[发明专利]一种中子原位力学加载系统

权利要求书

1.一种中子原位力学加载系统，其特征在于：所述的系统包括计算机（1）、主控制器单元（2）、执行驱动单元（3）、传感器反馈单元（4）和中子监视器（5），实验人员通过人机界面将拉伸压缩参数存储到计算机（1）上，计算机（1）将参数通过以太网线缆发送至主控制器单元（2），主控制器单元（2）将接收到的参数数据与实际参数加以逻辑计算后得到驱动参数，并将其通过现场总线下发至执行驱动单元（3），执行驱动单元（3）带动样品按命令速度、方向参数进行拉伸或压缩运动，同时，与样品机械相连的传感器反馈单元（4）将样品形变量、受力值转换为模拟信号，最后，该信号通过模拟量信号屏蔽线缆将反馈至主控制器单元（2）从而形成一主闭环系统，主控制器单元（2）将模拟信号转换为数字信号后上传至计算机（1）进行状态显示，加载完成后，主控制器单元（2）通过以太网线缆与中子监视器进行通信，获得测量中子个数，为满足中子原位实验的应用要求，实现力学加载装置的批自动处理功能，该主控制器周期执行以下步骤：

a)参数读取：通过与计算机通信接收拉伸压缩速度、样品长度、样品面积、加载阈值、拉伸压缩模式批参数、目标应力或应变批参数和单步测量中子个数参数信息批参数；

b)阈值加载：根据速度参数和加载阈值参数，通过现场总线向执行驱动单元下达运动速度、方向命令，然后周期采集力传感器反馈的当前力值信息，然后与加载阈值比较，直到相等后控制执行驱动单元停止运动，并将当前样品形变量值修正为零；阈值加载的目的是使样品处于紧绷状态，有效地消除由于夹具、齿轮等因素带来样品松弛而产生的应变测量误差；

c)数据采集：周期采集传感器单元的输出信号，使用去极值滤波和移动平均滤波的复合算法对测量数据进行数据处理；检测当前力值、当前形变量是否超限时，一旦检测到超限情况，则触发拉伸或压缩方向保护动作，不再执行样品拉伸或压缩的操作命令，同时向计算机发送报警信息；

d)单步加载运行：首先判断该步的运行模式，若运行模式选择应力模式，根据样品面积和目标应力参数计算目标力值；若选择应变模式，根据样品长度和目标应变参数计算目标形变量值，进一步与当前力值或当前形变量比较，若前者大于后者则控制执行驱动单元进行拉伸运动，否则控制其进行压缩运动，然后周期采集传感器反馈单元的力值或形变量信息，并与目标值比较，直到相等后控制执行驱动单元停止运动；

e)步间切换：与中子监视器进行周期性通信，获得实时测量中子个数，并与该步的目标测量中子参数进行比较，直到两者相等或前者大于后者时，重复跳转到步骤c）进行下一步测量。

2.根据权利要求1所述的中子原位力学加载系统，其特征在于：计算机采用西门子的WINCC软件设计人机控制界面，控制界面包括启动拉伸、返回、停止、应力设置、应变设置按钮，速度设置、应力设置、应变设置、样品长度、样品横截面积输入输出文本控件，实时速度、应力、应变显示文本框和应力应变在线趋势窗口。

3.根据权利要求1所述中子原位力学加载系统，其特征在于：主控制器单元（2）包括PLC CPU模块（21）、PLC模拟量输入模块（22）、以太网模块（23）、现场通信模块（24），CPU模块（21）分别与后三者两两连接；驱动执行单元（3）主要包括伺服驱动器（31）、伺服电机（32）和高精度编码器（33），伺服驱动器（31）通过动力线电缆与伺服电机（32）相连，伺服电机（32）与编码器（33）机械连接，最后编码器再通过数据线与驱动器（31）相连形成一子闭环系统；传感器反馈单元（4）包括力传感器（41）和引伸计（42），分别用于测量受力和样品形变量的测量。