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一种木材蠕变测定仪及测定方法
【专利摘要】本发明涉及木材测试领域，公开了一种木材蠕变测定仪，其包括步进电机、称重传感器、位移传感器、载重支架、单片机以及计算机，所述步进电机的输出轴端与称重传感器连接，并作用在所述载重支架上，所述称重传感器的信号输出端与单片机连接，用于检测步进电机作用在载重支架上的作用力并反馈给所述单片机，所述载重支架作用在实验木材上，所述位移传感器用于测量实验木材在力的作用下的蠕变量并将数据信息反馈给计算机，本发明还公开了一种测定方法，其利用所述的木材蠕变测定仪对木材蠕变量测定。本发明能够对木材进行自动施、卸载力，并且能够在施加恒力或周期性交变力下对木材的蠕变量精确测定。
【专利说明】一种木材蠕变测定仪及测定方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及木材测试【技术领域】，特别是涉及一种木材蠕变测定仪及测定方法。
【背景技术】
[0002]机械吸湿蠕变是木材的一个重要物理性质，也是木材作为结构用件经常发生的一种特异行为。常规的木材蠕变测定装置不能控制测量环境的温、湿度，从而难以完成对吸湿、解吸过程中木材蠕变的测量，即木材机械吸湿蠕变的研究工作。
[0003]以往木材机械吸湿蠕变实验中动态温、湿度主要利用恒温恒湿箱来实现，但施力方法尚未实现自动控制检测，力的施加和卸载需要开关箱门进行人工添加或减少砝码进行调节，这必然会影响箱内设定的温、湿度环境，进而对木材机械吸湿蠕变的测量结果造成误差。同时，应用砝码施加或卸载力只能设定间歇力的作用，而无法获得连续力的设定效果。此外，传统的模式只能施加恒力，无法针对周期性变化的力开展研究。
[0004]由于对机械吸湿蠕变的研究往往需要一定的温、湿度环境，这就需要一种尺寸小、可容纳于恒温恒湿箱中，且能够实现自动施加、卸载的蠕变测定装置来完成科学、准确的测量工作。

【发明内容】

[0005](一)要解决的技术问题
[0006]本发明要解决的技术问题是如何实现对木材蠕变测定时进行自动施、卸恒定力或周期性交变力，并且能够精确测定木材的蠕变量。
[0007](二)技术方案
[0008]为了解决上述技术问题，本发明提供一种木材蠕变测定仪，其包括步进电机、称重传感器、位移传感器、载重支架、单片机以及计算机，所述步进电机的输出轴端与称重传感器连接，并作用在所述载重支架上，所述称重传感器的信号输出端与单片机连接，用于检测步进电机作用在载重支架上的作用力并反馈给所述单片机，所述单片机根据称重传感器的反馈信息控制、调节步进电机施加的作用力大小，所述载重支架作用在实验木材上，用于对实验木材施加力，所述位移传感器用于测量实验木材在力的作用下的蠕变量并将数据信息反馈给计算机。
[0009]其中，所述称重传感器通过A/D转换器与单片机连接。
[0010]其中，所述位移传感器为激光位移传感器。
[0011]其中，所述激光位移传感器的数量为两个，分别设于实验木材的中心位置的上、下方，并与实验木材的中心位置具有一定的间距。
[0012]其中，所述载重支架的两侧设有砝码安装部，可以通过增减砝码调节载重支架的重量。
[0013]其中，所述载重支架的下部通过一对横向设置的施力圆柱作用在实验木材上，且所述实验木材的下部通过一对对称设置在实验木材中心线两侧的支撑件进行固定支撑。[0014]其中，所述支撑件设有弧形凸起。
[0015]本发明还提供一种木材蠕变的测定方法，其利用上述任一技术方案所述的木材蠕变测定仪对实验木材进行蠕变量的测定。
[0016]其中，通过设置单片机的恒力、连续力或周期性交变力的控制程序控制步进电机对实验木材施加恒力、连续力或周期性交变力，以观察木材在恒力、连续力或周期性交变力的作用下的蠕变量情况。
[0017]其中，在恒温恒湿箱中进行木材蠕变测定。
[0018](三)有益效果
[0019]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0020]本发明提供的一种木材蠕变测定仪，采用步进电机的输出轴端与称重传感器连接，并作用在载重支架上，称重传感器的信号输出端与单片机连接，用于感测步进电机作用在载重支架上的作用力并反馈给所述单片机，从而单片机根据称重传感器的反馈信息控制、调节步进电机施加的作用力大小，实现步进电机、称重传感器和单片机之间的控制与反馈，能够自动控制力的施、卸载，避免了开关恒温恒湿箱造成的实验误差，测量精确、可靠；并且可以通过设置单片机的连续力或周期性交变力的控制程序控制步进电机对实验木材施加连续力或周期性交变力，以测定木材在连续力或周期性交变力的作用下的蠕变量；
[0021]采用激光位移传感器测定木材的蠕变量，实现了非接触式变形量的测量，避免了接触式造成的外力干扰，且测量精度高。
【专利附图】

【附图说明】
[0022]图1为本发明一种木材蠕变测定仪的整体结构示意图；
[0023]图2为本发明一种木材蠕变测定仪中各部分的连接框图。
[0024]图中:1:步进电机；2:称重传感器；3:载重支架；4:砝码安装部；5:施力圆柱；6:支撑件；7:激光位移传感器；8:实验木材。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0026]如图1和图2所示，为本发明提供的一种木材蠕变测定仪，其包括步进电机1、称重传感器2、位移传感器、载重支架3、单片机以及计算机，所述步进电机I的输出轴端与称重传感器2连接，并作用在所述载重支架3上，所述称重传感器2的信号输出端与单片机连接，用于感测步进电机I作用在载重支架3上的作用力并反馈给所述单片机，从而单片机根据称重传感器2的反馈信息控制、调节步进电机I施加的作用力大小，通过单片机处理数据，能够更加精确地控制力的施加，所述载重支架3作用在实验木材8上，用于对实验木材8施加力，所述位移传感器用于测量实验木材8在力的作用下的蠕变量并将数据信息反馈给计算机。所述称重传感器2灵敏度高、体积大小合适。根据需要选择大小合适、散热小、能高精度控制、扭矩合适的步进电机1，所述步进电机I优选为型号为DRL42PA2G-04MG的五相步进电机I。
[0027]所述称重传感器2通过A/D转换器与单片机连接。用于将称重传感器2接收到的模拟电信号转变为单片机能够识别的数字信号。
[0028]所述位移传感器优选为激光位移传感器7，所述激光位移传感器7可精确、非接触地测量被测物体的位置、位移等变化。所述激光位移传感器7的数量为两个，分别设于实验木材8的中心位置的上、下方，并与实验木材8的中心位置具有30-80mm的间距，用来测定木材中间同一点上、下面的蠕变形变情况。
[0029]所述载重支架3的两侧设有砝码安装部4，所述砝码安装部4设有固定连接在所述载重支架3两侧的横向连接杆，砝码可以套设在所述横向连接杆上，可以通过增减砝码调节载重支架3的重量。并且所述两侧的砝码安装部4用于同时增加或减少砝码，以保持载重支架3两侧的受力平衡。
[0030]所述载重支架3的下部通过一对横向设置的施力圆柱5作用在实验木材8上，所述一对施力圆柱5的长度方向上分别开有长条形槽，所述长条形槽内配套地设有方形连接板，所述载重支架3的下部设有一对与所述施力圆柱5设置方向垂直的支撑圆柱，所述一对支撑圆柱之间的距离与方形连接板的长度相等，其正好卡紧在所述方形连接板的两侧，由此实现固定连接；所述施力圆柱5对称设置在实验木材8的中心两侧，且实验木材8的下部通过一对对称设置在实验木材8的中心线两侧的支撑件6进行固定支撑，所述支撑件6设有弧形凸起，所述弧形凸起将实验木材8托起并距离底面有一段距离，用于设置下部的一个所述激光位移传感器7，为了保证结构的稳定性，所述支撑件6的设置距离大于施力圆柱5的设置距离。
[0031]本发明还提供一种木材蠕变的测定方法，其利用上述任一技术方案所述的木材蠕变测定仪对实验木材8进行蠕变量测定。
[0032]其中，通过设置单片机的恒力、连续力或周期性交变力的控制程序控制步进电机I对实验木材8施加恒力、连续`力或周期性交变力，以观察木材在恒力、连续力或周期性交变力作用下的蠕变量情况。以测定周期性交变力为例来说明本发明，但不用来限制本发明的范围:
[0033]在实现周期性交变力时主要是根据人为设定施力Y与时间X的函数实现的。
[0034]例如:三角函数Y=Asin ( ωΧ)+Β
[0035]取一个周期T为例，N为周期T内周期细分数量(N ^ 2)，ω为函数角频率，A为振幅量，B为向上移动量；可以通过在单片机程序中设定Α、Β、Ν、ω的值来实现构造理想的变换曲线，程序以此为标准通过反馈调节步进电机I。
[0036]具体地:Χ的单位为分钟，也就是说在一个施力周期T中是通过X来计时的，ω是为了计时而设计的伸长量，假如Τ=24小时，那么ω的作用就是把Y的函数分布在24小时内，使得计时的时候可以直接提取X的时间值作为自变量从而算出应该施的力Y ;Α是三角函数中的振幅，B的设定是将整个周期T内的施力Y的值整体上下移动，(一般是控制Β>Α，避免木材收到负向力，保证受力在同一个方向上变化)，N设定的目的是让程序每隔Τ/Ν的时间提取X值，然后给定步进电机I的Y的值。
[0037]最后是通过每次的反馈调节达到每次施力在每隔点能够维持Τ/Ν的时间，来替代传统的放砝码的施力方式时达到的恒力的效果，也成为程序的动态调节。
[0038]在周期性力的施力和测定过程中，每设定一次参数能够完成一个完整周期的蠕变测定。(步进电机I的运作原理同恒定力的完成，因为步进电机I只需要反馈和施力)。[0039]本实验在恒温恒湿箱中进行木材蠕变测定。
[0040]本发明提供的一种木材蠕变测定仪，采用步进电机I的输出轴端与称重传感器2连接，并作用在载重支架3上，称重传感器2的信号输出端与单片机连接，用于感测步进电机I作用在载重支架3上的作用力并反馈给所述单片机，从而单片机根据称重传感器2的反馈信息控制、调节步进电机I施加的作用力大小，实现步进电机1、称重传感器2和单片机之间的控制与反馈，能够自动控制力的施、卸载，避免了开关恒温恒湿箱造成的实验误差，测量精确、可靠；并且可以通过设置单片机的连续力或周期性交变力的控制程序通过步进电机I对实验木材8施加连续力或周期性交变力，以测定木材在连续力或周期性交变力的作用下的蠕变量。
[0041]采用激光位移传感器7测定木材的蠕变量，实现了非接触式变形量的测量，避免了接触式造成的外力干扰，且测量精度高。
[0042]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种木材蠕变测定仪，其特征在于，其包括步进电机、称重传感器、位移传感器、载重支架、单片机以及计算机，所述步进电机的输出轴端与称重传感器连接，并作用在所述载重支架上，所述称重传感器的信号输出端与单片机连接，用于检测步进电机作用在载重支架上的作用力并反馈给所述单片机，所述单片机根据称重传感器的反馈信息控制、调节步进电机施加的作用力大小，所述载重支架作用在实验木材上，用于对实验木材施加力，所述位移传感器用于测量实验木材在力的作用下的蠕变量并将数据信息反馈给计算机。
2.如权利要求1所述的木材蠕变测定仪，其特征在于，所述称重传感器通过A/D转换器与单片机连接。
3.如权利要求1所述的木材蠕变测定仪，其特征在于，所述位移传感器为激光位移传感器。
4.如权利要求3所述的木材蠕变测定仪，其特征在于，所述激光位移传感器的数量为两个，分别设于实验木材的中心位置的上、下方，并与实验木材的中心位置具有一定的间距。
5.如权利要求1所述的木材蠕变测定仪，其特征在于，所述载重支架的两侧设有砝码安装部，可以通过增减砝码来调节载重支架的重量。
6.如权利要求5所述的木材蠕变测定仪，其特征在于，所述载重支架的下部通过一对横向设置的施力圆柱作用在实验木材上，且实验木材的下部通过一对对称设置在实验木材中心线两侧的支撑件进行固定支撑。
7.如权利要求6所述的木材蠕变测定仪，其特征在于，所述支撑件设有弧形凸起。
8.一种木材蠕变的测定方法，其特征在于，其利用如权利要求1-7任一项所述的木材蠕变测定仪对实验木材进行蠕变量的测定。
9.如权利要求8所述的木材蠕变的测定方法，其特征在于，通过设置单片机的恒力、连续力或周期性交变力的控制程序控制步进电机对实验木材施加恒力、连续力或周期性交变力，以观察木材在恒力、连续力或周期性交变力的作用下的蠕变量情况。
10.如权利要求8或9所述的木材蠕变的测定方法，其特征在于，在恒温恒湿箱中进行木材蠕变测定。
【文档编号】G01N19/00GK103760094SQ201310733247
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年12月26日 优先权日:2013年12月26日
【发明者】马尔妮, 侯庭瑞, 杨勇, 马玉媛, 张海军, 杨甜甜 申请人:北京林业大学