[發(fā)明專利]簧片受力形變特性參數(shù)測試系統(tǒng)及方法

有效

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• 申請日: 2020-09-25
• 公開（公告）號: CN112284655B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳珊珊;吳明康;聶子健;蔡紀(jì)源;王順華;李璟;殷家騰;高燕;孫冬;顧斌;張照鋒;湯滟
• 申請（專利權(quán)）人: 南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院
• 主分類號: G01M5/00
• 分類號: G01M5/00
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責(zé)任公司 32112
• 代理人: 朱戈勝

1.簧片受力形變特性參數(shù)測試系統(tǒng)，其特征在于：包括立柱、測試軌道、軌道車、升降設(shè)備、拉力測量裝置和總控箱；立柱豎向設(shè)置，測試軌道設(shè)于立柱上，軌道車設(shè)于測試軌道上，升降設(shè)備位于立柱一側(cè)，拉力測量裝置設(shè)于升降設(shè)備上方且位于測試軌道一端；

測試軌道，包括兩個軌道，其中一個軌道為光電軌道，光電軌道包括光電內(nèi)導(dǎo)軌和光電外導(dǎo)軌，光電外導(dǎo)軌上設(shè)有第一發(fā)光管陣列，光電內(nèi)導(dǎo)軌上設(shè)有第一感光管陣列，第一發(fā)光管陣列中的第一發(fā)光管各單元和第一感光管陣列中的第一感光管各單元一一對應(yīng)，第一感光管用于接收第一發(fā)光管發(fā)射的激光；

軌道車，包括車體、設(shè)于車體底部且在兩個軌道中運(yùn)動的車輪和設(shè)于車體上表面左右兩側(cè)的左套柱和右套柱，左套柱的軸線與左輪組的軸線垂直相交，右套柱的軸線與右輪組的軸線垂直相交；軌道車數(shù)量為多個，被測簧片套設(shè)于相鄰兩個軌道車的左套柱和右套柱上；最左端的軌道車固定連接于立柱左端；

升降設(shè)備，包括底座、頂板、左升降柱、右升降柱、中升降柱、量筒接收轉(zhuǎn)臺；頂板底部四角通過支桿固定于底座上端面四角；左升降柱、中升降柱和右升降柱依次設(shè)于底座上，中升降柱可旋轉(zhuǎn)，量筒接收轉(zhuǎn)臺水平設(shè)于中升降柱頂端，量筒接收轉(zhuǎn)臺上設(shè)有左側(cè)通孔和右側(cè)通孔，左升降柱和右升降柱分別穿設(shè)于左側(cè)通孔和右側(cè)通孔中；

拉力測量裝置，包括左量筒、右量筒、滑輪桿、滑輪、鉤環(huán)栓線、U形管、伸縮桿、伸縮桿驅(qū)動器、補(bǔ)水管、電磁閥、抽吸器；左量筒位于左升降柱上并能被抬升至上方的掛鉤處進(jìn)行上鉤和脫鉤操作，右量筒位于右升降柱上；滑輪通過滑輪桿設(shè)于頂板下方，鉤環(huán)栓線的一端為套設(shè)于最右端軌道車右側(cè)套柱上的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，鉤環(huán)栓線中部位于滑輪上，鉤環(huán)栓線另一端設(shè)有用于懸掛左量筒的掛鉤，U形管底部連接于伸縮桿底端，伸縮桿頂端固定于頂板底部，伸縮桿驅(qū)動器連接于伸縮桿；U形管的一端伸入左量筒，U形管另一端伸入右量筒，抽吸器連通于U形管進(jìn)行瞬時抽氣；補(bǔ)水管朝向右量筒，電磁閥設(shè)于補(bǔ)水管上控制補(bǔ)水；左、右量筒的內(nèi)側(cè)壁一側(cè)設(shè)有第二發(fā)光管陣列，內(nèi)側(cè)壁另一側(cè)設(shè)有第二感光管陣列，第二發(fā)光管陣列包括由上至下分布的第二發(fā)光管，第二感光管陣列包括與第二發(fā)光管一一對應(yīng)的用于接收第二發(fā)光管發(fā)射的激光的第二感光管；右量筒和左量筒的結(jié)構(gòu)相同；

總控箱電連接于第一發(fā)光管陣列、第一感光管陣列、第二發(fā)光管陣列、第二感光管陣列、左升降柱、右升降柱、中升降柱、伸縮桿驅(qū)動器、抽吸器和電磁閥。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的簧片受力形變特性參數(shù)測試系統(tǒng)，其特征在于：立柱包括第一立柱和第二立柱，第一立柱設(shè)于測試軌道一端，第二立柱設(shè)于測試軌道另一端。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的簧片受力形變特性參數(shù)測試系統(tǒng)，其特征在于：總控箱包括微處理器、顯示器、揚(yáng)聲器和鍵盤；微處理器電連接于第一發(fā)光管陣列、第一感光管陣列、第二發(fā)光管陣列、第二感光管陣列、左升降柱、右升降柱、中升降柱、伸縮桿驅(qū)動器、抽吸器和電磁閥；顯示器、揚(yáng)聲器和鍵盤電連接于微處理器進(jìn)行人機(jī)交互。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的簧片受力形變特性參數(shù)測試系統(tǒng)，其特征在于：第一感光管陣列和第二感光管陣列與微處理器之間均設(shè)有用于信號調(diào)理的放大濾波器和比較器。

5.簧片受力形變特性參數(shù)測試方法，其特征在于：采用權(quán)利要求1至4任一項所述的簧片受力形變特性參數(shù)測試系統(tǒng)，測試方法為：環(huán)形簧片分別套設(shè)于相鄰軌道車的左套柱和右套柱上，靠近左量筒一側(cè)的右套柱通過鉤環(huán)栓線吊掛左量筒；基于虹吸效應(yīng)右量筒通過U形管向左量筒中注水，簧片隨之受力拉伸，通過檢測左量筒第二感光管陣列光電檢測通道的輸出電壓分布檢測拉伸力；拉伸力導(dǎo)致簧片拉伸進(jìn)而軌道車之間間距變長，因此通過檢測光電軌道第一感光管陣列光電檢測通道的輸出電壓分布檢測簧片長半軸長度，得到大樣本批量簧片中每個樣本的拉伸力受力值與其長半軸長度之間的關(guān)系，即為簧片受力形變特性參數(shù)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的簧片受力形變特性參數(shù)測試方法，其特征在于：測試方法具體步驟為：

步驟1：復(fù)位升降設(shè)備和伸縮桿，開始檢測；

步驟2：發(fā)出指令，讓左升降柱上升至h_L高度使左量筒上鉤，然后左升降柱復(fù)位至量筒接收轉(zhuǎn)臺之下，右升降柱上升至高度h_R，滿足h_L+ΔH＝h_R，中升降柱上升至更低的h_M；其中，ΔH為左、右量筒高度落差，ΔH0；

步驟3：讀取右量筒水量數(shù)據(jù)并判斷水量是否充足，若水量不足，則總控箱控制電磁閥使補(bǔ)水管向右量筒補(bǔ)水，同時不間斷地讀取水量數(shù)據(jù)，直至數(shù)據(jù)表明右量筒目前水量滿足簧片長半軸測量上限要求，則電磁閥控制補(bǔ)水管停止注水；

步驟4：讀取光電內(nèi)導(dǎo)軌感光信息，判斷軌道車是否在導(dǎo)軌中，若不在，重復(fù)該步驟，若在，執(zhí)行下一步驟；

步驟5：向伸縮桿驅(qū)動器發(fā)出指令，伸長伸縮桿使U形管下降至左、右量筒上方合適位置，以便虹吸；

步驟6：向抽吸器發(fā)出抽氣指令，抽吸器短暫抽氣啟動虹吸，隨即右量筒通過U形管向左量筒注水，隨之被測簧片變成橢圓并逐漸被拉長；

步驟7：以采樣頻率f_s讀取光電內(nèi)導(dǎo)軌中第一感光管陣列感光信息和左量筒中第二感光管陣列感光信息；

步驟8：基于光電內(nèi)導(dǎo)軌中第一感光管陣列感光信息計算簧片長半軸數(shù)據(jù)記入矩陣A，基于左量筒中第二感光管陣列感光信息計算拉伸力向量數(shù)據(jù)記入向量F，將二者均存儲于數(shù)據(jù)庫中；

A中序號為s的行的各元素記錄基于采樣時刻sT的采樣數(shù)據(jù)計算得到的各簧片的長半軸長度數(shù)據(jù)，其中T為采樣周期，計算方法如下：

將k號車的左輪組遮擋的光束序號均值表示為m，k-1號車的右輪組遮擋的光束序號均值等于n’，根據(jù)光電軌道各個光電檢測通道輸出電平分布檢測m和n’，然后采用如下公式計算k號簧片長半軸長度a：

其中，D表示套柱的直徑，Δd為相鄰第一感光管之間的間距，因而(m-n’)Δd表示k-1號車的右套柱和k號車的左套柱的軸線的間距；

F中序號為s的元素記錄基于采樣時刻sT的采樣數(shù)據(jù)計算得到的拉伸力數(shù)據(jù)，即為盛水左量筒重量G，計算方法如下：

將左量筒第二感光管陣列水面之下首個感光管的序號表示為q，根據(jù)左量筒各個光電檢測通道輸出電平分布檢測q，然后采用如下公式計算盛水左量筒重量G：

G＝cAqΔh+G_b

其中，c為水的比重，A為量筒截面積，Δh為相鄰第二感光管間距，G_b為左量筒的重量；

步驟9：將右量筒第二感光管陣列水面之下首個感光管的序號表示為p，根據(jù)右量筒各個光電檢測通道輸出電平分布檢測p，以獲取當(dāng)前右量筒水位pΔh；若檢測結(jié)果為p＝0，表明當(dāng)前右量筒的水已排空，進(jìn)入下一步，否則繼續(xù)檢測p；

步驟10：停止讀取第一、二感光管陣列感光信息；

步驟11：發(fā)出指令，讓右升降柱也復(fù)位至量筒接收轉(zhuǎn)臺之下；

步驟12：發(fā)出指令，讓中升降柱旋轉(zhuǎn)180度，帶動量筒接收轉(zhuǎn)臺同步旋轉(zhuǎn)，使得左、右量筒位置交換，交換后恢復(fù)左量筒無水、右量筒有水狀態(tài)，本步驟旨在對水循環(huán)使用以利節(jié)水；

步驟13：發(fā)出指令讓揚(yáng)聲器發(fā)聲，語音提示操作員：本批次測試結(jié)束。