基于称重传感器的木材蠕变仪的研制.pdf

2014年第8期总第152期 SILICON VALLEY 基于称重传感器的木材蠕变仪的研制 杨 勇，马玉媛，侯庭瑞 （北京林业大学，北京 100083） 摘 要 为研究木材在水分吸着过程中的蠕变特性以及其蠕变的影响因素，研制出可施加一定范围内的恒力的木材蠕 变仪。该仪器采用 5 相步进电机作动力；精密称重传感器作为测力敏感元件；红外激光位移传感器作蠕变测量元件； 通过 RS232 串口线与电脑（PC 机）配合使用。它具有改变、显示施力大小、保存木材蠕变数据、可拆卸功能，并且操 作简便，适用于需要施加一定范围内的恒力的木材机械吸湿蠕变实验。 关键词 称重传感器；步进电机；蠕变 中图分类号：TH715 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）08-0031-02 自 1961 年，Armstrong 等提出了木材所具有的这种特殊的 两个圆柱；木材支撑点支撑木材的两边，实现样品的固定；两 机械吸湿蠕变性质后，许多科学家又从不同角度对木材的机械 个激光传感器在木材样品的上下两端，下方的激光传感器用于 吸湿蠕变现象做出了解释。研制装置并进行试验来进一步解释 检测木材下表面的位移量，进而转化成木材蠕变量，上方的激 其本质 ，一方面完善了木材科学理论，另一方面将促进产生新 光传感器通过同时测量木材上表面位移，来消除木材本身形变 的木材工艺技术 [1]。 带来的误差。 然而目前应用于木材机械吸湿蠕变实验的施力系统主要是 试验开始时，传感器将称重支架提供的初始值转化成电压 通过人工手动施力来完成，无法实现自动检测控制。本文旨在 信号给单片机，经过放大后并通过 A/D 转换成数字信号传送给 研制一种配合恒温恒湿箱使用的、实现可程式施、卸载、自动 单片机 ，同时用户将目标力输入单片机，于是单片机将首先比 测量、控制的木材蠕变测定仪。 较初始值与目标力间的差值大小，然后控制步进电机向下施力， 1 木材吸湿蠕变仪测量原理 传感器随时捕捉力的变化，在向样品施力的过程中，系统不断 比较施力的大小和初始值与目标值差的大小，做出相应的判断 在传统的测试蠕变的装置中，施力通常选用固定荷重，而 来控制5相步进电机的上下运动，从而改变圆柱体对木材的施力， 在现装置中，我们依靠传感器与单片机、步进电机的交互实现 如果达到目标力，则使步进电机停止运动，如果步进电机具有 了力的变化，用户可以随意设置力的大小。 惯性 ，施力大于目标力的大小，系统依然可以进行判断并使步 木材机械吸湿蠕变仪测量原理如图 1 所示，根据试验要求， 进电机向上运动，直到最终满足目标力后，步进电机完全静止， 步进电机被固定在试验箱的内壁；称重传感器的一端由螺丝固 完成一次施力过程，在施力完成后，两个红外传感器时刻检测 定在步进电机上；整个称重支架再由螺丝固定在传感器上，并 木材吸湿蠕变的大小。 以此给传感器一个初始值，这个初始值大于所期望施加的力的 大小，例如，给木材最大所要施加的力为 5 N，那么步进电机开 2 硬件系统设计 始工作向下运动给样品施力时，样品同时给传感器反作用力，