單片機單板層積材抗彎強度應(yīng)力波波速檢測系統(tǒng)

1、基于單片機的單板層積材抗彎強度應(yīng)力波波速檢測系統(tǒng)肖江，楊建華，李黎（北京林業(yè)大學(xué)工學(xué)院，北京１０００８３）摘要：介紹了一種自主開發(fā)的單板層積材成力波彈性模量檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)以單片機為數(shù)據(jù)赴理核心，通過在線檢測威力波的波速及相關(guān)參數(shù)來計算單板層積材的動態(tài)彈性模量和抗彎強度，進而實現(xiàn)單板晨衩麓強度銹分等。文中討論了系統(tǒng)戇檢測原理，給蟲了典體蟪硬件實現(xiàn)電路、軟件設(shè)磚，并對系統(tǒng)進行了實驗驗證。關(guān)鍵詞：單片機；成力波；單板層積材；抗彎強度中圈分類

2、號；ＴＳ６５３文獻標(biāo)識碼：Ａ文章編號：１００１－０３ｓｘ（２００８）ｏｌ－－０００１－－０５Ｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍｏｆｓｔｒｅｓｓｗａｖｅｖｅｌｏｃｉｔｙｆｏｒｌａｍｉｎａｔｅｄｖ，ｅｎｅｅｒｌｕｍｂｅｒｂｅｎｄｉｎｇｓｔｒｅｎｇｔｈｂａｓｅｄｏｎｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐＸＩＡＯＪｉａｎｇ，ＹＡＮＧＪｉａｎ—ｈｕａ，ＬＩＬｉ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＢｅｉｊｉｎｇＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎ

3、ｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｔａｋｅｓｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐａｎｄｏ氆ｅｆ拶哦啦懶ｏｆｓｔｒｅｓｓｗａｖｅｔｏｗｏｒｋｏｕｔｔｈｅａｓｔｈｅｃｏｒｅｏｆｄａｔａｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｂｙｏｎ—ｌｉｎｅｄｅｔｅｃｔｉｎｇｔｈｅｗａｖｅｓｐｅｅｄｖｅｎｅｅｒａｎｄｔｈｅｂｅｎｄｉｎｇ曲嘣喀ｌｌｌｓｏａｓｔｏｒｅａｌｉｚｉｎｇｔｈｅｓｔｒｅｓｓｒａｔｉｎｇｏｆｌａｍｉｎａｔｅｄｖｆｆｔｑｏｏｒ

4、ｌｕｍｂｅｒＩｎｔｈｅａｒｔｉｃｌｅ，ｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｉｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ｔｈｅｓｐｅｃｉｆｉｃｈａｒｄｗａｒｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｓｉｇｎｉｎｇａｒｅｇｉｖｅｎａｎｄｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｐｒｏｖｅｄｂｙｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ。Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐ，ｓｔｒｅｓｓｗａｖｅ?。欤幔恚椋睿幔簦澹洌觯澹睿澹澹颍欤酰恚猓澹?；ｂｅｎｄｉｎｇｓｔｒｅｎｇｔｈ人造板力

5、學(xué)蛙能無攢檢測技術(shù)中的應(yīng)力波波速法己獲得了廣泛的應(yīng)用，但是并未覓廢用于在線檢測，因此，構(gòu)建一種在線的、具有高精度的無損檢測系統(tǒng)是一項具有理論翻爽際意義的王佟。本文研究開發(fā)了一種基于單片機的單板層積材強度應(yīng)力波波速梭測系統(tǒng)，并把它應(yīng)用予往線強度檢測。該系統(tǒng)霹以在線耩確｛餮ｌ量志秀波濤播靜時聞，鑫動計算顯示應(yīng)力波波速，進而計算單板層積材的彈性模量（ＭＯＥ），根據(jù)彈性模塞與抗鸞強度（ＭＯＲ）的相關(guān)關(guān)系得勢單扳屢積材的強度，依據(jù)強度指標(biāo)實現(xiàn)對單

6、板層積材的強度分等，達到合理利用木材提高木材利用率的豳的。｛應(yīng)力波波速檢測法的基本原理與方法１１檢測原理應(yīng)力波檢測木材強度的原理為用脈沖錘敲擊被測寒材樣本，在樣本肉郄產(chǎn)生瘦力渡，根據(jù)應(yīng)力渡通過被測材料的速度ｖ與被測材料密魔Ｐ，建立材料抗彎彈性模量Ｅ，的計算方程如下：‘羧壤舀期：２００７－１１－２５俸蠢簡介：肖江（１９５扣）。女，粼教授?；另椖浚簢伊謽I(yè)局。９４８”項目資助（２００４－４１）。ｖ—應(yīng)力波通過木材的速度ｐ一被測材料密度單板

7、層積材應(yīng)力波波速檢測系統(tǒng)的檢測原理如圖１所示：圖２時間測定原理圖脈沖錘圍１應(yīng)力波時問測試法１２檢測方法在單板層積材輸送線兩側(cè)設(shè)置的高靈敏度壓電式加速度傳感器，分別用來檢測發(fā)送與接收的應(yīng)力波ｆ言號。輸送線以１５ｍ／ｍ／ｎ的速度運行’經(jīng)過檢測裝置時，—側(cè)的打擊裝置敲擊單板層積材發(fā)出沖擊應(yīng)力波，另一側(cè)的傳感器接受信號；傳感器的信號通過調(diào)理放大處理后＇檢測比較兩路應(yīng)力波的首波峰值，分別作期柑單元的＿開女釅與鈷束”信號傳到計數(shù)單元。即當(dāng)Ａ路沖擊應(yīng)

8、力波產(chǎn)生時＇首波達到峰值，由門電路乖口Ｄ觸發(fā)器發(fā)出高電平“Ｉ”信黽計數(shù)單元開始工作，當(dāng)Ｂ路傳感器接收到應(yīng)力波并經(jīng)峰值檢測電路檢測到首波峰值時，Ｄ觸發(fā)器控制電路發(fā)出低電平”０”信號，計數(shù)單元停止工作，如圖２所示。計數(shù)脈沖值從Ｉ／１踢苗道傳送塋憚片機，將｛千數(shù)脈沖轉(zhuǎn)換成時間，求取平均值，再根據(jù)板材的寬度計算出應(yīng)力波傳送的波速，通過四位ＬＥＤ顯示出應(yīng)力波的波速。本系統(tǒng)選用４０ＭＨＺ晶振產(chǎn)生計數(shù)脈沖，每個計數(shù)脈沖周期為ｌ刪ＨＺ約為２５：ｒ】ｓ。

9、２檢測系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)檢測系統(tǒng)的主控單元選用美國刪ＥＬ公司生產(chǎn)的的ＣＭＯＳ８位單片機ＡＴ８９Ｓ５１，工作頻率為３３ＭＨｚ。單片機片內(nèi)含４ＫＢｙｔｅ的可系統(tǒng)編程的Ｆ１ａｓｈ只讀程序存儲器。單片機是測量控制中的核心部件，通過它來實現(xiàn)對整個測量過程的控制，包括對計數(shù)值的讀取、單板層積材寬度的鍵盤輸入、對電路的復(fù)位、與工控機通信以及波速的顯示等。圈３檢測系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖２１傳感器信號的調(diào)理為了提高檢測精度，要將兩傳感器信號進行調(diào)理（放大、衰減等），

10、使得發(fā)射和接收端信號幅度基本相同。２１１Ａ傳感器信號調(diào)理由于Ａ傳感器靈敏度較低，輸出信號較微弱，故需對共進行放大，具體電路如圖４所示：＾傳靠圖４Ａ傳感器的調(diào)理電路放大電路由Ｒ４、Ｒ５、ＲＷ２以及運算放大器Ａ１組成，放大倍數(shù)為：Ｒ４５Ｋ５其中Ｃ１起隔直通交作用。Ｃ２起濾波作用，同時由Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、ＲＷｌ和ＤＲｌ（３Ｖ穩(wěn)壓管）組成直流偏置電路，為后續(xù)電路的穩(wěn)定提供直流偏置電壓。檢測系統(tǒng)硬件由傳感器，應(yīng)力波峰值檢測電路、邏輯２１２Ｂ傳感器