；可編程控制器與電容量調(diào)節(jié)觸發(fā)器、電容充電主電路順次連接； 加載方式控制單元由加載方式觸發(fā)器、單軸接觸器及雙軸接觸器構(gòu)成，用于控制霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)單/雙軸不同的加載方式；可編程控制器與加載方式觸發(fā)器、電容放電主電路順次連接； 放電線圈溫度控制單元由流量控制器、溫度傳感器、空氣流量計(jì)構(gòu)成，用于控制放電線圈溫度，保證相同情況下應(yīng)力波脈沖的一致性；可編程控制器與模擬量I/O模塊、流量控制器、應(yīng)力波發(fā)生器、溫度變送器/空氣流量計(jì)、模擬量I/O模塊順次連接形成回路，壓縮空氣與流量控制器、應(yīng)力波發(fā)生器順次連接； 電容充電控制單元由充電觸發(fā)器、電容充電主電路、電壓變送器、電流變送器構(gòu)成，用于控制應(yīng)力波脈沖幅值；可編程控制器與模擬量I/o模塊、充電觸發(fā)器、電容充電主電路、電壓變送器/電流變送器、模擬量I/o模塊順次連接形成回路； 電容放電控制單元由放電觸發(fā)器、電容放電主電路、電壓傳感器、應(yīng)力波發(fā)生器構(gòu)成，用于產(chǎn)生應(yīng)力波脈沖；可編程控制器與放電觸發(fā)器、電容放電主電路、電壓傳感器、模擬量I/o模塊順次連接形成回路，電容放電主電路、應(yīng)力波發(fā)生器順次連接； 泄流控制單元由泄流觸發(fā)器、泄流接觸器構(gòu)成，用于釋放脈沖電容器組中儲(chǔ)存的能量；可編程控制器與泄流觸發(fā)器、電容放電主電路、電壓傳感器、模擬量I/o模塊順次連接形成回路； 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集控制單元由應(yīng)力波發(fā)生器、實(shí)驗(yàn)臺(tái)、Rogowski線圈、積分器、電阻應(yīng)變片、超動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀和高速數(shù)據(jù)采集器構(gòu)成，用于測(cè)量脈沖電容器組放電電流大小和材料的應(yīng)變率大小；應(yīng)力波發(fā)生器、實(shí)驗(yàn)臺(tái)順次連接，實(shí)驗(yàn)臺(tái)、Rogowski線圈、積分器、高速數(shù)據(jù)采集器順次連接，實(shí)驗(yàn)臺(tái)、電阻應(yīng)變片、超動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀、高速數(shù)據(jù)采集器順次連接，高速數(shù)據(jù)采集器與計(jì)算機(jī)通過USB接口相互連接； 安全控制單元由充電完成指示燈、過壓指示燈、過流指示燈、過溫指示燈、閃光蜂鳴器、安全監(jiān)控器構(gòu)成，用于保證設(shè)備安全可靠地運(yùn)行；充電完成指示燈、過壓指示燈、過流指示燈、過溫指示燈、閃光蜂鳴器分別與可編程控制器連接，電容充電主回路、電容放電主回路、實(shí)驗(yàn)臺(tái)分別于安全監(jiān)控器連接，安全監(jiān)控器、可編程控制器順次連接； 所述計(jì)算機(jī)、HMI設(shè)備及可編程控制器構(gòu)成人機(jī)交互控制單元，通過以太網(wǎng)相互連接，用于控制實(shí)驗(yàn)過程，處理、顯示及保存實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)； 所述充電完成指示燈、過壓指示燈、過流指示燈、過溫指示燈、閃光蜂鳴器、安全監(jiān)控器構(gòu)成安全控制單元，用于顯示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，保證設(shè)備安全可靠地運(yùn)行；充電完成指示燈、過壓指示燈、過流指示燈、過溫指示燈、閃光蜂鳴器分別與可編程控制器連接，電容充電主回路、電容放電主回路、實(shí)驗(yàn)臺(tái)分別于安全監(jiān)控器連接，安全監(jiān)控器、可編程控制器順次連接; 電容量調(diào)節(jié)觸發(fā)器、真空交流接觸器Jl?J7、脈沖電容器Cl?C3構(gòu)成電容量調(diào)節(jié)控制單元；可編程控制器與電容量調(diào)節(jié)觸發(fā)器、真空交流接觸器Jl?J7、脈沖電容器Cl?C3順次連接；可編程控制器通過輸出端子輸出控制信號(hào)至電容量調(diào)節(jié)觸發(fā)器，電容量調(diào)節(jié)觸發(fā)器控制對(duì)應(yīng)的交流接觸器使之閉合，脈沖電容器Cl?C3與真空交流接觸器Jl?J7相互組合構(gòu)成不同電容量的脈沖電容器組C4 ; 變壓器TMl、整流晶閘管Ml?M2、限流電阻R1、濾波電感L1、脈沖電容器組C4、整流二極管Dl?D2順次連接形成回路構(gòu)成電容充電主回路，電壓表與電壓變送器TVl均并聯(lián)在脈沖電容器組兩端，電流變送器TAl連接在脈沖電容器組C4與整流二極管Dl?D2之間；充電觸發(fā)器、電容充電主電路、電壓變送器TVl、電流變送器TAl構(gòu)成電容充電控制單元；可編程控制器與模擬量I/O模塊、充電觸發(fā)器、電容充電主電路、電壓變送器/電流變送器、模擬量I/O模塊順次連接形成回路；可編程控制器通過模擬量I/O模塊、充電觸發(fā)器控制整流晶閘管Ml?M2的通斷，從而對(duì)脈沖電容器組C4進(jìn)行充電或停止充電；電容充電控制單元利用專家自整定串級(jí)PID控制器； 加載方式觸發(fā)器、雙軸加載接觸器J9、單軸加載接觸器J10、構(gòu)成加載方式控制單元；可編程控制器與加載方式觸發(fā)器、放電主回路順次連接；雙軸加載接觸器J9分別于放電晶閘管M3、縱向放電線圈(3)連接，單軸加載接觸器JlO—端與放電晶閘管M3連接，另一端分別與縱向放電線圈(3)、橫向放電線圈⑶連接；可編程控制器通過輸出端子輸出控制信號(hào)至加載方式觸發(fā)器；加載方式觸發(fā)器控制雙軸加載接觸器J9或單軸加載接觸器JlO使之閉合； 縱向溫度變送器STl的測(cè)量端與縱向放電線圈(3)緊密貼合，橫向溫度變送器ST2的測(cè)量端與橫向放電線圈(8)緊密貼合；所述的流量控制器、縱向溫度變送器ST1、橫向溫度變送器ST2、空氣流量計(jì)構(gòu)成放電線圈溫度控制單元；可編程控制器與模擬量I/O模塊、流量控制器、放電主回路、縱向溫度變送器STl/橫向溫度變送器ST2/空氣流量計(jì)、模擬量I/O模塊順次連接形成回路；可編程控制器通過模擬量I/O模塊輸出控制信號(hào)對(duì)流量控制器進(jìn)行控制，流量控制器根據(jù)控制信號(hào)調(diào)節(jié)氣壓閥門的大小，從而控制縱向放電線圈(3)和橫向放電線圈⑶的溫度； 當(dāng)雙軸加載時(shí)，脈沖電容器組C4、放電晶閘管M3、雙軸加載接觸器J9、縱向放電線圈(3)、橫向放電線圈⑶、放電電阻R3順次連接形成回路構(gòu)成電容放電主回路，在脈沖電容器組C4兩端并入續(xù)流二極管D3 ;所述的放電觸發(fā)器、電容放電主回路、電壓變送器TV1、應(yīng)力波發(fā)生器構(gòu)成電容放電控制單元；可編程控制器與放電觸發(fā)器、電容放電主回路、電壓變送器TV1、模擬量I/O模塊順次連接形成回路；可編程控制器通過輸出端子輸出控制信號(hào)至放電觸發(fā)器；放電觸發(fā)器輸出觸發(fā)脈沖對(duì)放電晶閘管M3進(jìn)行觸發(fā)使之導(dǎo)通，脈沖電容器組C4通過縱向放電線圈(3)和橫向放電線圈⑶進(jìn)行放電；縱向驅(qū)動(dòng)線圈⑷與縱向放電線圈(3)相互貼緊，橫向驅(qū)動(dòng)線圈(9)與橫向放電線圈(8)相互貼緊，從而產(chǎn)生極強(qiáng)的排斥力；電磁力在縱向應(yīng)力放大器(5)與橫向應(yīng)力放大器(10)的輸入端形成應(yīng)力波脈沖；脈沖電容器組C4、泄流接觸器J8、泄流電阻R2順次連接并構(gòu)成電容-電阻泄流回路；所述的泄流觸發(fā)器、泄流接觸器J8構(gòu)成泄流控制單元；可編程控制器與泄流觸發(fā)器、電容放電主回路回路順次連接；可編程控制器通過輸出端子輸出控制信號(hào)至泄流觸發(fā)器；泄流觸發(fā)器使泄流接觸器J8觸點(diǎn)閉合，脈沖電容器組C4存儲(chǔ)的能量通過泄流電阻R2釋放；縱向放電線圈⑶通過螺栓連接固定在縱向放電線圈基座⑵上；橫向放電線圈(8)通過螺栓連接固定在橫向放電線圈基座(7)上；縱向驅(qū)動(dòng)線圈(4)通過螺栓連接固定在縱向應(yīng)力波放大器(5)上；橫向驅(qū)動(dòng)線圈(9)通過螺栓連接固定在橫向應(yīng)力波放大器(10)上；縱向?qū)蜉S(I)通過螺紋連接在縱向應(yīng)力波放大器(5)上；橫向?qū)蜉S(6)通過螺紋連接在橫向應(yīng)力波放大器(10)上；縱向入射桿(11)與縱向應(yīng)力波放大器(5)通過螺紋連接，端面相互接觸；橫向入射桿(12)與橫向應(yīng)力波放大器(10)通過螺紋連接，端面相互接觸；縱向透射桿(13)同軸安裝在縱向入射桿(11)的自由方向；橫向透射桿(14)同軸安裝在橫向入射桿(12)的自由方向；縱向入射桿(11)、縱向透射桿(13)、橫向入射桿(12)、橫向透射桿(14)之間留有放置試件(21)的空間；縱向緩沖器(19)安裝在縱向透射桿(13)的末端；橫向緩沖器(20)安裝在橫向透射桿(14)的末端；第一電阻應(yīng)變片(15)粘貼在縱向入射桿(11)上；第二電阻應(yīng)變片(16)粘貼在橫向入射桿(12)上；第三電阻應(yīng)變片(17)粘貼在縱向透射桿(13)上；第四電阻應(yīng)變片(18)粘貼在橫向透射桿(14)上； Rogowski線圈(23)、積分器(24)、高速數(shù)據(jù)采集器(25)、計(jì)算機(jī)(26)順次連接，構(gòu)成放電電流測(cè)量電路，Rogowski線圈(23)測(cè)量孔通過電容-放電線圈放電回路中的放電電纜；第一電阻應(yīng)變片(15)、第二電阻應(yīng)變片(16)、第三電阻應(yīng)變片(17)、第四電阻應(yīng)變片(18)分別與超動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀(22)連接，超動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀(22)、高速數(shù)據(jù)采集器(25)、計(jì)算機(jī)(26)順次連接，構(gòu)成材料應(yīng)變測(cè)量電路； 應(yīng)力波發(fā)生器、實(shí)驗(yàn)臺(tái)、Rogowski線圈(23)、積分器(24)、第一電阻應(yīng)變片(15)、第二電阻應(yīng)變片(16)、第三電阻應(yīng)變片(17)、第四電阻應(yīng)變片(18)、超動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀(22)和高速數(shù)據(jù)采集器(25)構(gòu)成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集控制單元，用于測(cè)量脈沖電容器組放電電流大小和材料的應(yīng)變率大小。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于電磁力加載的霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)設(shè)備控制系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有控制系統(tǒng)可靠性低的技術(shù)問題。技術(shù)方案是包括人機(jī)交互控制單元、電容量調(diào)節(jié)控制單元、加載方式控制單元、放電線圈溫度控制單元、電容充電控制單元、電容放電控制單元、泄流控制單元、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集控制單元和安全控制單元。所述人機(jī)交互控制單元用于控制實(shí)驗(yàn)過程；所述電容量調(diào)節(jié)控制單元和加載方式控制單元分別用于調(diào)節(jié)電容量和選擇不同的加載方式；所述電容充電控制單元、電容放電控制單元、泄流控制單元分別用于控制應(yīng)力波脈沖幅值、產(chǎn)生應(yīng)力波脈沖、電容器組泄流；所述安全控制單元用于保證實(shí)驗(yàn)人員的生命安全。與【背景技術(shù)】相比較，提高了控制系統(tǒng)的可靠性。
【IPC分類】G05B19-042, G01N3-317
【公開號(hào)】CN104678853
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510050378
【發(fā)明人】曹增強(qiáng), 韓超眾, 楊柳, 左楊杰, 王杰, 臧傳奇
【申請(qǐng)人】西北工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年1月30日