一種木材蠕變測定儀及測定方法
【專利摘要】本發明涉及木材測試領域，公開了一種木材蠕變測定儀，其包括步進電機、稱重傳感器、位移傳感器、載重支架、單片機以及計算機，所述步進電機的輸出軸端與稱重傳感器連接，并作用在所述載重支架上，所述稱重傳感器的信號輸出端與單片機連接，用于檢測步進電機作用在載重支架上的作用力并反饋給所述單片機，所述載重支架作用在實驗木材上，所述位移傳感器用于測量實驗木材在力的作用下的蠕變量并將數據信息反饋給計算機，本發明還公開了一種測定方法，其利用所述的木材蠕變測定儀對木材蠕變量測定。本發明能夠對木材進行自動施、卸載力，并且能夠在施加恒力或周期性交變力下對木材的蠕變量精確測定。
【專利說明】一種木材蠕變測定儀及測定方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及木材測試【技術領域】，特別是涉及一種木材蠕變測定儀及測定方法。
【背景技術】
[0002]機械吸濕蠕變是木材的一個重要物理性質，也是木材作為結構用件經常發生的一種特異行為。常規的木材蠕變測定裝置不能控制測量環境的溫、濕度，從而難以完成對吸濕、解吸過程中木材蠕變的測量，即木材機械吸濕蠕變的研究工作。
[0003]以往木材機械吸濕蠕變實驗中動態溫、濕度主要利用恒溫恒濕箱來實現，但施力方法尚未實現自動控制檢測，力的施加和卸載需要開關箱門進行人工添加或減少砝碼進行調節，這必然會影響箱內設定的溫、濕度環境，進而對木材機械吸濕蠕變的測量結果造成誤差。同時，應用砝碼施加或卸載力只能設定間歇力的作用，而無法獲得連續力的設定效果。此外，傳統的模式只能施加恒力，無法針對周期性變化的力開展研究。
[0004]由于對機械吸濕蠕變的研究往往需要一定的溫、濕度環境，這就需要一種尺寸小、可容納于恒溫恒濕箱中，且能夠實現自動施加、卸載的蠕變測定裝置來完成科學、準確的測量工作。
【發明內容】
[0005](一)要解決的技術問題
[0006]本發明要解決的技術問題是如何實現對木材蠕變測定時進行自動施、卸恒定力或周期性交變力，并且能夠精確測定木材的蠕變量。
[0007](二)技術方案
[0008]為了解決上述技術問題，本發明提供一種木材蠕變測定儀，其包括步進電機、稱重傳感器、位移傳感器、載重支架、單片機以及計算機，所述步進電機的輸出軸端與稱重傳感器連接，并作用在所述載重支架上，所述稱重傳感器的信號輸出端與單片機連接，用于檢測步進電機作用在載重支架上的作用力并反饋給所述單片機，所述單片機根據稱重傳感器的反饋信息控制、調節步進電機施加的作用力大小，所述載重支架作用在實驗木材上，用于對實驗木材施加力，所述位移傳感器用于測量實驗木材在力的作用下的蠕變量并將數據信息反饋給計算機。
[0009]其中，所述稱重傳感器通過A/D轉換器與單片機連接。
[0010]其中，所述位移傳感器為激光位移傳感器。
[0011]其中，所述激光位移傳感器的數量為兩個，分別設于實驗木材的中心位置的上、下方，并與實驗木材的中心位置具有一定的間距。
[0012]其中，所述載重支架的兩側設有砝碼安裝部，可以通過增減砝碼調節載重支架的重量。
[0013]其中，所述載重支架的下部通過一對橫向設置的施力圓柱作用在實驗木材上，且所述實驗木材的下部通過一對對稱設置在實驗木材中心線兩側的支撐件進行固定支撐。[0014]其中，所述支撐件設有弧形凸起。
[0015]本發明還提供一種木材蠕變的測定方法，其利用上述任一技術方案所述的木材蠕變測定儀對實驗木材進行蠕變量的測定。
[0016]其中，通過設置單片機的恒力、連續力或周期性交變力的控制程序控制步進電機對實驗木材施加恒力、連續力或周期性交變力，以觀察木材在恒力、連續力或周期性交變力的作用下的蠕變量情況。
[0017]其中，在恒溫恒濕箱中進行木材蠕變測定。
[0018](三)有益效果
[0019]與現有技術相比，本發明具有以下優點:
[0020]本發明提供的一種木材蠕變測定儀，采用步進電機的輸出軸端與稱重傳感器連接，并作用在載重支架上，稱重傳感器的信號輸出端與單片機連接，用于感測步進電機作用在載重支架上的作用力并反饋給所述單片機，從而單片機根據稱重傳感器的反饋信息控制、調節步進電機施加的作用力大小，實現步進電機、稱重傳感器和單片機之間的控制與反饋，能夠自動控制力的施、卸載，避免了開關恒溫恒濕箱造成的實驗誤差，測量精確、可靠；并且可以通過設置單片機的連續力或周期性交變力的控制程序控制步進電機對實驗木材施加連續力或周期性交變力，以測定木材在連續力或周期性交變力的作用下的蠕變量；
[0021]采用激光位移傳感器測定木材的蠕變量，實現了非接觸式變形量的測量，避免了接觸式造成的外力干擾，且測量精度高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1為本發明一種木材蠕變測定儀的整體結構示意圖；
[0023]圖2為本發明一種木材蠕變測定儀中各部分的連接框圖。
[0024]圖中:1:步進電機；2:稱重傳感器；3:載重支架；4:砝碼安裝部；5:施力圓柱；6:支撐件；7:激光位移傳感器；8:實驗木材。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和實施例，對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。
[0026]如圖1和圖2所示，為本發明提供的一種木材蠕變測定儀，其包括步進電機1、稱重傳感器2、位移傳感器、載重支架3、單片機以及計算機，所述步進電機I的輸出軸端與稱重傳感器2連接，并作用在所述載重支架3上，所述稱重傳感器2的信號輸出端與單片機連接，用于感測步進電機I作用在載重支架3上的作用力并反饋給所述單片機，從而單片機根據稱重傳感器2的反饋信息控制、調節步進電機I施加的作用力大小，通過單片機處理數據，能夠更加精確地控制力的施加，所述載重支架3作用在實驗木材8上，用于對實驗木材8施加力，所述位移傳感器用于測量實驗木材8在力的作用下的蠕變量并將數據信息反饋給計算機。所述稱重傳感器2靈敏度高、體積大小合適。根據需要選擇大小合適、散熱小、能高精度控制、扭矩合適的步進電機1，所述步進電機I優選為型號為DRL42PA2G-04MG的五相步進電機I。
[0027]所述稱重傳感器2通過A/D轉換器與單片機連接。用于將稱重傳感器2接收到的模擬電信號轉變為單片機能夠識別的數字信號。
[0028]所述位移傳感器優選為激光位移傳感器7，所述激光位移傳感器7可精確、非接觸地測量被測物體的位置、位移等變化。所述激光位移傳感器7的數量為兩個，分別設于實驗木材8的中心位置的上、下方，并與實驗木材8的中心位置具有30-80mm的間距，用來測定木材中間同一點上、下面的蠕變形變情況。
[0029]所述載重支架3的兩側設有砝碼安裝部4，所述砝碼安裝部4設有固定連接在所述載重支架3兩側的橫向連接桿，砝碼可以套設在所述橫向連接桿上，可以通過增減砝碼調節載重支架3的重量。并且所述兩側的砝碼安裝部4用于同時增加或減少砝碼，以保持載重支架3兩側的受力平衡。
[0030]所述載重支架3的下部通過一對橫向設置的施力圓柱5作用在實驗木材8上，所述一對施力圓柱5的長度方向上分別開有長條形槽，所述長條形槽內配套地設有方形連接板，所述載重支架3的下部設有一對與所述施力圓柱5設置方向垂直的支撐圓柱，所述一對支撐圓柱之間的距離與方形連接板的長度相等，其正好卡緊在所述方形連接板的兩側，由此實現固定連接；所述施力圓柱5對稱設置在實驗木材8的中心兩側，且實驗木材8的下部通過一對對稱設置在實驗木材8的中心線兩側的支撐件6進行固定支撐，所述支撐件6設有弧形凸起，所述弧形凸起將實驗木材8托起并距離底面有一段距離，用于設置下部的一個所述激光位移傳感器7，為了保證結構的穩定性，所述支撐件6的設置距離大于施力圓柱5的設置距離。
[0031]本發明還提供一種木材蠕變的測定方法，其利用上述任一技術方案所述的木材蠕變測定儀對實驗木材8進行蠕變量測定。
[0032]其中，通過設置單片機的恒力、連續力或周期性交變力的控制程序控制步進電機I對實驗木材8施加恒力、連續`力或周期性交變力，以觀察木材在恒力、連續力或周期性交變力作用下的蠕變量情況。以測定周期性交變力為例來說明本發明，但不用來限制本發明的范圍:
[0033]在實現周期性交變力時主要是根據人為設定施力Y與時間X的函數實現的。
[0034]例如:三角函數Y=Asin ( ωΧ)+Β
[0035]取一個周期T為例，N為周期T內周期細分數量(N ^ 2)，ω為函數角頻率，A為振幅量，B為向上移動量；可以通過在單片機程序中設定Α、Β、Ν、ω的值來實現構造理想的變換曲線，程序以此為標準通過反饋調節步進電機I。
[0036]具體地:Χ的單位為分鐘，也就是說在一個施力周期T中是通過X來計時的，ω是為了計時而設計的伸長量，假如Τ=24小時，那么ω的作用就是把Y的函數分布在24小時內，使得計時的時候可以直接提取X的時間值作為自變量從而算出應該施的力Y ;Α是三角函數中的振幅，B的設定是將整個周期T內的施力Y的值整體上下移動，(一般是控制Β>Α，避免木材收到負向力，保證受力在同一個方向上變化)，N設定的目的是讓程序每隔Τ/Ν的時間提取X值，然后給定步進電機I的Y的值。
[0037]最后是通過每次的反饋調節達到每次施力在每隔點能夠維持Τ/Ν的時間，來替代傳統的放砝碼的施力方式時達到的恒力的效果，也成為程序的動態調節。
[0038]在周期性力的施力和測定過程中，每設定一次參數能夠完成一個完整周期的蠕變測定。(步進電機I的運作原理同恒定力的完成，因為步進電機I只需要反饋和施力)。[0039]本實驗在恒溫恒濕箱中進行木材蠕變測定。
[0040]本發明提供的一種木材蠕變測定儀，采用步進電機I的輸出軸端與稱重傳感器2連接，并作用在載重支架3上，稱重傳感器2的信號輸出端與單片機連接，用于感測步進電機I作用在載重支架3上的作用力并反饋給所述單片機，從而單片機根據稱重傳感器2的反饋信息控制、調節步進電機I施加的作用力大小，實現步進電機1、稱重傳感器2和單片機之間的控制與反饋，能夠自動控制力的施、卸載，避免了開關恒溫恒濕箱造成的實驗誤差，測量精確、可靠；并且可以通過設置單片機的連續力或周期性交變力的控制程序通過步進電機I對實驗木材8施加連續力或周期性交變力，以測定木材在連續力或周期性交變力的作用下的蠕變量。
[0041]采用激光位移傳感器7測定木材的蠕變量，實現了非接觸式變形量的測量，避免了接觸式造成的外力干擾，且測量精度高。
[0042]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種木材蠕變測定儀，其特征在于，其包括步進電機、稱重傳感器、位移傳感器、載重支架、單片機以及計算機，所述步進電機的輸出軸端與稱重傳感器連接，并作用在所述載重支架上，所述稱重傳感器的信號輸出端與單片機連接，用于檢測步進電機作用在載重支架上的作用力并反饋給所述單片機，所述單片機根據稱重傳感器的反饋信息控制、調節步進電機施加的作用力大小，所述載重支架作用在實驗木材上，用于對實驗木材施加力，所述位移傳感器用于測量實驗木材在力的作用下的蠕變量并將數據信息反饋給計算機。
2.如權利要求1所述的木材蠕變測定儀，其特征在于，所述稱重傳感器通過A/D轉換器與單片機連接。
3.如權利要求1所述的木材蠕變測定儀，其特征在于，所述位移傳感器為激光位移傳感器。
4.如權利要求3所述的木材蠕變測定儀，其特征在于，所述激光位移傳感器的數量為兩個，分別設于實驗木材的中心位置的上、下方，并與實驗木材的中心位置具有一定的間距。
5.如權利要求1所述的木材蠕變測定儀，其特征在于，所述載重支架的兩側設有砝碼安裝部，可以通過增減砝碼來調節載重支架的重量。
6.如權利要求5所述的木材蠕變測定儀，其特征在于，所述載重支架的下部通過一對橫向設置的施力圓柱作用在實驗木材上，且實驗木材的下部通過一對對稱設置在實驗木材中心線兩側的支撐件進行固定支撐。
7.如權利要求6所述的木材蠕變測定儀，其特征在于，所述支撐件設有弧形凸起。
8.一種木材蠕變的測定方法，其特征在于，其利用如權利要求1-7任一項所述的木材蠕變測定儀對實驗木材進行蠕變量的測定。
9.如權利要求8所述的木材蠕變的測定方法，其特征在于，通過設置單片機的恒力、連續力或周期性交變力的控制程序控制步進電機對實驗木材施加恒力、連續力或周期性交變力，以觀察木材在恒力、連續力或周期性交變力的作用下的蠕變量情況。
10.如權利要求8或9所述的木材蠕變的測定方法，其特征在于，在恒溫恒濕箱中進行木材蠕變測定。
【文檔編號】G01N19/00GK103760094SQ201310733247
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月26日 優先權日:2013年12月26日
【發明者】馬爾妮, 侯庭瑞, 楊勇, 馬玉媛, 張海軍, 楊甜甜 申請人:北京林業大學
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