)生，通過變壓器降壓，將220V的交流電壓降為交流低電壓。然后通過整流橋形成直流脈動的電壓。再通過濾波、穩(wěn)壓過程，就可以形成穩(wěn)定的直流電壓輸出，作為芯片的工作電源。輸出的直流穩(wěn)壓電壓可以有多種，根據(jù)需要進(jìn)行選擇，可以選擇9V，12V等。
第二部分脈沖產(chǎn)生/分頻電路，如圖3所示，它包括電容C1、C2、C3，晶振Y1，電阻R1，芯片4017、4020、4060，復(fù)位按鈕S1。晶振Y1與電容R1并聯(lián)，分別經(jīng)過電容C1、可調(diào)電容C2接地，在另一端接入到4060芯片U1的第10和11個管腳之間。電容C3與復(fù)位按鈕S1并聯(lián)，接直流穩(wěn)壓電源，之后分別連接4060芯片U1的管腳12(復(fù)位管腳)、4017芯片U3的管腳15(復(fù)位管腳)、4020芯片U6的管腳11(復(fù)位管腳)。4060芯片U1的管腳16處接入直流電，第8個管腳接地。4060芯片U1的管腳3與4017芯片U3的管腳14(CP-時鐘信號輸入管腳)相連，4017芯片U3的第16個管腳接入直流電，第13、8管腳接地。4017芯片U3的第11個管腳與4020芯片的第10個管腳相連。4020芯片U6的第16個管腳接入直流電，第8個管腳接地，第9、7、5、4、13、15、1、3、八個管腳分別連接雙排跳線插座的1～8號插件管腳。雙排跳線插座的第9-16插件管腳短接作為電路輸出端。
晶振Y1為脈沖發(fā)生器，產(chǎn)生脈沖信號，經(jīng)過4060芯片U1(分頻/計數(shù)作用)、4017芯片U3(分頻/計數(shù)作用)、4020芯片U6(分頻/計數(shù)作用)進(jìn)行分頻，最終產(chǎn)生8檔基準(zhǔn)的時序信號，并通過雙排插針式跳線插座H2在某個特定的檔位處短接以輸出所選擇的特定頻率的信號。對應(yīng)于試件而言，就是在數(shù)據(jù)采集的循環(huán)過程中，對每個試件分配的讀數(shù)時間周期表現(xiàn)為8個可供選擇的檔位。選擇的實現(xiàn)是通過插針在H2某個特定的插座處短接實現(xiàn)的。該信號輸出后接入圖4的三個4017芯片。
H2雙排插針式跳線插座，插座上1-16代表插座的插件管腳，U64020型號的芯片，U34017芯片，U14060芯片，C1電容，C2可調(diào)電容，Y1晶振，R1電阻，C3瓷片電容，S1復(fù)位按鈕。各芯片中，VDD代表芯片電源管腳；VSS是芯片接地管腳；R是復(fù)位管腳；CP是時鐘信號輸入管腳；EN是時鐘使能信號輸入管腳，Q是輸出管腳。
選通電路，如圖4所示，它 芯片4001、4017，復(fù)位按鈕S1，瓷片電容C3。從脈沖/分頻電路輸出的信號，在圖4選通電路的“IN”處分別接入本電路中4017芯片U2、U4、U5的第14個管腳。復(fù)位按鈕S1和瓷片電容C3并聯(lián)(即圖3中的S1以及C3)，在本電路中分別接入4017芯片U2、U4、U5的第15個管腳。4017芯片U2、U4、U5的第16個管腳接入直流電，第8個管腳接地。其中4001芯片U7的管腳1與管腳10相連。管腳3與12、13連接。管腳2與管腳5、6連接，再連接到4017芯片U4的第11個管腳4001芯片U7的8與9連接，再與4017芯片U2的第9個管腳相連。4001芯片U7的第14管腳接入直流電源，第7個管腳接地。4001芯片U7的管腳4與4017芯片U5的第13個管腳相連，管腳11與4017芯片U4的管腳13相連。4017芯片U5的第1、2、4、7、10管腳，U4的1、2、4、5、6、7、12、13管腳，U2的1、2、4、5、6、7、10管腳分別與1～20試件測試電路連接。
其工作原理為4001(芯片)是四組雙輸入或非門，其作用是將二個以上4017芯片級連，產(chǎn)生8路以上的電路輸出，實現(xiàn)由一套設(shè)備測試8個以上試件的目的。4017芯片起多路輸出作用，一個4017芯片最多有8～9路輸出，本例中三個4017芯片分別用了5、7、8路。該電路將信號依次、循環(huán)地分配給8個以上，本例為20個試件測試電路，控制被測試件所在的測試控制電路被依次且循環(huán)地選通。
圖4符號說明S1-復(fù)位按鈕，C3-瓷片電容。4001、4017為通用芯片代碼，各芯片中，VDD代表芯片電源管腳；VSS是芯片接地管腳；R是復(fù)位管腳；CP是時鐘信號輸入管腳；EN是時鐘使能信號輸入管腳，Q是輸出管腳。
第四部分測試控制電路，如圖5所示，它包括二極管D21，電阻R2、R22，發(fā)光二極管D1，三極管Q1，繼電器線圈J，和可調(diào)電阻R42。信號從M點輸入，經(jīng)過電阻R2，與三極管Q1的b極(基極)相連，三極管Q1的e極(發(fā)射極)接地，c極(集電極)與繼電器線圈相連。電阻R22與發(fā)光二極管D1串聯(lián)，然后與二極管D21以及繼電器線圈J并聯(lián)。繼電器的觸點K1在一側(cè)接在萬用表的兩個指針探針W1、W2處，另一側(cè)經(jīng)過可調(diào)電容R42與試件的兩端的引出線S1、S2相連。
其工作原理為該電路通過繼電器的開、合控制被測試件所在電路的導(dǎo)通與否。每個試件對應(yīng)于一個繼電器選通控制電路，僅需一個萬用表就可以測試多個被測試件。當(dāng)該路選通時，該通路的三極管基極e為高電平，處于導(dǎo)通狀態(tài)。M端有信號輸入，繼電器線圈上電，觸點吸合，于是萬用表兩端和被測物體的兩端連通，此時萬用表就處于測量該試件的狀態(tài)，與該電路相連的試件的電阻值的數(shù)據(jù)被采集。
圖5符號說明D21-二極管；R22-電阻；D1-發(fā)光二極管；M為信號輸入端，J為繼電器線圈，K1為繼電器的觸點，Q1為三極管，b，c，e分別為三極管的基極、集電極、發(fā)射極，W1、W2與萬用表的兩個指針探針連接的接頭；S1、S2-與試件兩端的引出線相連的接頭。
實施例1如圖6所示，將本發(fā)明應(yīng)用于土木工程領(lǐng)域測試混凝土簡支梁構(gòu)件在荷載作用下的裂縫出現(xiàn)時間。通過在不同測點處畫石墨線，將簡支梁劃分為不同的測點區(qū)間，實現(xiàn)自動、多測點的裂縫出現(xiàn)時間檢測。
實施例2如圖7所示，將本發(fā)明應(yīng)用于土木工程領(lǐng)域測試硬化后的水泥漿、砂漿、混凝土等水泥基膠凝材料的早期抗裂性能的圓環(huán)法試驗中。通過本發(fā)明，避免了數(shù)據(jù)的人工讀取。將石墨線連續(xù)地分布在環(huán)形試件的外緣，石墨線的兩端點相互錯開，保證裂縫都能與石墨線相交。通過導(dǎo)線將環(huán)形試件上的石墨線(兩端點)與計時/選通裝置的接線柱連接，由計時/選通裝置實現(xiàn)環(huán)形試件的依次選通，各個環(huán)形試件的電阻值數(shù)據(jù)被數(shù)字萬用表依次讀取，并經(jīng)數(shù)據(jù)線傳入計算機(jī)。通過分析計算機(jī)中的數(shù)據(jù)，找到各個環(huán)形試件的開裂時間。實現(xiàn)了多測點、自動測試裂縫出現(xiàn)時間，簡單方便。
權(quán)利要求
1.一種裂縫出現(xiàn)時間自動測試方法，其特征在于它是采用通過導(dǎo)線依次將石墨線(4)、計時/選通裝置(3)、數(shù)字萬用表(2)以及計算機(jī)(1)連接組成的裂縫出現(xiàn)時間自動測試儀，來自動測試裂縫出現(xiàn)時間的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裂縫出現(xiàn)時間自動測試方法，其特征在于它是將石墨線(4)連續(xù)地分布在被測試件(5)中裂縫可能出現(xiàn)的位置上；在石墨線(4)的兩端接上導(dǎo)電線，將導(dǎo)電線與計時/選通裝置(3)連接，計時/選通裝置(3)又與數(shù)字萬用表(2)連接，而數(shù)字萬用表(2)則與計算機(jī)(1)相連，計算機(jī)(1)按照設(shè)置好的間隔時間連續(xù)讀取石墨線的電阻值；當(dāng)試件出現(xiàn)裂縫時，與裂縫相交的石墨線(4)斷開，回路就被切斷，導(dǎo)致萬用表讀取的電阻值驟然增大，這樣裂縫出現(xiàn)的時間就會被計算機(jī)(1)自動記錄；利用計算機(jī)記錄的電阻值的突變來判定試件的開裂時間。
3.一種裂縫出現(xiàn)時間自動測試裝置，其特征在于它包括石墨線(4)、計時/選通裝置(3)、數(shù)字萬用表(2)、計算機(jī)(1)，通過導(dǎo)線依次將石墨線(4)、計時/選通裝置(3)、萬用表(2)以及計算機(jī)(1)連成一個整體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裂縫出現(xiàn)時間自動測試裝置，其特征在于計時/選通裝置(3)包括四個主要部分，分別為直流穩(wěn)壓電源、脈沖產(chǎn)生/分頻電路，選通電路、測試控制電路；其連接關(guān)系為220V的交流電通過電源插座從直流穩(wěn)壓電源電路的輸入端接入，直流穩(wěn)壓電源輸出端分別與脈沖產(chǎn)生/分頻電路、選通電路以及測試控制電路相連；脈沖產(chǎn)生/分頻電路與選通電路相連，選通電路與測試控制電路相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裂縫出現(xiàn)時間自動測試裝置，其特征在于脈沖/分頻電路它包括電容C1、C2、C3，晶振Y1，電阻R1，芯片4017、4020、4060，復(fù)位按鈕S1；晶振Y1與電容R1并聯(lián)，分別經(jīng)過電容C1、可調(diào)電容C2接地，在另一端接入到4060芯片U1的第10和11個管腳之間；電容C3與復(fù)位按鈕S1并聯(lián)，接直流穩(wěn)壓電源，之后分別連接4060芯片U1的復(fù)位管腳12、4017芯片U3的復(fù)位管腳15、4020芯片U6的復(fù)位管腳11；4060芯片U1的管腳1 6處接入直流電，第8個管腳接地；4060芯片U1的管腳3與4017芯片U3的CP-時鐘信號輸入管腳14相連，4017芯片U3的第16個管腳接入直流電，第13、8管腳接地；4017芯片U3的第11個管腳與4020芯片的第10個管腳相連；4020芯片U6的第16個管腳接入直流電，第8個管腳接地，第9、7、5、4、13、15、1、3、八個管腳分別連接雙排跳線插座的1～8號插件管腳。雙排跳線插座的第9-16插件管腳短接作為電路輸出端。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裂縫出現(xiàn)時間自動測試裝置，其特征在于選通電路包括芯片4001、4017，復(fù)位按鈕S1，瓷片電容C3；從脈沖/分頻電路輸出的信號，在選通電路的“IN”處分別接入本電路中4017芯片U2、U4、U5的第14個管腳；復(fù)位按鈕S1和瓷片電容C3并聯(lián)，在本電路中分別接入4017芯片U2、U4、U5的第15個管腳；4017芯片U2、U4、U5的第16個管腳接入直流電，第8個管腳接地。其中4001芯片U7的管腳1與管腳10相連；管腳3與12、13連接，管腳2與管腳5、6連接，再連接到4017芯片U4的第11個管腳；4001芯片U7的8與9連接，再與4017芯片U2的第9個管腳相連；4001芯片U7的第14管腳接入直流電源，第7個管腳接地；4001芯片U7的管腳4與4017芯片U5的第13個管腳相連，管腳11與4017芯片U4的管腳13相連；4017芯片U5的第1、2、4、7、10管腳，U4的1、2、4、5、6、7、12、13管腳，U2的1、2、4、5、6、7、10管腳分別與1～20試件測試電路連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裂縫出現(xiàn)時間自動測試裝置，其特征在于其測試控制電路包括二極管D21，電阻R2、R22，發(fā)光二極管D1，三極管Q1，繼電器線圈J，和可調(diào)電阻R42；信號從M點輸入，經(jīng)過電阻R2，與三極管Q1的基極相連，三極管Q1的發(fā)射極接地，集電極與繼電器線圈相連；電阻R22與發(fā)光二極管D1串聯(lián)，然后與二極管D21以及繼電器線圈J并聯(lián)；繼電器的觸點K1在一側(cè)接在萬用表的兩個指針探針W1、W2處，另一側(cè)經(jīng)過可調(diào)電容R42與試件的兩端的引出線S1、S2相連。
8.一種裂縫出現(xiàn)時間自動測試方法及裝置的應(yīng)用，其特征在于它應(yīng)用于測試非導(dǎo)體脆性材料裂縫出現(xiàn)的時間。
全文摘要
一種裂縫出現(xiàn)時間自動測試方法、裝置及其應(yīng)用。它解決了現(xiàn)有非導(dǎo)體脆性材料裂縫出現(xiàn)時間無法自動測試的問題。它采用通過導(dǎo)線依次將石墨線、計時/選通裝置、數(shù)字萬用表以及計算機(jī)連接組成的裂縫出現(xiàn)時間自動測試儀，來自動測試裂縫出現(xiàn)時間的。用電阻率遠(yuǎn)低于混凝土的石墨在可能出現(xiàn)裂縫的試件的部位畫線，由于石墨的電阻率遠(yuǎn)低于非導(dǎo)體的試件，將試件被測測點區(qū)間轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€電阻明顯降低的電阻元件。本發(fā)明能夠多測點同步、實時、自動測試非導(dǎo)體脆性材料裂縫出現(xiàn)時間，測試對象可以是土木工程中各類非荷載或荷載作用下的混凝土結(jié)構(gòu)，也可以是其他需要測試開裂時間的非導(dǎo)體脆性材料。本發(fā)明精確度高、適用性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、成本低廉。
文檔編號G01N33/38GK1645119SQ20041006149
公開日2005年7月27日 申請日期2004年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月31日
發(fā)明者鄭建嵐, 羅素蓉, 王國杰, 王雪芳 申請人:福州大學(xué)