單片機(jī)單板層積材抗彎強(qiáng)度應(yīng)力波波速檢測(cè)系統(tǒng)

1、基于單片機(jī)的單板層積材抗彎強(qiáng)度應(yīng)力波波速檢測(cè)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(kāi)發(fā)的單板層積材成力波彈性模量檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)以單片機(jī)為數(shù)據(jù)赴理核心，通過(guò)在線檢測(cè)威力波的波速及相關(guān)參數(shù)來(lái)計(jì)算單板層積材的動(dòng)態(tài)彈性模量和抗彎強(qiáng)度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)單板晨衩麓強(qiáng)度銹分等。文中討論了系統(tǒng)戇檢測(cè)原理，給蟲(chóng)了典體蟪硬件實(shí)現(xiàn)電路、軟件設(shè)磚，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；成力波；單板層積材；抗彎強(qiáng)度中圈分類(lèi)

2、號(hào)；ＴＳ６５３文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ文章編號(hào)：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！ｌａｍｉｎａｔｅｄｖｅｎｅｅｒｌｕｍｂｅｒ；ｂｅｎｄｉｎｇｓｔｒｅｎｇｔｈ人造板力

5、學(xué)蛙能無(wú)攢檢測(cè)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(cè)，因此，構(gòu)建一種在線的、具有高精度的無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)是一項(xiàng)具有理論翻爽際意義的王佟。本文研究開(kāi)發(fā)了一種基于單片機(jī)的單板層積材強(qiáng)度應(yīng)力波波速梭測(cè)系統(tǒng)，并把它應(yīng)用予往線強(qiáng)度檢測(cè)。該系統(tǒng)霹以在線耩確｛餮ｌ量志秀波濤播靜時(shí)聞，鑫動(dòng)計(jì)算顯示應(yīng)力波波速，進(jìn)而計(jì)算單板層積材的彈性模量（ＭＯＥ），根據(jù)彈性模塞與抗鸞強(qiáng)度（ＭＯＲ）的相關(guān)關(guān)系得勢(shì)單扳屢積材的強(qiáng)度，依據(jù)強(qiáng)度指標(biāo)實(shí)現(xiàn)對(duì)單

6、板層積材的強(qiáng)度分等，達(dá)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(cè)法的基本原理與方法１１檢測(cè)原理應(yīng)力波檢測(cè)木材強(qiáng)度的原理為用脈沖錘敲擊被測(cè)寒材樣本，在樣本肉郄產(chǎn)生瘦力渡，根據(jù)應(yīng)力渡通過(guò)被測(cè)材料的速度ｖ與被測(cè)材料密魔Ｐ，建立材料抗彎彈性模量Ｅ，的計(jì)算方程如下：‘羧壤舀期：２００７－１１－２５俸蠢簡(jiǎn)介：肖江（１９５扣）。女，粼教授?；另?xiàng)目：國(guó)家林業(yè)局。９４８”項(xiàng)目資助（２００４－４１）。ｖ—應(yīng)力波通過(guò)木材的速度ｐ一被測(cè)材料密度單板

7、層積材應(yīng)力波波速檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)原理如圖１所示：圖２時(shí)間測(cè)定原理圖脈沖錘圍１應(yīng)力波時(shí)問(wèn)測(cè)試法１２檢測(cè)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(lái)檢測(cè)發(fā)送與接收的應(yīng)力波ｆ言號(hào)。輸送線以１５ｍ／ｍ／ｎ的速度運(yùn)行’經(jīng)過(guò)檢測(cè)裝置時(shí)，—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(hào)；傳感器的信號(hào)通過(guò)調(diào)理放大處理后＇檢測(cè)比較兩路應(yīng)力波的首波峰值，分別作期柑單元的＿開(kāi)女釅與鈷束”信號(hào)傳到計(jì)數(shù)單元。即當(dāng)Ａ路沖擊應(yīng)

8、力波產(chǎn)生時(shí)＇首波達(dá)到峰值，由門(mén)電路乖口Ｄ觸發(fā)器發(fā)出高電平“Ｉ”信黽計(jì)數(shù)單元開(kāi)始工作，當(dāng)Ｂ路傳感器接收到應(yīng)力波并經(jīng)峰值檢測(cè)電路檢測(cè)到首波峰值時(shí)，Ｄ觸發(fā)器控制電路發(fā)出低電平”０”信號(hào)，計(jì)數(shù)單元停止工作，如圖２所示。計(jì)數(shù)脈沖值從Ｉ／１踢苗道傳送塋憚片機(jī)，將｛千數(shù)脈沖轉(zhuǎn)換成時(shí)間，求取平均值，再根據(jù)板材的寬度計(jì)算出應(yīng)力波傳送的波速，通過(guò)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(jì)數(shù)脈沖，每個(gè)計(jì)數(shù)脈沖周期為ｌ刪ＨＺ約為２５：ｒ】ｓ。

9、２檢測(cè)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)檢測(cè)系統(tǒng)的主控單元選用美國(guó)刪ＥＬ公司生產(chǎn)的的ＣＭＯＳ８位單片機(jī)ＡＴ８９Ｓ５１，工作頻率為３３ＭＨｚ。單片機(jī)片內(nèi)含４ＫＢｙｔｅ的可系統(tǒng)編程的Ｆ１ａｓｈ只讀程序存儲(chǔ)器。單片機(jī)是測(cè)量控制中的核心部件，通過(guò)它來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)測(cè)量過(guò)程的控制，包括對(duì)計(jì)數(shù)值的讀取、單板層積材寬度的鍵盤(pán)輸入、對(duì)電路的復(fù)位、與工控機(jī)通信以及波速的顯示等。圈３檢測(cè)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖２１傳感器信號(hào)的調(diào)理為了提高檢測(cè)精度，要將兩傳感器信號(hào)進(jìn)行調(diào)理（放大、衰減等），

10、使得發(fā)射和接收端信號(hào)幅度基本相同。２１１Ａ傳感器信號(hào)調(diào)理由于Ａ傳感器靈敏度較低，輸出信號(hào)較微弱，故需對(duì)共進(jìn)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(yùn)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(shí)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(cè)系統(tǒng)硬件由傳感器，應(yīng)力波峰值檢測(cè)電路、邏輯２１２Ｂ傳感器