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目前針對(duì)土工布脹破性能進(jìn)行測(cè)試的儀器卻并不多見(jiàn)，為提高我國(guó)在土工布檢測(cè)方面的自動(dòng)化水平，減小測(cè)試的誤差，本文研制了基于膜片補(bǔ)償?shù)耐凉げ济浧菩阅軠y(cè)試系統(tǒng)。本文千實(shí)工程師重點(diǎn)為你介紹關(guān)于土工布脹破測(cè)試方法探究。

一、測(cè)試原理
測(cè)試系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集模塊、執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器接收計(jì)算機(jī)發(fā)出的脈沖和方向信號(hào)，再驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)測(cè)試臺(tái)推動(dòng)活塞，向土工布施加壓力并逐漸加壓，當(dāng)膜片上覆蓋的土工布試樣脹破時(shí)，由數(shù)據(jù)采集模塊中的
PCI-1711 數(shù)據(jù)采 集 卡 采 集 位 移 傳 感 器 和 壓 力 傳 感器輸出的信號(hào)，1#位移傳感器檢測(cè) 試 樣 脹 破 時(shí) 的 zui大擴(kuò)張度，2#、3#、4#位移傳感器檢測(cè)試樣脹破時(shí)破裂處鼓包的數(shù)據(jù)，用于補(bǔ)償計(jì)算，壓力傳感器檢測(cè)試樣脹破過(guò)程中注液壓力變化，采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)數(shù)值變換、A /D 轉(zhuǎn)換進(jìn)入計(jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)軟件濾波等處理，得到流體的注液速率和zui大壓力值，用zui大壓力值減去已知的彈性膜片標(biāo)準(zhǔn)值得到zui大脹破力，再除以試驗(yàn)面積即得脹破強(qiáng)度。系統(tǒng)組成框圖如圖 1所示。

二、硬件構(gòu)成
測(cè)試系統(tǒng)示意圖如圖 2 所示。
系統(tǒng)選用計(jì)算機(jī)控制，驅(qū)動(dòng)控制卡和數(shù)據(jù)采集卡分別采用研華公司生產(chǎn)的 PCI-1240 和 PCI-1711，它們以性能穩(wěn)定，功能強(qiáng)，價(jià)格低等優(yōu)勢(shì)在運(yùn)動(dòng)控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中得到 廣 泛 應(yīng) 用［5 － 8］; 壓 力 傳 感 器選用 RL-C04B S，該傳感器具有 S 型彈性體結(jié)構(gòu)，精度高，穩(wěn)定性 好［9］，量 程 為0 ～ 4 000 N; 位 移 傳 感 器選用 結(jié) 構(gòu) 緊 湊，方 便 使 用 的 LVDT-FX81 DC 傳 感器［10］，結(jié)構(gòu)形式為鐵芯導(dǎo)向回彈式，電感型，量程為± 100 mm，精 度 為 0. 1 級(jí); 選 用 步 科 公 司 生 產(chǎn) 的2S86Q-030B8 兩相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī); 其 驅(qū) 動(dòng) 器 選用步科 公 司 生 產(chǎn) 的 2H1060 兩 相 雙 極 整 半 步 型; 標(biāo)準(zhǔn)膜片選用北京市某鋁加工廠生產(chǎn)的符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB3198—1996《工業(yè)用純鋁箔》的熟制鋁箔片，本文對(duì)膜片進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)和基準(zhǔn)標(biāo)定，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合試驗(yàn)要求。

三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件采用可視化編程 軟 件 VisualBasic 6. 0 實(shí)現(xiàn)，安裝好驅(qū)動(dòng)控制卡和數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動(dòng) 程 序 后，將 系 統(tǒng) 自 帶 的 模 塊 P1240. bas 和Driver． bas 模塊添加到程序中，軟 件 系 統(tǒng) 主 要 由 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊組成。
1、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊
系統(tǒng)模塊的主要功能是驅(qū)動(dòng)控制卡控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，在 Windows 下采用 32 位動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)驅(qū)動(dòng)程序，此模塊被調(diào)用后，第 1 步先安裝板卡內(nèi)自帶的驅(qū)動(dòng)程序，生成幫助文件，幫助文件中有驅(qū)動(dòng)函數(shù)的具體定義，驅(qū)動(dòng)函數(shù)基本上包括了設(shè)備函數(shù)部分和操作函數(shù)部分。在幫助文件中也可以查到所有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的具體定義。對(duì)驅(qū)動(dòng)函數(shù)的調(diào)用非常方便，然后直接像 VB6. 0 中的函數(shù)一樣調(diào)用即可。BoardID = 0 ’本系統(tǒng)使用的是 0axis = Y_axis’驅(qū)動(dòng)控制卡有 X，Y，Z 三 軸 工 作 方 式，本 系 統(tǒng)使用的是 Y 軸工作error_code = P1240MotDevO噴( BoardID)’初始化 PCM-3240 設(shè)備。error _ code = P1240SetPulseMode ( BoardID，axis，1)’方式 1 工作，即脈沖 方向模式工作驅(qū) 動(dòng) 函 數(shù) 在 使 用 之 前 必 須 先 調(diào) 用P1240MotDevO噴， 結(jié) 束 前 要 調(diào) 用P1240MotDevClose 。
2、數(shù)據(jù)采集模塊
此系 統(tǒng) 模 塊 的 主 要 任 務(wù) 是 由 PCI-1711 數(shù) 據(jù) 采集卡實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力傳感器和位移 傳 感 器的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理，在 Windows 下采用 32 位動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)驅(qū)動(dòng)程序，在調(diào)用函數(shù)時(shí)，也要先在模塊中聲明要調(diào)用的函數(shù)所在的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)再調(diào)用。例如在模塊中用 Declare Function 定義 DRV_DeviceO噴函數(shù)在 adsapi32. dll 鏈接庫(kù)中，在以后編程過(guò)程中可直接使 用 DRV_DeviceO噴 函 數(shù)，實(shí) 現(xiàn) 對(duì) PCI-1711數(shù)據(jù)采集卡的底層操作。系統(tǒng)采用軟件觸發(fā)的方式進(jìn)行采集，軟件觸發(fā)的方法比較容易實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)采集流程圖如圖 3 所示。
可 用 DRV _ DeviceO噴 ( DeviceNumber，DeviceHandle ) 函 數(shù) 打 開(kāi) 數(shù) 據(jù) 采 集 設(shè) 備，DeviceNumber 是 數(shù) 據(jù) 采 集 的 通 道，系 統(tǒng) 的DeviceNumber 是 005，即 1 個(gè)壓力傳感器、4 個(gè)位移傳感器，用 DRV_MAIConfig 函數(shù)設(shè)置 1 個(gè)壓力傳感器和 4 個(gè)位移傳感器輸入值所在數(shù)據(jù)采集通道取值范圍。DRV_MAIVoltageIn 函 數(shù) 讀 取 指 定 數(shù) 據(jù) 采 集通道的電壓值。需先配置采集卡，再采集數(shù)據(jù)。使用函數(shù)來(lái)配置采集卡，首先要對(duì)其參數(shù) ptMAIConfig的各 個(gè) 成 員 賦 值 后，調(diào) 用 函 數(shù) DRV _ MAIConfig( DeviceHandle， ptMAIConfig ) ， 然 后 對(duì) 參 數(shù)ptMAIVoltageIn 各 個(gè) 成 員 賦 值，使 用 函 數(shù) DRV _MAIVoltageIn ( DeviceHandle，ptMAIVoltageIn ) 得 到電壓量。
3、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊
1 個(gè)試樣完成數(shù)據(jù)采集、處理后，得到的成功測(cè)試數(shù)據(jù)存放數(shù)據(jù)庫(kù)中備用。

四、結(jié)果與分析
1、試 驗(yàn)
系統(tǒng) 中 輸 入 數(shù) 據(jù) 采 集 卡 PCI-1711 的 壓 力 和 位移模擬量，都是以電壓的形式，如果接錯(cuò)就有可能損壞系統(tǒng)，在 PCI-1711 卡上信號(hào) 輸 入 端，選 擇68 引 腳接壓力傳感器，34 引腳到 37 引腳接 位移傳 感 器。每個(gè)傳感器的地接到 60 引 腳 和26 引腳。本文選 擇 面 密 度 為 350、200、150 g /m2 3 種 樣品進(jìn)行檢測(cè)，分別以 1、2、3 表示，然后對(duì)每種樣品測(cè)試脹破強(qiáng)度并求出補(bǔ)償后的脹破強(qiáng)度。
表 1 列出了 1、2、3 號(hào) 3 種試樣的測(cè)試值，其中實(shí)測(cè)值為補(bǔ)償前的測(cè)試數(shù)據(jù)，測(cè) 試 條 件 為: 常 壓、25 ℃ 、相對(duì)濕度 60% 。從所測(cè)數(shù)據(jù)可看出，補(bǔ)償后的值一般比實(shí)際值略小。因?yàn)樵嚇釉谀て淖饔孟旅浧频牡胤较裙陌?，再破裂。鼓起的包有一定的容量，補(bǔ)償后注入膜片下的液體比沒(méi)補(bǔ)償時(shí)要多這個(gè)容積，膜片會(huì)脹得更大一些，減去膜片張力值就會(huì)更多，因?yàn)闇p去的是計(jì)算得到標(biāo)準(zhǔn)膜片的標(biāo)定值，所以算出的值就會(huì)小一些。
2、結(jié)果分析
土工布試樣在膜片的作用下臨界脹破時(shí)鼓出部分可以近似為長(zhǎng)條楔形，如圖 4 所示。設(shè)定從鼓起的zui高點(diǎn)到長(zhǎng) 條 楔 形 一 側(cè) 底 部 的 長(zhǎng) 度 為 s，zui 高 點(diǎn)的高度為 h，長(zhǎng)條楔形的長(zhǎng)軸為 m，短軸為 r。

五、結(jié) 語(yǔ)
系統(tǒng) 選 用 驅(qū) 動(dòng) 卡 PCI-1240 控 制 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 帶動(dòng)加壓裝置對(duì)試樣加壓，高速數(shù)據(jù)采集卡 PCI-1711通過(guò)提高數(shù)據(jù)的采樣傳輸速度，極大提高了采集數(shù)據(jù)的精度。利用該卡的強(qiáng)大功能對(duì)所測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析，可使得到的數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確。用膜片補(bǔ)償?shù)姆椒▽?duì)測(cè)試結(jié)果使用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析、修正，對(duì)提高我國(guó)土工布的自動(dòng)檢測(cè)水平具有現(xiàn)實(shí)意義。