電器行業(yè)中的冰箱、洗衣機要做一些測試, 例如老化、抗疲勞、抗碰撞等試驗, 這些試驗在國家標(biāo)準(zhǔn)中都有明確的指標(biāo)規(guī)定。碰撞試驗中, 被測產(chǎn)品被固定于一快速行進的載體上, 當(dāng)運行到規(guī)定的速度范圍時, 載體與碰撞體相撞, 此后再將被測產(chǎn)品通電使用, 檢測相撞沖擊對產(chǎn)品正常使用是否有所影響。碰撞試驗過程見圖1, 將裝有滾輪的載體( 裝有被測產(chǎn)品) 置于可調(diào)傾角的斜面上,由初始位置滾動一段位移后與碰撞體相撞, 傾角不同, 最終達到的速度也不相同, 這些速度應(yīng)與規(guī)定的速度范圍相對應(yīng)。要達到規(guī)定的速度范圍通常是通過調(diào)整斜面的傾角 (可方便調(diào)整) 實現(xiàn), 而其速度可由下式算得。因 s=0.5 at2; a=gsinθ; 故;式中: s 為位移; a 為加速度;g 為重力加速度; θ為傾角。這樣算得的速度忽略了摩擦力及其它阻力的影響; 在位移既定時, 速度只與傾角有關(guān)。實際上, 摩擦力對速度影響是很大的, 用上式算出的速度誤差也很大。怎樣精確得到速度值, 并與規(guī)定的速度范圍相對應(yīng), 廠方設(shè)想了許多方法, 但是這些方法不是造價高, 就是誤差大, 不夠理想。因此亟待研究一種實現(xiàn)所述碰撞速度進行現(xiàn)場實時測量的儀器。

2 方案設(shè)計

根據(jù)現(xiàn)有速度測定方法的不足, 采用微分原理, 設(shè)計出了一種斜面碰撞試驗中能準(zhǔn)確獲得碰撞載體速度的儀器, 并且操作方便、控制易行, 還能實時打印。

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖2 示出測試儀器的組成。在碰撞試驗斜面的特定位置, 固定一對紅外發(fā)光管和接收管, 一直處于感應(yīng)狀態(tài), 而在被測產(chǎn)品載體的相應(yīng)位置裝上一個寬度 L的窄條( 可阻擋紅外線透過); 調(diào)整紅外發(fā)光管和接收管位置調(diào)整結(jié)構(gòu)、窄條調(diào)整裝置, 使得當(dāng)載體由初始位置運行至距碰撞體 L 遠時, 窄條阻擋紅外發(fā)光管, 數(shù)據(jù)采集處理模塊采集信號, 儀器開始計時; 而當(dāng)載體即將與碰撞體接觸時, 窄條脫離紅外發(fā)光管發(fā)射的光束,紅外發(fā)光管和接收管又處于感應(yīng)狀態(tài), 數(shù)據(jù)采集處理模塊再次采集信號, 計時結(jié)束。根據(jù)信號的不同, 系統(tǒng)啟動軟件模型進行處理, 也就是說載體與碰撞體接觸時, 運行 L 位移所用的時間 T 可以獲得。根據(jù)公式: V=L/T。其中, V 為平均速度。這段距離的平均速度也可求得。如果窄條足夠窄, 該平均速度理論上等于載體與碰撞體接觸時的速度。系統(tǒng)能將速度及日期、時間傳送給顯示裝置和打印裝置, 就可進行實時顯示、打印。

2.2 電路設(shè)計

紅外接收管的輸出是一個脈沖信號, 經(jīng)光隔去干擾后, 由驅(qū)動電路將信號提供給 8031 單片機的中斷口, 中斷響應(yīng)后, CPU 執(zhí)行中斷服務(wù)程序, 用已建立的數(shù)學(xué)模型計算出載體與碰撞體接觸時的瞬時速度, 然后通過串行接口將數(shù)據(jù)傳送給顯示裝置, 實時顯示碰撞瞬間的時間與速度, 再通過并行接口將數(shù)據(jù)傳送給打印裝置, 實時打印碰撞瞬間的時間與速度, 其原理框圖見圖 3。

3 總結(jié)

本文中的速度測定儀器是專為電器行業(yè)做碰撞實驗而研制開發(fā)的一種儀器, 在做碰撞實驗時, 能夠?qū)崟r準(zhǔn)確測定運行載體碰撞時的瞬時速度, 并能實時顯示、打印。這種速度測定儀器為智能化儀器, 避免了忽略摩擦力和人工計算帶來的誤差, 提高了檢測效率和準(zhǔn)確度, 使測定數(shù)據(jù)更具有實效性和準(zhǔn)確性。解決了困擾電器廠家許久的問題, 巧妙地運用微分原理測定了運行載體碰撞時的瞬時速度, 且造價低、實用性強。