我公司近年為滿(mǎn)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。其測量系統采用了當今最先進(jìn)的計算機總線(xiàn)設計、連續全量程測量不分檔的交流測量系統，結合先進(jìn)的全數字閉環(huán)伺服控制系統，可對軸壓、圍壓、孔隙水及變形測量實(shí)現高精度的伺服控制。圍壓系統采用了國際通用的具有自平衡結構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，并可置于壓力室內的可同時(shí)測試樣軸向徑向變形，可自動(dòng)求出彈性模量及泊松比多點(diǎn)引伸計。這些技術(shù)的采用使整機目前已達到國際先進(jìn)水平。
一、 全數字式微機伺服測控系統
1.金力公司微機伺服測控系統采用計算機總線(xiàn)設計以P4工控機為內核制造，遠領(lǐng)先于國內以單片機為內核制造的同類(lèi)產(chǎn)品：
金力公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的全數字式微機伺服測控系統是90年代未期研發(fā)成功的，在技術(shù)水平上已達到國外同類(lèi)產(chǎn)品水平。該系統采用計算機總線(xiàn)設計，以光電隔離集成電路，放置于計算機內，測量系統具有自動(dòng)調零、自動(dòng)標定、真正實(shí)現了連續全量程測量不分檔，分辨率可達1/200000，采用構思新穎的數字式脈沖調寬技術(shù)，實(shí)現了全數字式閉環(huán)的伺服控制?？蛇M(jìn)行等應力、等應變、等位移、恒應力、恒應變、恒位移控制，無(wú)級調速。在試驗過(guò)程中，各種控制速率及控制方式在試驗過(guò)程中可任意平滑切換。該測控軟件采用模塊化設計，VC++語(yǔ)言編程，功能強大，用戶(hù)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(hù)自行設置的各種組合波形試驗。該系統具有完善的硬件自檢功能，提示發(fā)生故障之處，無(wú)須現場(chǎng)維修，只須更換計算機內相應的功能卡既可，維護簡(jiǎn)單方便。
目前國內生產(chǎn)的以單片機為內核制造的微機伺服測控系統是以70年代日本島津為代表的產(chǎn)品。該產(chǎn)品由于以單片機為內核制造分辨率較低，早期為實(shí)現較寬的測量范圍采用外部換擋方式，近年隨著(zhù)電子器件的更新，采用內部換擋方式，但由于仍然以單片機為內核制造因此無(wú)輪運算速度或控制精度、功能等都無(wú)法與以P4工控機為內核制造的微機伺服測控系統相比，無(wú)法實(shí)現等應力連續全程控制。
2.關(guān)于測量
目前試驗機的測量系統有三種：
1)、分檔的測量系統：是分檔測量放大器。事先選擇好檔位，只能在此范圍內進(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(shí)，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)、內部換檔的測量系統：表面上是連續測量不分檔，實(shí)際上是內部分檔，自動(dòng)換檔的產(chǎn)品。一般是從最低檔開(kāi)始，在該檔測量范圍不夠時(shí)自動(dòng)換到上一檔，但在換檔瞬間電壓會(huì )出現階躍變化，產(chǎn)生測量突跳，由于電壓的瞬間階越變化，對于等應力控制或等應變控制來(lái)說(shuō)，會(huì )出現階段的震蕩的試驗曲線(xiàn)，有些廠(chǎng)家將這一現象用軟件處理，不顯示在屏幕上。這一現象同時(shí)對伺服連續控制會(huì )產(chǎn)生嚴重影響控制效果和控制精度。為達到連續測量曲線(xiàn)效果，計算機顯示出的平滑曲線(xiàn)，是被人為處理后的不真實(shí)曲線(xiàn)，這樣的曲線(xiàn)無(wú)法真實(shí)反映試樣本身的特性,不能滿(mǎn)足試驗法的要求。另外以單片機為內核的控制精度最高才能達到3%，因此一般回避控制精度指標，做不到真正的純閉環(huán)控制,是假閉環(huán)。
3)、連續測量不分檔的測量系統：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和德國進(jìn)口的DoLi電箱，均采用交流放大器，真正實(shí)現連續測量不分檔，達到了1/200000測量分辨率。
3.關(guān)于控制
只有高精度連續測量，才能實(shí)現高精度的連續控制。目前由于真正的全量程連續測量的測量技術(shù)，多數廠(chǎng)家尚無(wú)能力解決，多數采用的內部分檔、自動(dòng)換檔產(chǎn)品。而且有的廠(chǎng)家采用假閉環(huán)即開(kāi)環(huán)控制。不能實(shí)現計算機全過(guò)程的高速全自動(dòng)跟蹤反饋，只是計算機給定一個(gè)值，不管控制對象結果如何。因此無(wú)法保證全量程的控制精度，只能分段。對電子萬(wàn)能試驗機來(lái)說(shuō)，由于是機械無(wú)間隙傳動(dòng)，因此等位移、等應變控制影響不大，而對等應力控制，對不均勻的材料來(lái)說(shuō)實(shí)在談不到控制精度這一問(wèn)題了。而對于電液伺服試驗機來(lái)說(shuō)，由于各種閥及缸存在著(zhù)內泄,是非理想的執行元件，因此各廠(chǎng)家就連控制精度都不能提出，因為開(kāi)環(huán)控制根本做不到。對于剛性材料在變形均勻時(shí)，稍好的控制精度能達到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(wú)法談了。而金力公司生產(chǎn)的是真正全數字式閉環(huán)伺服控制系統，通過(guò)PID調節結合先進(jìn)的控制理論，實(shí)現了真正的計算機控制高速閉環(huán)反饋,實(shí)現了各種控制方式的無(wú)擾動(dòng)切換。整機由于采用的是高精度寬范圍的測量系統并配備有足夠鋼度的主機及液壓伺服系統，使得各種控制方式（等應力、等應變、等位移、恒應力、恒應變、恒位移）控制精度遠優(yōu)于±0.5%設定值；無(wú)級調速,各種控制速度及控制方式可在試驗過(guò)程中任意平滑切換；可自行設置控制參數, 實(shí)現程序自動(dòng)運行，可進(jìn)行三角波、正弦波、梯波等低周循環(huán)及用戶(hù)自行設計的各種組合波形試驗。
4.關(guān)于交流放大和直流放大
國內測量系統分交流放大和直流放大，國內大多數廠(chǎng)家凡是以單片機為內核制造的伺服控制系統全是采用直流放大器，其線(xiàn)性較好但零點(diǎn)漂移、溫度漂移及長(cháng)時(shí)漂移是直流放大器無(wú)法解決的技術(shù)難題。我公司測控系統采用交流放大，零點(diǎn)穩定，因此特別適用于長(cháng)時(shí)加載試驗及耐久試驗，可適應各種環(huán)境下試驗。
二、關(guān)于圍壓(壓力室)系統
我公司壓力室采用國際通用的壓力自平衡結構，可在試驗過(guò)程中不因軸向變形的變化而保持圍壓的設定值不變，并配有供測量徑向變形和軸向變形的引線(xiàn)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(xiàn)接頭，可以引出16條電測線(xiàn)。適用試樣為：φ75×(150一200)φ50×(100一120)壓縮行程大于50mm。壓力室內腔可放置采用進(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(mǎn)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(kāi)發(fā)了可滿(mǎn)足不同試樣尺寸的雙通道、八爪式巖石引伸計?？赏瑫r(shí)測量巖樣混凝土試樣軸向徑向變形并在測控系統增配了相應通道。其簡(jiǎn)介如下：
JLB8型巖石引伸計：適用于在巖石三軸試驗機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(yǔ)言編程軟件
國內采用單片機為內核的測量控制系統和德國進(jìn)口的DoLi電箱測量控制系統基本采用VB語(yǔ)言編程，也有少數采用Delphi作管理程序。而我公司采用的是最適合試驗機使用的功能強大的VC++語(yǔ)言編程軟件，加之我公司最近又首先采用便于擴展功能的模塊化設計，使軟件可靠性、靈活性、實(shí)用性得到大大提升, 這種先進(jìn)軟件應用到功能較多，數據采集操作復雜的三軸試驗機顯得尤為重要。
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