专利名称：裂缝出现时间自动测试方法、装置及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种自动测试非导体脆性材料裂缝出现时间的方法、装置及其应用。
背景技术：
在土木工程领域采用平板法、圆环法测试水泥基胶凝材料的抗裂性能，或在钢筋混凝土结构受力性能试验中，很重要的一项内容是读取裂缝出现的时间。但目前还没有多点自动读取混凝土开裂时间的方法和装置。目前，多采用人工观测多点裂缝出现时间，无法昼夜连续观测，且精确度差。在水泥基材料的抗裂性能试验或在钢筋混凝土结构受力性能试验中，都很需要多点同时自动测试混凝土开裂时间。
发明内容
本发明解决了现有采用人工观测裂缝出现时间而造成无法连续观测、精确度差的问题，提供一种测试点数不限、多点同步测试、测试精确度高的裂缝出现时间自动测试装置。
本发明的技术方案是1、裂缝出现时间自动测试方法它是采用通过导线依次将石墨线、计时/选通装置、数字万用表以及计算机连接组成的裂缝出现时间自动测试仪，来自动测试裂缝出现时间的。测试前，将待测试件的测试部位连续分布上石墨线，石墨线的两端通过导线与本自动测试仪相连。由于石墨的电阻率远低于该非导体试件，因此试件被测试部分被转变为一个电阻值明显降低的电阻元件。计算机按照设置好的时间间隔连续读取石墨线的电阻。当试件出现裂缝时，与裂缝相交的石墨线断开，导致电阻阻值突变，则计算机记录的电阻突变时间即为试件的开裂时间。计算机实时显示并记录试件裂缝出现时间。
2、裂缝出现时间自动测试装置它包括石墨线(4)、计时/选通装置(3)、数字万用表(2)、计算机(1)，通过导线依次将石墨线(4)、计时/选通装置(3)、万用表(2)以及计算机(1)连成一个整体。
3、本发明应用于测试非导体脆性材料裂缝出现的时间。
本发明的有益效果是，所选择的测试点不受数量限制，多测点同步、实时、自动测试非导体脆性材料裂缝出现时间，测试对象可以是土木工程中各类非荷载或荷载作用下的混凝土结构，也可以是其他需要测试开裂时间的非导体脆性材料。本发明精确度高、适用性强、结构简单、使用方便、成本低廉。
图1是本发明的原理图。
图2是本发明“计时/选通装置”的原理图。
图3是“计时/选通装置”中脉冲产生/分频电路的原理图。
图4是“计时/选通装置”部分中选通电路的原理图。
图5是“计时/选通装置”部分中测试控制电路的原理图。
图6是实施例1的结构示意图。
图7是实施例2的结构示意图。
标号说明1计算机；2数字万用表；3计时/选通装置；4石墨线；5被测试件；6简支梁试件；7圆环试件；电路图中4020、4017、4060、4001为通用的芯片代号。
具体实施例方式如图1、6、7所示，本发明包括石墨线4、计时/选通装置3、数字万用表2、计算机1，通过导线次将石墨线4、计时/选通装置3、数字万用表2以及计算机1连成一个整体。在试件中裂缝可能出现的位置连续、均匀地分布上石墨线(如用石墨比例高的6B铅笔画线)，由于石墨的电阻率远低于该非导体试件，将试件被测试部分转变为一个电阻值明显降低的电阻元件。该石墨线几乎没有强度，因此对试件不会有任何的约束影响。在石墨线的两端接上导电线，接入计时/选通电路，计时/选通电路与数字万用表连接，而数字万用表则与计算机相连，计算机按照设置好的时间间隔连续读取石墨线的电阻。当试件出现裂缝时，与裂缝相交的石墨线断开，回路就被切断，导致电阻突变，这样裂缝出现的时间就会被计算机自动记录。从而实现利用计算机自动测试裂缝出现的时间。
图2是本发明“计时/选通装置”的原理图，如图2所示计时/选通装置3包括四个主要部分，分别为直流稳压电源、脉冲产生/分频电路，选通电路、测试控制电路。220V的交流电通过电源插座从直流稳压电源电路的输入端接入，直流稳压电源8分别与脉冲产生/分频电路、选通电路以及测试控制电路相连，做为三个电路的工作电源。脉冲产生/分频电路与选通电路相连，选通电路与测试控制电路相连。其工作原理为交流电输入直流稳压电源电路，经降压、整流、滤波、稳压过程变成直流稳压电源，直流稳压电源为计时/选通装置3的整个电路供电。“脉冲产生/分频电路”产生一个基准频率的时序信号，“选通电路”使得多个被测试件所在电路依次、等时间间隔、循环地被导通，而“测试控制电路”通过继电器将被测试件与万用表相连，从而实现用一套设备对多个测点的电阻阻值的测试。下面分别就计时/选通装置3的四个部分进行说明第一部分直流稳压电源的产生，通过变压器降压，将220V的交流电压降为交流低电压。然后通过整流桥形成直流脉动的电压。再通过滤波、稳压过程，就可以形成稳定的直流电压输出，作为芯片的工作电源。输出的直流稳压电压可以有多种，根据需要进行选择，可以选择9V，12V等。
第二部分脉冲产生/分频电路，如图3所示，它包括电容C1、C2、C3，晶振Y1，电阻R1，芯片4017、4020、4060，复位按钮S1。晶振Y1与电容R1并联，分别经过电容C1、可调电容C2接地，在另一端接入到4060芯片U1的第10和11个管脚之间。电容C3与复位按钮S1并联，接直流稳压电源，之后分别连接4060芯片U1的管脚12(复位管脚)、4017芯片U3的管脚15(复位管脚)、4020芯片U6的管脚11(复位管脚)。4060芯片U1的管脚16处接入直流电，第8个管脚接地。4060芯片U1的管脚3与4017芯片U3的管脚14(CP-时钟信号输入管脚)相连，4017芯片U3的第16个管脚接入直流电，第13、8管脚接地。4017芯片U3的第11个管脚与4020芯片的第10个管脚相连。4020芯片U6的第16个管脚接入直流电，第8个管脚接地，第9、7、5、4、13、15、1、3、八个管脚分别连接双排跳线插座的1～8号插件管脚。双排跳线插座的第9-16插件管脚短接作为电路输出端。
晶振Y1为脉冲发生器，产生脉冲信号，经过4060芯片U1(分频/计数作用)、4017芯片U3(分频/计数作用)、4020芯片U6(分频/计数作用)进行分频，最终产生8档基准的时序信号，并通过双排插针式跳线插座H2在某个特定的档位处短接以输出所选择的特定频率的信号。对应于试件而言，就是在数据采集的循环过程中，对每个试件分配的读数时间周期表现为8个可供选择的档位。选择的实现是通过插针在H2某个特定的插座处短接实现的。该信号输出后接入图4的三个4017芯片。
H2双排插针式跳线插座，插座上1-16代表插座的插件管脚，U64020型号的芯片，U34017芯片，U14060芯片，C1电容，C2可调电容，Y1晶振，R1电阻，C3瓷片电容，S1复位按钮。各芯片中，VDD代表芯片电源管脚；VSS是芯片接地管脚；R是复位管脚；CP是时钟信号输入管脚；EN是时钟使能信号输入管脚，Q是输出管脚。
选通电路，如图4所示，它 芯片4001、4017，复位按钮S1，瓷片电容C3。从脉冲/分频电路输出的信号，在图4选通电路的“IN”处分别接入本电路中4017芯片U2、U4、U5的第14个管脚。复位按钮S1和瓷片电容C3并联(即图3中的S1以及C3)，在本电路中分别接入4017芯片U2、U4、U5的第15个管脚。4017芯片U2、U4、U5的第16个管脚接入直流电，第8个管脚接地。其中4001芯片U7的管脚1与管脚10相连。管脚3与12、13连接。管脚2与管脚5、6连接，再连接到4017芯片U4的第11个管脚4001芯片U7的8与9连接，再与4017芯片U2的第9个管脚相连。4001芯片U7的第14管脚接入直流电源，第7个管脚接地。4001芯片U7的管脚4与4017芯片U5的第13个管脚相连，管脚11与4017芯片U4的管脚13相连。4017芯片U5的第1、2、4、7、10管脚，U4的1、2、4、5、6、7、12、13管脚，U2的1、2、4、5、6、7、10管脚分别与1～20试件测试电路连接。
其工作原理为4001(芯片)是四组双输入或非门，其作用是将二个以上4017芯片级连，产生8路以上的电路输出，实现由一套设备测试8个以上试件的目的。4017芯片起多路输出作用，一个4017芯片最多有8～9路输出，本例中三个4017芯片分别用了5、7、8路。该电路将信号依次、循环地分配给8个以上，本例为20个试件测试电路，控制被测试件所在的测试控制电路被依次且循环地选通。
图4符号说明S1-复位按钮，C3-瓷片电容。4001、4017为通用芯片代码，各芯片中，VDD代表芯片电源管脚；VSS是芯片接地管脚；R是复位管脚；CP是时钟信号输入管脚；EN是时钟使能信号输入管脚，Q是输出管脚。
第四部分测试控制电路，如图5所示，它包括二极管D21，电阻R2、R22，发光二极管D1，三极管Q1，继电器线圈J，和可调电阻R42。信号从M点输入，经过电阻R2，与三极管Q1的b极(基极)相连，三极管Q1的e极(发射极)接地，c极(集电极)与继电器线圈相连。电阻R22与发光二极管D1串联，然后与二极管D21以及继电器线圈J并联。继电器的触点K1在一侧接在万用表的两个指针探针W1、W2处，另一侧经过可调电容R42与试件的两端的引出线S1、S2相连。
其工作原理为该电路通过继电器的开、合控制被测试件所在电路的导通与否。每个试件对应于一个继电器选通控制电路，仅需一个万用表就可以测试多个被测试件。当该路选通时，该通路的三极管基极e为高电平，处于导通状态。M端有信号输入，继电器线圈上电，触点吸合，于是万用表两端和被测物体的两端连通，此时万用表就处于测量该试件的状态，与该电路相连的试件的电阻值的数据被采集。
图5符号说明D21-二极管；R22-电阻；D1-发光二极管；M为信号输入端，J为继电器线圈，K1为继电器的触点，Q1为三极管，b，c，e分别为三极管的基极、集电极、发射极，W1、W2与万用表的两个指针探针连接的接头；S1、S2-与试件两端的引出线相连的接头。
实施例1如图6所示，将本发明应用于土木工程领域测试混凝土简支梁构件在荷载作用下的裂缝出现时间。通过在不同测点处画石墨线，将简支梁划分为不同的测点区间，实现自动、多测点的裂缝出现时间检测。
实施例2如图7所示，将本发明应用于土木工程领域测试硬化后的水泥浆、砂浆、混凝土等水泥基胶凝材料的早期抗裂性能的圆环法试验中。通过本发明，避免了数据的人工读取。将石墨线连续地分布在环形试件的外缘，石墨线的两端点相互错开，保证裂缝都能与石墨线相交。通过导线将环形试件上的石墨线(两端点)与计时/选通装置的接线柱连接，由计时/选通装置实现环形试件的依次选通，各个环形试件的电阻值数据被数字万用表依次读�。⒕菹叽爰扑慊�。通过分析计算机中的数据，找到各个环形试件的开裂时间。实现了多测点、自动测试裂缝出现时间，简单方便。
权利要求
1.一种裂缝出现时间自动测试方法，其特征在于它是采用通过导线依次将石墨线(4)、计时/选通装置(3)、数字万用表(2)以及计算机(1)连接组成的裂缝出现时间自动测试仪，来自动测试裂缝出现时间的。
2.根据权利要求1所述的裂缝出现时间自动测试方法，其特征在于它是将石墨线(4)连续地分布在被测试件(5)中裂缝可能出现的位置上；在石墨线(4)的两端接上导电线，将导电线与计时/选通装置(3)连接，计时/选通装置(3)又与数字万用表(2)连接，而数字万用表(2)则与计算机(1)相连，计算机(1)按照设置好的间隔时间连续读取石墨线的电阻值；当试件出现裂缝时，与裂缝相交的石墨线(4)断开，回路就被切断，导致万用表读取的电阻值骤然增大，这样裂缝出现的时间就会被计算机(1)自动记录；利用计算机记录的电阻值的突变来判定试件的开裂时间。
3.一种裂缝出现时间自动测试装置，其特征在于它包括石墨线(4)、计时/选通装置(3)、数字万用表(2)、计算机(1)，通过导线依次将石墨线(4)、计时/选通装置(3)、万用表(2)以及计算机(1)连成一个整体。
4.根据权利要求3所述的裂缝出现时间自动测试装置，其特征在于计时/选通装置(3)包括四个主要部分，分别为直流稳压电源、脉冲产生/分频电路，选通电路、测试控制电路；其连接关系为220V的交流电通过电源插座从直流稳压电源电路的输入端接入，直流稳压电源输出端分别与脉冲产生/分频电路、选通电路以及测试控制电路相连；脉冲产生/分频电路与选通电路相连，选通电路与测试控制电路相连。
5.根据权利要求4所述的裂缝出现时间自动测试装置，其特征在于脉冲/分频电路它包括电容C1、C2、C3，晶振Y1，电阻R1，芯片4017、4020、4060，复位按钮S1；晶振Y1与电容R1并联，分别经过电容C1、可调电容C2接地，在另一端接入到4060芯片U1的第10和11个管脚之间；电容C3与复位按钮S1并联，接直流稳压电源，之后分别连接4060芯片U1的复位管脚12、4017芯片U3的复位管脚15、4020芯片U6的复位管脚11；4060芯片U1的管脚1 6处接入直流电，第8个管脚接地；4060芯片U1的管脚3与4017芯片U3的CP-时钟信号输入管脚14相连，4017芯片U3的第16个管脚接入直流电，第13、8管脚接地；4017芯片U3的第11个管脚与4020芯片的第10个管脚相连；4020芯片U6的第16个管脚接入直流电，第8个管脚接地，第9、7、5、4、13、15、1、3、八个管脚分别连接双排跳线插座的1～8号插件管脚。双排跳线插座的第9-16插件管脚短接作为电路输出端。
6.根据权利要求4所述的裂缝出现时间自动测试装置，其特征在于选通电路包括芯片4001、4017，复位按钮S1，瓷片电容C3；从脉冲/分频电路输出的信号，在选通电路的“IN”处分别接入本电路中4017芯片U2、U4、U5的第14个管脚；复位按钮S1和瓷片电容C3并联，在本电路中分别接入4017芯片U2、U4、U5的第15个管脚；4017芯片U2、U4、U5的第16个管脚接入直流电，第8个管脚接地。其中4001芯片U7的管脚1与管脚10相连；管脚3与12、13连接，管脚2与管脚5、6连接，再连接到4017芯片U4的第11个管脚；4001芯片U7的8与9连接，再与4017芯片U2的第9个管脚相连；4001芯片U7的第14管脚接入直流电源，第7个管脚接地；4001芯片U7的管脚4与4017芯片U5的第13个管脚相连，管脚11与4017芯片U4的管脚13相连；4017芯片U5的第1、2、4、7、10管脚，U4的1、2、4、5、6、7、12、13管脚，U2的1、2、4、5、6、7、10管脚分别与1～20试件测试电路连接。
7.根据权利要求4所述的裂缝出现时间自动测试装置，其特征在于其测试控制电路包括二极管D21，电阻R2、R22，发光二极管D1，三极管Q1，继电器线圈J，和可调电阻R42；信号从M点输入，经过电阻R2，与三极管Q1的基极相连，三极管Q1的发射极接地，集电极与继电器线圈相连；电阻R22与发光二极管D1串联，然后与二极管D21以及继电器线圈J并联；继电器的触点K1在一侧接在万用表的两个指针探针W1、W2处，另一侧经过可调电容R42与试件的两端的引出线S1、S2相连。
8.一种裂缝出现时间自动测试方法及装置的应用，其特征在于它应用于测试非导体脆性材料裂缝出现的时间。
全文摘要
一种裂缝出现时间自动测试方法、装置及其应用。它解决了现有非导体脆性材料裂缝出现时间无法自动测试的问题。它采用通过导线依次将石墨线、计时/选通装置、数字万用表以及计算机连接组成的裂缝出现时间自动测试仪，来自动测试裂缝出现时间的。用电阻率远低于混凝土的石墨在可能出现裂缝的试件的部位画线，由于石墨的电阻率远低于非导体的试件，将试件被测测点区间转变为一个电阻明显降低的电阻元件。本发明能够多测点同步、实时、自动测试非导体脆性材料裂缝出现时间，测试对象可以是土木工程中各类非荷载或荷载作用下的混凝土结构，也可以是其他需要测试开裂时间的非导体脆性材料。本发明精确度高、适用性强、结构简单、使用方便、成本低廉。
文档编号G01N33/38GK1645119SQ20041006149
公开日2005年7月27日 申请日期2004年12月31日 优先权日2004年12月31日
发明者郑建岚, 罗素蓉, 王国杰, 王雪芳 申请人:福州大学
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