膠合木梁彈性模量測(cè)試儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種膠合木梁彈性模量測(cè)試儀，包括拾振傳感器和用于采集顯示數(shù)據(jù)采集儀，所述拾振傳感器固定于膠合木梁上；所述拾振傳感器包括加速度傳感器和電荷放大器，所述加速度傳感器將膠合木梁的振動(dòng)轉(zhuǎn)化為電荷信號(hào)輸出，并通過(guò)電荷放大器將電荷信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出至數(shù)據(jù)采集儀；所述數(shù)據(jù)采集儀根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和分析并顯示振動(dòng)曲線和固有頻率。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、易攜帶、測(cè)試原理簡(jiǎn)單、測(cè)試精度高且穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】膠合木梁彈性模量測(cè)試儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明主要涉及到材料工程應(yīng)用檢測(cè)設(shè)備領(lǐng)域，特指一種用于進(jìn)行膠合木梁彈性模量測(cè)試的設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]在材料的工程應(yīng)用中，材料的彈性模量在材料的利用、改性和微觀結(jié)構(gòu)的研究中具有重要的作用。目前，對(duì)木材的彈性模量的研究技術(shù)還較為落后，且主要針對(duì)板材。
[0003]膠合木梁的彈性模量是反映膠合木梁整體質(zhì)量與力學(xué)性能的重要指標(biāo)，但至今國(guó)內(nèi)外關(guān)于膠合木梁的彈性模量的測(cè)試方法研究較少?，F(xiàn)有技術(shù)中針對(duì)膠合木梁彈性模量的測(cè)定方法主要是標(biāo)準(zhǔn)靜力法。該方法為:在膠合木梁的兩端，通過(guò)靜態(tài)加載負(fù)荷的方法測(cè)量膠合木梁的擾度變化計(jì)算彈性模量。上述傳統(tǒng)方法因需要固定和加載，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試極為不方便，測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)且計(jì)算復(fù)雜。同時(shí)，加載負(fù)荷過(guò)大還有可能會(huì)給膠合木梁帶來(lái)不可逆的損傷，極大的危害工程安全。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題就在于:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、易攜帶、測(cè)試原理簡(jiǎn)單、測(cè)試精度高且穩(wěn)定可靠的膠合木梁彈性模量測(cè)試儀。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種膠合木梁彈性模量測(cè)試儀，包括拾振傳感器和用于采集顯示數(shù)據(jù)采集儀，所述拾振傳感器固定于膠合木梁上；所述拾振傳感器包括加速度傳感器和電荷放大器，所述加速度傳感器將膠合木梁的振動(dòng)轉(zhuǎn)化為電荷信號(hào)輸出，并通過(guò)電荷放大器將電荷信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出至數(shù)據(jù)采集儀；所述數(shù)據(jù)采集儀根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和分析并顯示振動(dòng)曲線和固有頻率。
[0006]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述數(shù)據(jù)采集儀包括信號(hào)放大濾波系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、微處理器系統(tǒng)以及顯示系統(tǒng)，所述信號(hào)放大濾波系統(tǒng)將從拾振傳感器輸入的微弱的電壓信號(hào)放大濾波后輸入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，再通過(guò)微處理器系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換，將放大濾波后的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并通過(guò)顯示系統(tǒng)顯示振動(dòng)曲線和固有頻率。
[0007]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述微處理器系統(tǒng)包括微處理器芯片、存儲(chǔ)單元和USB通訊接口，每次的采集數(shù)據(jù)和最終計(jì)算的彈性模量值關(guān)聯(lián)編號(hào)存儲(chǔ)于微處理器系統(tǒng)中的存儲(chǔ)單元，通過(guò)數(shù)據(jù)采集儀查詢或通過(guò)USB通訊接口下載至電腦保存分析。
[0008]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述數(shù)據(jù)采集儀還包括鍵盤(pán)控制板。
[0009]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述數(shù)據(jù)采集儀和拾振傳感器均通過(guò)電源系統(tǒng)供電。
[0010]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述電源系統(tǒng)為可充電鋰電池。
[0011]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述拾振傳感器與數(shù)據(jù)采集儀通過(guò)電纜相連。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
1、本發(fā)明采用振動(dòng)無(wú)損檢測(cè)方法測(cè)定膠合木梁的固有頻率并自動(dòng)計(jì)算其彈性模量值，測(cè)量快速便捷，不受測(cè)量環(huán)境限制，完全不損壞膠合木梁材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，測(cè)量方法安全簡(jiǎn)單。
[0013]2、本發(fā)明采用便攜式設(shè)計(jì)，小巧輕便，適用于任何場(chǎng)合單人實(shí)現(xiàn)測(cè)量。大屏幕彩色液晶屏顯示，內(nèi)置可充電鋰電池供電，續(xù)航時(shí)間超長(zhǎng)。
[0014]3、本發(fā)明采用高靈敏度的加速度傳感器和放大倍數(shù)可自動(dòng)調(diào)整的信號(hào)放大電路，可實(shí)現(xiàn)對(duì)微弱振動(dòng)信號(hào)的采集，適用于各規(guī)格的膠合木梁彈性模量的測(cè)試。
[0015]4、本發(fā)明通過(guò)傅立葉變換分析方法對(duì)采集的振動(dòng)曲線進(jìn)行分析，采用優(yōu)化的差頻算法計(jì)算振動(dòng)的固有頻率，并通過(guò)輸入相應(yīng)的參數(shù)自動(dòng)計(jì)算彈性模量值。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明在具體應(yīng)用實(shí)例中的原理示意圖。
[0017]圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架示意圖。
[0018]圖3是本發(fā)明在具體實(shí)施例中微處理器系統(tǒng)的中央控制單元和通訊單元的電路原理示意圖。
[0019]圖4是本發(fā)明在具體實(shí)施例中微處理器系統(tǒng)的存儲(chǔ)單元的電路原理示意圖。
[0020]圖5是本發(fā)明在具體實(shí)施例中電荷放大器的電路原理示意圖。
[0021]圖6是本發(fā)明在具體實(shí)施例中信號(hào)放大濾波系統(tǒng)的電路原理示意圖。
[0022]圖7是本發(fā)明在具體實(shí)施例中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的電路原理示意圖。
[0023]圖8是本發(fā)明在具體實(shí)施例中電源系統(tǒng)的智能鋰電池管理電路原理示意圖。
[0024]圖9是本發(fā)明在具體實(shí)施例中電源系統(tǒng)的電壓轉(zhuǎn)換電路原理示意圖。
[0025]圖10是本發(fā)明在具體實(shí)施例中鍵盤(pán)和液晶顯示的電路原理示意圖圖例說(shuō)明:
1、加速度傳感器；2、電荷放大器；3、數(shù)據(jù)采集儀；4、信號(hào)放大濾波系統(tǒng)；5、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；6、微處理器系統(tǒng)；7、顯示系統(tǒng)；8、USB通訊接口 ；9、拾振傳感器；10、電纜；11、電源系統(tǒng)；12、鍵盤(pán)控制板；13、膠縫；14、膠合木梁。

【具體實(shí)施方式】
[0026]以下將結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0027]如圖1和圖2所示，本發(fā)明的膠合木梁彈性模量測(cè)試儀，其原理是采用振動(dòng)無(wú)損檢測(cè)法測(cè)定膠合木梁14的固有頻率，并根據(jù)相關(guān)參數(shù)自動(dòng)計(jì)算其彈性模量值，膠合木梁14上有數(shù)條膠縫13。本發(fā)明的膠合木梁彈性模量測(cè)試儀，包括安裝于被測(cè)物體的拾振傳感器9和用于采集顯示數(shù)據(jù)采集儀3，膠合木梁14為被測(cè)物體，拾振傳感器9固定于膠合木梁14上,隨膠合木梁14的振動(dòng)而振動(dòng)。拾振傳感器9通過(guò)電纜10 (如采用屏蔽電纜線)將輸出的電壓信號(hào)傳輸至數(shù)據(jù)采集儀3采集處理。
[0028]拾振傳感器9包括加速度傳感器I和電荷放大器2，加速度傳感器I可以采用壓電式傳感器，通過(guò)壓電式加速度傳感器I將膠合木梁14的微弱振動(dòng)轉(zhuǎn)化為電荷信號(hào)輸出，并通過(guò)高性能的電荷放大器2將電荷信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出。
[0029]本實(shí)施例中，數(shù)據(jù)采集儀3包括信號(hào)放大濾波系統(tǒng)4、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)5、微處理器系統(tǒng)6以及顯不系統(tǒng)7 ;信號(hào)放大濾波系統(tǒng)4將從拾振傳感器9輸入的微弱的電壓信號(hào)放大濾波后輸入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)5，再通過(guò)微處理器系統(tǒng)6控制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)5進(jìn)行數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換，將放大濾波后的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并通過(guò)顯示系統(tǒng)7顯示振動(dòng)曲線和固有頻率。
[0030]本實(shí)施例中，微處理器系統(tǒng)6包括微處理器芯片、存儲(chǔ)單元(如:大容量存儲(chǔ)器)和USB通訊接口 8，每次的采集數(shù)據(jù)和最終計(jì)算的彈性模量值關(guān)聯(lián)編號(hào)存儲(chǔ)于微處理器系統(tǒng)6中的大容量存儲(chǔ)器中，可隨時(shí)通過(guò)數(shù)據(jù)采集儀3查詢或通過(guò)USB通訊接口 8下載至電腦保存分析。
[0031]本實(shí)施例中，數(shù)據(jù)采集儀3和拾振傳感器9均通過(guò)電源系統(tǒng)11供電，電源系統(tǒng)11可以根據(jù)實(shí)際需要采用大容量的可充電鋰電池，配備智能充放電控制模塊，提高鋰電池的使用壽命和安全。
[0032]本實(shí)施例中，數(shù)據(jù)采集儀3還包括鍵盤(pán)控制板12，通過(guò)鍵盤(pán)控制板12來(lái)完成參數(shù)的設(shè)置和其他數(shù)據(jù)的輸入工作。
[0033]參見(jiàn)圖3和圖4，本實(shí)例中的微處理器系統(tǒng)6包括圖3的中央控制單元和通訊單元以及圖4存儲(chǔ)單元三個(gè)部分。中央控制單元采用片單片機(jī)AT89c2051和STC89C55WD，內(nèi)置燒錄的程序代碼，控制整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行，其中U16主要控制數(shù)據(jù)的采集放大，AD轉(zhuǎn)換，鍵盤(pán)按鍵識(shí)別和通訊單元。U5主要控制液晶的顯示，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和讀取以及AD采集的數(shù)據(jù)讀取。存儲(chǔ)單元采用高速并口 Flash大容量存儲(chǔ)器W29C040，本系統(tǒng)采用了 U7、U8和U9三兩片存儲(chǔ)器，容量總和為1.5M，能同時(shí)存取多達(dá)上千條曲線數(shù)據(jù)，通過(guò)U5和U6大容量緩存器實(shí)現(xiàn)了對(duì)振動(dòng)曲線的快速存儲(chǔ)和讀取。通訊單元主要通過(guò)U3實(shí)現(xiàn)TTL電平和USB通訊電平之間的相互轉(zhuǎn)換。
[0034]參見(jiàn)圖5，本實(shí)例中的電荷放大器2的電路由電荷放大器UA5、C33、C34、C35和R26組成的電路將拾振傳感器9輸出的電荷信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出。
[0035]參見(jiàn)圖6，本實(shí)例中的信號(hào)放大濾波系統(tǒng)4主要由運(yùn)算放大器LF442、模擬切換開(kāi)關(guān)74HC4051和電阻電容組成。本電路為4級(jí)放大和二級(jí)濾，UAlA和UA2A及外圍電路為固定倍數(shù)放大電路，RA4與RA2的電阻值決定了一級(jí)放大電路的放大倍數(shù)，RA3和RA21的電阻值界定了第三級(jí)放大電路的放大的倍數(shù)。UA7、UA8、UA2A、UA3B及外圍電路為自動(dòng)調(diào)整放大倍數(shù)電路，由微處理器系統(tǒng)6的中央控制單元的單片機(jī)U16根據(jù)采集到的信號(hào)的強(qiáng)弱通過(guò)1 口控制UA7和UA8模擬通道的切換從而實(shí)現(xiàn)對(duì)放大倍數(shù)的切換選擇，從而采集到電壓幅值合適的信號(hào)。
[0036]參見(jiàn)圖7，本實(shí)例中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)5采用高速、多通道和高精度的12位AD轉(zhuǎn)換芯片MAX197。AD芯片UlO為并口數(shù)據(jù)傳輸方式，包含8個(gè)模擬信號(hào)輸入通道，最高可達(dá)200KSPS的采樣速率。放大濾波的電壓信號(hào)經(jīng)本系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)通過(guò)并口方式放送給中央處理單元的U5和U16分析處理。
[0037]參見(jiàn)圖8和9，本實(shí)例中的電源系統(tǒng)11主要由圖8的鋰電池智能管理單元和圖9的電壓轉(zhuǎn)換單元組成。鋰電池智能管理電路主要由鋰電池智能管理芯片Ul和外圍電路構(gòu)成。Ul采用高端芯片BQ24170，實(shí)現(xiàn)對(duì)智能鋰電池的充放電控制和性能監(jiān)控。BVl和U2為電壓轉(zhuǎn)換芯片，BVl為L(zhǎng)7805，輸出5V電壓，Ul為7660S，輸出為-5V電壓。電源系統(tǒng)11為其它的系統(tǒng)提供了正常工作的穩(wěn)定電源。
[0038]參見(jiàn)圖10，本實(shí)例中的鍵盤(pán)控制板12和顯示系統(tǒng)7主要由按鍵單元和液晶顯示單元。鍵盤(pán)單元采用2*8的矩陣按鍵,通過(guò)中央處理單元的U5識(shí)別正操作按鍵并作相應(yīng)的處理。液晶顯示單元主要采用液晶顯示模塊，電路設(shè)計(jì)是主要考慮控制接口，本系統(tǒng)的液晶模塊由U5的1 口直接控制，內(nèi)置相應(yīng)的液晶驅(qū)動(dòng)程序。
[0039]工作原理:數(shù)據(jù)采集儀3通過(guò)鍵盤(pán)控制板12、顯示系統(tǒng)7及微處理器系統(tǒng)6設(shè)置采樣頻率和膠合木梁14的相關(guān)參數(shù)。
[0040]在數(shù)據(jù)采集儀3收到開(kāi)始采集的控制指令后，就開(kāi)始進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集的過(guò)程為拾振傳感器9通過(guò)壓電式加速度傳感器I將膠合木梁14的微弱振動(dòng)轉(zhuǎn)化為電荷信號(hào)輸出，并通過(guò)高性能的電荷放大器2將電荷信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出。拾振傳感器9電壓輸出信號(hào)通過(guò)電纜10傳輸至數(shù)據(jù)采集儀3。
[0041]數(shù)據(jù)采集儀3的信號(hào)放大濾波系統(tǒng)4將輸入的電壓信號(hào)放大并通過(guò)四階低通濾波器濾除高頻信號(hào)干擾，保證輸入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)5的信號(hào)干凈平滑。微處理器系統(tǒng)6控制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)5根據(jù)設(shè)置的采樣頻率不斷的進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過(guò)高分辨率的16位AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳輸給微處理器系統(tǒng)6。微處理器系統(tǒng)6根據(jù)米集數(shù)據(jù)到的電壓信號(hào)的大小不斷的調(diào)整信號(hào)放大濾波系統(tǒng)4的放大倍數(shù)，從而得到理想的電壓信號(hào)。微處理器系統(tǒng)6控制顯示系統(tǒng)7 (如:液晶顯示模塊)將采集到的電壓信號(hào)即時(shí)顯示在顯示系統(tǒng)7上。根據(jù)設(shè)置的采樣頻率，數(shù)據(jù)采集儀3將實(shí)時(shí)的連續(xù)顯示采樣時(shí)間段1024個(gè)采樣數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)顯示電壓數(shù)據(jù)曲線(即振動(dòng)曲線)，反映振動(dòng)變化過(guò)程。
[0042]采樣結(jié)束時(shí)，微處理器系統(tǒng)6對(duì)采樣的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)后進(jìn)行FFT轉(zhuǎn)換，利用差頻法和輸入的膠合木梁14的相關(guān)參數(shù)計(jì)算得到膠合木梁14的固有頻率和彈性模量值，并將傅立葉變換后的頻譜圖，固有頻率值和最終的彈性模量值通過(guò)顯示系統(tǒng)7直接顯示。
[0043]以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種膠合木梁彈性模量測(cè)試儀，其特征在于，包括拾振傳感器(9)和用于采集顯示數(shù)據(jù)采集儀(3)，所述拾振傳感器(9)固定于膠合木梁(14)上；所述拾振傳感器(9)包括加速度傳感器(I)和電荷放大器(2 )，所述加速度傳感器(I)將膠合木梁(14 )的振動(dòng)轉(zhuǎn)化為電荷信號(hào)輸出，并通過(guò)電荷放大器(2)將電荷信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出至數(shù)據(jù)采集儀(3);所述數(shù)據(jù)采集儀(3)根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和分析并顯示振動(dòng)曲線和固有頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膠合木梁彈性模量測(cè)試儀，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集儀(3)包括信號(hào)放大濾波系統(tǒng)(4)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(5)、微處理器系統(tǒng)(6)以及顯示系統(tǒng)(7)，所述信號(hào)放大濾波系統(tǒng)(4)將從拾振傳感器(9)輸入的微弱的電壓信號(hào)放大濾波后輸入數(shù)據(jù)米集系統(tǒng)(5)，再通過(guò)微處理器系統(tǒng)(6)控制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(5)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換，將放大濾波后的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并通過(guò)顯示系統(tǒng)(7)顯示振動(dòng)曲線和固有頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的膠合木梁彈性模量測(cè)試儀，其特征在于，所述微處理器系統(tǒng)(6)包括微處理器芯片、存儲(chǔ)單元和USB通訊接口(8)，每次的采集數(shù)據(jù)和最終計(jì)算的彈性模量值關(guān)聯(lián)編號(hào)存儲(chǔ)于微處理器系統(tǒng)(6)中的存儲(chǔ)單元，通過(guò)數(shù)據(jù)采集儀(3)查詢或通過(guò)USB通訊接口(8)下載至電腦保存分析。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的膠合木梁彈性模量測(cè)試儀，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集儀(3)還包括鍵盤(pán)控制板(12)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的膠合木梁彈性模量測(cè)試儀，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集儀(3 )和拾振傳感器(9 )均通過(guò)電源系統(tǒng)(11)供電。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的膠合木梁彈性模量測(cè)試儀，其特征在于，所述電源系統(tǒng)(11)為充電鋰電池。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的膠合木梁彈性模量測(cè)試儀，其特征在于，所述拾振傳感器(9 )與數(shù)據(jù)采集儀(3 )通過(guò)電纜(10 )相連。
【文檔編號(hào)】G01H11/08GK104483215SQ201410819635
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月25日
【發(fā)明者】王解軍, 曹龍, 夏滴洋, 余玲玲, 劉艷格 申請(qǐng)人:中南林業(yè)科技大學(xué)