我公司近年為滿足巖土力學(xué)科研試驗需要成功研制了采用最先進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的巖石三軸試驗機(jī)。其測量系統(tǒng)采用了當(dāng)今最先進(jìn)的計算機(jī)總線設(shè)計、連續(xù)全量程測量不分檔的交流測量系統(tǒng)，結(jié)合先進(jìn)的全數(shù)字閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)，可對軸壓、圍壓、孔隙水及變形測量實現(xiàn)高精度的伺服控制。圍壓系統(tǒng)采用了國際通用的具有自平衡結(jié)構(gòu)的裝夾試樣極為方便的壓力室，引伸計采用了國外先進(jìn)的可精確測量巖石多種試樣的，并可置于壓力室內(nèi)的可同時測試樣軸向徑向變形，可自動求出彈性模量及泊松比多點(diǎn)引伸計。這些技術(shù)的采用使整機(jī)目前已達(dá)到國際先進(jìn)水平。
一、 全數(shù)字式微機(jī)伺服測控系統(tǒng)
1.金力公司微機(jī)伺服測控系統(tǒng)采用計算機(jī)總線設(shè)計以P4工控機(jī)為內(nèi)核制造，遠(yuǎn)領(lǐng)先于國內(nèi)以單片機(jī)為內(nèi)核制造的同類產(chǎn)品：
金力公司開發(fā)生產(chǎn)的全數(shù)字式微機(jī)伺服測控系統(tǒng)是90年代未期研發(fā)成功的，在技術(shù)水平上已達(dá)到國外同類產(chǎn)品水平。該系統(tǒng)采用計算機(jī)總線設(shè)計，以光電隔離集成電路，放置于計算機(jī)內(nèi)，測量系統(tǒng)具有自動調(diào)零、自動標(biāo)定、真正實現(xiàn)了連續(xù)全量程測量不分檔，分辨率可達(dá)1/200000，采用構(gòu)思新穎的數(shù)字式脈沖調(diào)寬技術(shù)，實現(xiàn)了全數(shù)字式閉環(huán)的伺服控制。可進(jìn)行等應(yīng)力、等應(yīng)變、等位移、恒應(yīng)力、恒應(yīng)變、恒位移控制，無級調(diào)速。在試驗過程中，各種控制速率及控制方式在試驗過程中可任意平滑切換。該測控軟件采用模塊化設(shè)計，VC++語言編程，功能強(qiáng)大，用戶可自行編程，進(jìn)行正弦波、三角波、梯形波、低周循環(huán)及用戶自行設(shè)置的各種組合波形試驗。該系統(tǒng)具有完善的硬件自檢功能，提示發(fā)生故障之處，無須現(xiàn)場維修，只須更換計算機(jī)內(nèi)相應(yīng)的功能卡既可，維護(hù)簡單方便。
目前國內(nèi)生產(chǎn)的以單片機(jī)為內(nèi)核制造的微機(jī)伺服測控系統(tǒng)是以70年代日本島津為代表的產(chǎn)品。該產(chǎn)品由于以單片機(jī)為內(nèi)核制造分辨率較低，早期為實現(xiàn)較寬的測量范圍采用外部換擋方式，近年隨著電子器件的更新，采用內(nèi)部換擋方式，但由于仍然以單片機(jī)為內(nèi)核制造因此無輪運(yùn)算速度或控制精度、功能等都無法與以P4工控機(jī)為內(nèi)核制造的微機(jī)伺服測控系統(tǒng)相比，無法實現(xiàn)等應(yīng)力連續(xù)全程控制。
2.關(guān)于測量
目前試驗機(jī)的測量系統(tǒng)有三種：
1)、分檔的測量系統(tǒng)：是分檔測量放大器。事先選擇好檔位，只能在此范圍內(nèi)進(jìn)行測量試驗,測量范圍比較小。如果對不了解的材料進(jìn)行試驗時，選擇錯了不能完成試驗。該技術(shù)早在80年代初就已經(jīng)淘汰。
2)、內(nèi)部換檔的測量系統(tǒng)：表面上是連續(xù)測量不分檔，實際上是內(nèi)部分檔，自動換檔的產(chǎn)品。一般是從最低檔開始，在該檔測量范圍不夠時自動換到上一檔，但在換檔瞬間電壓會出現(xiàn)階躍變化，產(chǎn)生測量突跳，由于電壓的瞬間階越變化，對于等應(yīng)力控制或等應(yīng)變控制來說，會出現(xiàn)階段的震蕩的試驗曲線，有些廠家將這一現(xiàn)象用軟件處理，不顯示在屏幕上。這一現(xiàn)象同時對伺服連續(xù)控制會產(chǎn)生嚴(yán)重影響控制效果和控制精度。為達(dá)到連續(xù)測量曲線效果，計算機(jī)顯示出的平滑曲線，是被人為處理后的不真實曲線，這樣的曲線無法真實反映試樣本身的特性,不能滿足試驗法的要求。另外以單片機(jī)為內(nèi)核的控制精度最高才能達(dá)到3%，因此一般回避控制精度指標(biāo)，做不到真正的純閉環(huán)控制,是假閉環(huán)。
3)、連續(xù)測量不分檔的測量系統(tǒng)：一種是以金力公司產(chǎn)品為代表的采用進(jìn)口器件制造的測量系統(tǒng)和德國進(jìn)口的DoLi電箱，均采用交流放大器，真正實現(xiàn)連續(xù)測量不分檔，達(dá)到了1/200000測量分辨率。
3.關(guān)于控制
只有高精度連續(xù)測量，才能實現(xiàn)高精度的連續(xù)控制。目前由于真正的全量程連續(xù)測量的測量技術(shù)，多數(shù)廠家尚無能力解決，多數(shù)采用的內(nèi)部分檔、自動換檔產(chǎn)品。而且有的廠家采用假閉環(huán)即開環(huán)控制。不能實現(xiàn)計算機(jī)全過程的高速全自動跟蹤反饋，只是計算機(jī)給定一個值，不管控制對象結(jié)果如何。因此無法保證全量程的控制精度，只能分段。對電子萬能試驗機(jī)來說，由于是機(jī)械無間隙傳動，因此等位移、等應(yīng)變控制影響不大，而對等應(yīng)力控制，對不均勻的材料來說實在談不到控制精度這一問題了。而對于電液伺服試驗機(jī)來說，由于各種閥及缸存在著內(nèi)泄,是非理想的執(zhí)行元件，因此各廠家就連控制精度都不能提出，因為開環(huán)控制根本做不到。對于剛性材料在變形均勻時，稍好的控制精度能達(dá)到3%，而對于變形不均勻、力突然變化較大的材料，如水泥、混凝土塊及巖石等，控制精度就無法談了。而金力公司生產(chǎn)的是真正全數(shù)字式閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)，通過PID調(diào)節(jié)結(jié)合先進(jìn)的控制理論，實現(xiàn)了真正的計算機(jī)控制高速閉環(huán)反饋,實現(xiàn)了各種控制方式的無擾動切換。整機(jī)由于采用的是高精度寬范圍的測量系統(tǒng)并配備有足夠鋼度的主機(jī)及液壓伺服系統(tǒng)，使得各種控制方式（等應(yīng)力、等應(yīng)變、等位移、恒應(yīng)力、恒應(yīng)變、恒位移）控制精度遠(yuǎn)優(yōu)于±0.5%設(shè)定值；無級調(diào)速,各種控制速度及控制方式可在試驗過程中任意平滑切換；可自行設(shè)置控制參數(shù), 實現(xiàn)程序自動運(yùn)行，可進(jìn)行三角波、正弦波、梯波等低周循環(huán)及用戶自行設(shè)計的各種組合波形試驗。
4.關(guān)于交流放大和直流放大
國內(nèi)測量系統(tǒng)分交流放大和直流放大，國內(nèi)大多數(shù)廠家凡是以單片機(jī)為內(nèi)核制造的伺服控制系統(tǒng)全是采用直流放大器，其線性較好但零點(diǎn)漂移、溫度漂移及長時漂移是直流放大器無法解決的技術(shù)難題。我公司測控系統(tǒng)采用交流放大，零點(diǎn)穩(wěn)定，因此特別適用于長時加載試驗及耐久試驗，可適應(yīng)各種環(huán)境下試驗。
二、關(guān)于圍壓(壓力室)系統(tǒng)
我公司壓力室采用國際通用的壓力自平衡結(jié)構(gòu)，可在試驗過程中不因軸向變形的變化而保持圍壓的設(shè)定值不變，并配有供測量徑向變形和軸向變形的引線及二次儀表。
裝夾試樣采用下卡環(huán)式，裝卸試樣方便，具有電測引線接頭，可以引出16條電測線。適用試樣為：φ75×(150一200)φ50×(100一120)壓縮行程大于50mm。壓力室內(nèi)腔可放置采用進(jìn)口技術(shù)制造的可測巖石或混凝土試樣軸向、徑向變形多點(diǎn)引伸計使彈性模量及泊松比可在不同圍壓下測量。
三、關(guān)于巖石引伸計
我公司為滿足巖石或混凝土試樣在不同圍壓下測彈性模量及泊松比需要，采用進(jìn)口技術(shù)開發(fā)了可滿足不同試樣尺寸的雙通道、八爪式巖石引伸計。可同時測量巖樣混凝土試樣軸向徑向變形并在測控系統(tǒng)增配了相應(yīng)通道。其簡介如下：
JLB8型巖石引伸計：適用于在巖石三軸試驗機(jī)壓力室中測量巖石在高壓油及高低溫環(huán)境下的軸向、徑向變形測量。適用巖樣為φ75×150mm、φ50×100mm及其它規(guī)格試樣。其軸向變形測量范圍：0一10mm、徑向變形測量范圍：0一5mm。使用溫度：常溫型：10一40℃、高溫型：10一200℃。測量精度：±0.5%FS。
四、關(guān)于VC++語言編程軟件
國內(nèi)采用單片機(jī)為內(nèi)核的測量控制系統(tǒng)和德國進(jìn)口的DoLi電箱測量控制系統(tǒng)基本采用VB語言編程，也有少數(shù)采用Delphi作管理程序。而我公司采用的是最適合試驗機(jī)使用的功能強(qiáng)大的VC++語言編程軟件，加之我公司最近又首先采用便于擴(kuò)展功能的模塊化設(shè)計，使軟件可靠性、靈活性、實用性得到大大提升, 這種先進(jìn)軟件應(yīng)用到功能較多，數(shù)據(jù)采集操作復(fù)雜的三軸試驗機(jī)顯得尤為重要。
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