[發(fā)明專利]一種中子原位力學(xué)加載系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410173458.7
• 申請日: 2014-04-28
• 公開（公告）號: CN103900904A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 龐蓓蓓;孫光愛;張瑩;王虹;李建;張潔;陳波;劉耀光;汪小琳
• 申請（專利權(quán)）人: 中國工程物理研究院核物理與化學(xué)研究所
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08
• 代理公司: 中國工程物理研究院專利中心 51210
• 代理人: 翟長明

1.一種中子原位力學(xué)加載系統(tǒng)，其特征在于：所述的系統(tǒng)包括計算機(jī)（1）、主控制器單元（2）、執(zhí)行驅(qū)動單元（3）、傳感器反饋單元（4）和中子監(jiān)視器（5），實(shí)驗(yàn)人員通過人機(jī)界面將拉伸壓縮參數(shù)存儲到計算機(jī)（1）上，計算機(jī)（1）將參數(shù)通過以太網(wǎng)線纜發(fā)送至主控制器單元（2），主控制器單元（2）將接收到的參數(shù)數(shù)據(jù)與實(shí)際參數(shù)加以邏輯計算后得到驅(qū)動參數(shù)，并將其通過現(xiàn)場總線下發(fā)至執(zhí)行驅(qū)動單元（3），執(zhí)行驅(qū)動單元（3）帶動樣品按命令速度、方向參數(shù)進(jìn)行拉伸或壓縮運(yùn)動，同時，與樣品機(jī)械相連的傳感器反饋單元（4）將樣品形變量、受力值轉(zhuǎn)換為模擬信號，最后，該信號通過模擬量信號屏蔽線纜將反饋至主控制器單元（2）從而形成一主閉環(huán)系統(tǒng)，主控制器單元（2）將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后上傳至計算機(jī)（1）進(jìn)行狀態(tài)顯示，加載完成后，主控制器單元（2）通過以太網(wǎng)線纜與中子監(jiān)視器進(jìn)行通信，獲得測量中子個數(shù)，為滿足中子原位實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用要求，實(shí)現(xiàn)力學(xué)加載裝置的批自動處理功能，該主控制器周期執(zhí)行以下步驟：

a)參數(shù)讀取：通過與計算機(jī)通信接收拉伸壓縮速度、樣品長度、樣品面積、加載閾值、拉伸壓縮模式批參數(shù)、目標(biāo)應(yīng)力或應(yīng)變批參數(shù)和單步測量中子個數(shù)參數(shù)信息批參數(shù)；

b)閾值加載：根據(jù)速度參數(shù)和加載閾值參數(shù)，通過現(xiàn)場總線向執(zhí)行驅(qū)動單元下達(dá)運(yùn)動速度、方向命令，然后周期采集力傳感器反饋的當(dāng)前力值信息，然后與加載閾值比較，直到相等后控制執(zhí)行驅(qū)動單元停止運(yùn)動，并將當(dāng)前樣品形變量值修正為零；閾值加載的目的是使樣品處于緊繃狀態(tài)，有效地消除由于夾具、齒輪等因素帶來樣品松弛而產(chǎn)生的應(yīng)變測量誤差；

c)數(shù)據(jù)采集：周期采集傳感器單元的輸出信號，使用去極值濾波和移動平均濾波的復(fù)合算法對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；檢測當(dāng)前力值、當(dāng)前形變量是否超限時，一旦檢測到超限情況，則觸發(fā)拉伸或壓縮方向保護(hù)動作，不再執(zhí)行樣品拉伸或壓縮的操作命令，同時向計算機(jī)發(fā)送報警信息；

d)單步加載運(yùn)行：首先判斷該步的運(yùn)行模式，若運(yùn)行模式選擇應(yīng)力模式，根據(jù)樣品面積和目標(biāo)應(yīng)力參數(shù)計算目標(biāo)力值；若選擇應(yīng)變模式，根據(jù)樣品長度和目標(biāo)應(yīng)變參數(shù)計算目標(biāo)形變量值，進(jìn)一步與當(dāng)前力值或當(dāng)前形變量比較，若前者大于后者則控制執(zhí)行驅(qū)動單元進(jìn)行拉伸運(yùn)動，否則控制其進(jìn)行壓縮運(yùn)動，然后周期采集傳感器反饋單元的力值或形變量信息，并與目標(biāo)值比較，直到相等后控制執(zhí)行驅(qū)動單元停止運(yùn)動；

e)步間切換：與中子監(jiān)視器進(jìn)行周期性通信，獲得實(shí)時測量中子個數(shù)，并與該步的目標(biāo)測量中子參數(shù)進(jìn)行比較，直到兩者相等或前者大于后者時，重復(fù)跳轉(zhuǎn)到步驟c）進(jìn)行下一步測量。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中子原位力學(xué)加載系統(tǒng)，其特征在于：計算機(jī)采用西門子的WINCC軟件設(shè)計人機(jī)控制界面，控制界面包括啟動拉伸、返回、停止、應(yīng)力設(shè)置、應(yīng)變設(shè)置按鈕，速度設(shè)置、應(yīng)力設(shè)置、應(yīng)變設(shè)置、樣品長度、樣品橫截面積輸入輸出文本控件，實(shí)時速度、應(yīng)力、應(yīng)變顯示文本框和應(yīng)力應(yīng)變在線趨勢窗口。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述中子原位力學(xué)加載系統(tǒng)，其特征在于：主控制器單元（2）包括PLC?CPU模塊（21）、PLC模擬量輸入模塊（22）、以太網(wǎng)模塊（23）、現(xiàn)場通信模塊（24），CPU模塊（21）分別與后三者兩兩連接；驅(qū)動執(zhí)行單元（3）主要包括伺服驅(qū)動器（31）、伺服電機(jī)（32）和高精度編碼器（33），伺服驅(qū)動器（31）通過動力線電纜與伺服電機(jī)（32）相連，伺服電機(jī)（32）與編碼器（33）機(jī)械連接，最后編碼器再通過數(shù)據(jù)線與驅(qū)動器（31）相連形成一子閉環(huán)系統(tǒng)；傳感器反饋單元（4）包括力傳感器（41）和引伸計（42），分別用于測量受力和樣品形變量的測量。