长期以来，试验机作为很重要的一类科学仪器，被广 泛地应用于冶金、建筑、航天、航空、机械、交通、国防 军工、水利、电力、石油、化工、轻工、纺织等行业的国 家重点实验室、工业实验室、计量室、质检机构和制造业 的生产线及各类工程现场。

万能材料试验机(以下简称材料试验机)是生产行业、科研单位和各级质检部门在各类材料的质量检 验、科学研究中最重要的检测设备之一。在国外，经 过近 60 年的发展，材料试验机的机械传动单元已经 从单悬臂传动转向了双悬臂传动；测控系统由最初的 继电控制转为微机控制；驱动系统也逐步由变频驱动 升级为伺服驱动，从而保证了材料试验机在测试数 据的精度、机械传动的灵活性及驱动的精准度方面都 得到了极大的提高。国内材料试验机的技术水平也 有较大提高，但在诸如测控系统等关键技术方面与欧 美国家仍有较大的差距；同时，材料试验机一直是欧 美对我国尖端科研课题限制出口的产品。而国内现 有的材料试验机产品从检测精度等方面还不能达到 某些材料的精度要求。

随着新材料的不断涌现和微电子技术的飞速发展，对于材料测试在数据处理、控制方法和设备集成 度等方面也提出了更高的要求，国内现有的材料试验 机变频测控系统已不能满足广大用户的测试需求，迫 切要求试验机测控系统向数字化、智能化、集成化方 面迈进。测控系统性能的优劣是决定材料试验机性 能的关键因素，因而高品质的材料试验机测控系统对 材料科学的发展、工业产品和工程结构的合理设计等 方面都具有重要的作用。

电子式万能试验的结构主要由底座、工作台、立柱、丝杠、横梁组成。其 中移动横梁下部安装有钳口，用于夹持试验。使用不同夹 头，可以做不同试验。上横梁与立柱相连构成刚性结构， 十分稳固。 现有的万能试验机测控软件部分采用嵌入式屏显，操作不易，响应速度慢；而微机式试验机中相当部分的软件对标 准支持不好或者不能由用户自定制试验方法，缺少灵活性。

电子万能材料试验机的硬件由机械本体 、伺服控制器和电机以及计算机组成 ， 其他附件有载荷传感器变形传感器 、编码器 、模数转换器 、打 印机等。通过试验机 的机械本体来给试样施加载荷，载荷传感器固定在上夹头，用来测量试样上所受 的载荷。通常变形传感器采用应变式引伸仪，用以测量试样的变形 ， 对于橡胶等材料的大变形试验，则采用大变形传感器（变形跟踪器和编码器） 来测量变形量 。加载时，载荷传感器和引伸计（或大变形传感器）分别把载荷 和变形转化为电信号，放大后经过信号调理 、模数转换后，送入计算机，进行数据处理和图形显示。

电子万能试验机作为一种精密测试仪器，需要测量或控制力、变形、位移、横梁速度等多种参量。在硬件方面，根据不同测控单元与计算机的数据传输有A/D转换、GPIB总线、RS232等多种方式；在软件方面，由于实验方式的不同和用户要求的多样性，需要对实验程序进行不断的改进和完善。基于以上两点，如果按传统的分析、设计编码、测试和维护的开发方式，存在着工作没有继承性、开发周期长。设计过程的错误不易发现等问题。采用虚拟仪器和面向对象编程技术，建立柔性测试系统，实现数据和方法的封装并创建可重用代码，可有效地解决上述问题。

试验机的控制系统分为三个层次: 最底层为直接 的硬件控制; 接着是下位机,即一个单片机对试验机的 控制; 最上面是 PC 机对下位机的控制。本设计是位 于最上面层次的,在 PC 机的 Windows 操作系统下,应 用虚拟仪器的思想, 采用面向对象的编程技术, 以 Visual C 6. 0作为编程平台,进行程序开发和设 计(采用了 Windows XP 的界面分格)。系统总体上可 以分为以下四大模块,下面介绍主要模块的一些具体 的实现方法和过程。

数据采集模块包括整个实验的主界面的显示; 界面上各 个主要功能按钮的显示与操作代码,这些按是整个实 验的主控制按钮,通过它们来与用户进行交流和互动 控制,从而灵活地完成试验; 实验曲线动态显示子模 块,这一模块可以动态的显示实验曲线并且当曲线超 出显示范围时可以自动放大显示范围; 横梁的控制与 横梁的状态显示子模块,通过该模块对实验机横梁进 行运动的控制; 速度控制和显示子模块,通过该模块可 以以多种方式对横梁的运动速度进行控制和调节。在 该模块和下一模块中都采用了按钮和窗口来进行程序 的具体实现,使得实验界面简洁明了、文图并貌,学生 可以快速地掌握程序系统的使用。

在实验开始以后,系统会自动保存试验的所有原 始数据到一个大的四维数组中,该模块直接调用数组 中的试验数据根据具体选定的显示曲线类型来计算横 纵坐标的值,然后自动显示在显示窗口中; 该模块在切 换到结果处理界面的时候就自动进行了对结果值(弹 性模量、上屈服强度、下屈服强度、极限载荷值等)的自 动计算,保存计算结果数据在对应的变量中,等待显示 调用,弹性模量的计算是用最小二乘法对弹性段的数据点进行数据拟合而得出来的; 实验曲线的调整显示 通过在显示的横纵坐标上添加 8 个调节因子而实现对 实验曲线的显示调节; 实验曲线显示类型的选择通过 调用保存数组不同数据的调用来显示不同的曲线类 型; 实验曲线及实验报告的打印输出通过对用户录入 的打印信息直接操纵打印机来打印用户想要的实验报 告。

参考文献

Instron6027电子万能材料试验机多用功能的开发研究_许拴柱