我公司近年為滿足巖土力學(xué)科研試驗(yàn)需要成功研制了采用最先進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的巖石三軸試驗(yàn)機(jī)。其測(cè)量系統(tǒng)采用了當(dāng)今最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)總線設(shè)計(jì)、連續(xù)全量程測(cè)量不分檔的交流測(cè)量系統(tǒng)，結(jié)合先進(jìn)的全數(shù)字閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)，可對(duì)軸壓、圍壓、孔隙水及變形測(cè)量實(shí)現(xiàn)高精度的伺服控制。圍壓系統(tǒng)采用了國(guó)際通用的具有自平衡結(jié)構(gòu)的裝夾試樣極為方便的壓力室，引伸計(jì)采用了國(guó)外先進(jìn)的可精確測(cè)量巖石多種試樣的，并可置于壓力室內(nèi)的可同時(shí)測(cè)試樣軸向徑向變形，可自動(dòng)求出彈性模量及泊松比多點(diǎn)引伸計(jì)。這些技術(shù)的采用使整機(jī)目前已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

一、       全數(shù)字式微機(jī)伺服測(cè)控系統(tǒng)

1.金力公司微機(jī)伺服測(cè)控系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)總線設(shè)計(jì)以P4工控機(jī)為內(nèi)核制造，遠(yuǎn)領(lǐng)先于國(guó)內(nèi)以單片機(jī)為內(nèi)核制造的同類產(chǎn)品：

金力公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的全數(shù)字式微機(jī)伺服測(cè)控系統(tǒng)是90年代未期研發(fā)成功的，在技術(shù)水平上已達(dá)到國(guó)外同類產(chǎn)品水平。該系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)總線設(shè)計(jì)，以光電隔離集成電路，放置于計(jì)算機(jī)內(nèi)，測(cè)量系統(tǒng)具有自動(dòng)調(diào)零、自動(dòng)標(biāo)定、真正實(shí)現(xiàn)了連續(xù)全量程測(cè)量不分檔，分辨率可達(dá)1/200000，采用構(gòu)思新穎的數(shù)字式脈沖調(diào)寬技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字式閉環(huán)的伺服控制?？蛇M(jìn)行等應(yīng)力、等應(yīng)變、等位移、恒應(yīng)力、恒應(yīng)變、恒位移控制，無(wú)級(jí)調(diào)速。在試驗(yàn)過(guò)程中，各種控制速率及控制方式在試驗(yàn)過(guò)程中可任意平滑切換。該測(cè)控軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，VC++語(yǔ)言編程，功能強(qiáng)大，用戶可自行編程，進(jìn)行正弦波、三角波、梯形波、低周循環(huán)及用戶自行設(shè)置的各種組合波形試驗(yàn)。該系統(tǒng)具有完善的硬件自檢功能，提示發(fā)生故障之處，無(wú)須現(xiàn)場(chǎng)維修，只須更換計(jì)算機(jī)內(nèi)相應(yīng)的功能卡既可，維護(hù)簡(jiǎn)單方便。

目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的以單片機(jī)為內(nèi)核制造的微機(jī)伺服測(cè)控系統(tǒng)是以70年代日本島津?yàn)榇淼漠a(chǎn)品。該產(chǎn)品由于以單片機(jī)為內(nèi)核制造分辨率較低，早期為實(shí)現(xiàn)較寬的測(cè)量范圍采用外部換擋方式，近年隨著電子器件的更新，采用內(nèi)部換擋方式，但由于仍然以單片機(jī)為內(nèi)核制造因此無(wú)輪運(yùn)算速度或控制精度、功能等都無(wú)法與以P4工控機(jī)為內(nèi)核制造的微機(jī)伺服測(cè)控系統(tǒng)相比，無(wú)法實(shí)現(xiàn)等應(yīng)力連續(xù)全程控制。

2.關(guān)于測(cè)量

目前試驗(yàn)機(jī)的測(cè)量系統(tǒng)有三種：

1)、分檔的測(cè)量系統(tǒng)：是分檔測(cè)量放大器。事先選擇好檔位，只能在此范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)量試驗(yàn),測(cè)量范圍比較小。如果對(duì)不了解的材料進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，選擇錯(cuò)了不能完成試驗(yàn)。該技術(shù)早在80年代初就已經(jīng)淘汰。

2)、內(nèi)部換檔的測(cè)量系統(tǒng)：表面上是連續(xù)測(cè)量不分檔，實(shí)際上是內(nèi)部分檔，自動(dòng)換檔的產(chǎn)品。一般是從最低檔開(kāi)始，在該檔測(cè)量范圍不夠時(shí)自動(dòng)換到上一檔，但在換檔瞬間電壓會(huì)出現(xiàn)階躍變化，產(chǎn)生測(cè)量突跳，由于電壓的瞬間階越變化，對(duì)于等應(yīng)力控制或等應(yīng)變控制來(lái)說(shuō)，會(huì)出現(xiàn)階段的震蕩的試驗(yàn)曲線，有些廠家將這一現(xiàn)象用軟件處理，不顯示在屏幕上。這一現(xiàn)象同時(shí)對(duì)伺服連續(xù)控制會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響控制效果和控制精度。為達(dá)到連續(xù)測(cè)量曲線效果，計(jì)算機(jī)顯示出的平滑曲線，是被人為處理后的不真實(shí)曲線，這樣的曲線無(wú)法真實(shí)反映試樣本身的特性,不能滿足試驗(yàn)法的要求。另外以單片機(jī)為內(nèi)核的控制精度最高才能達(dá)到3%，因此一般回避控制精度指標(biāo)，做不到真正的純閉環(huán)控制,是假閉環(huán)。

3)、連續(xù)測(cè)量不分檔的測(cè)量系統(tǒng)：一種是以金力公司產(chǎn)品為代表的采用進(jìn)口器件制造的測(cè)量系統(tǒng)和德國(guó)進(jìn)口的DoLi電箱，均采用交流放大器，真正實(shí)現(xiàn)連續(xù)測(cè)量不分檔，達(dá)到了1/200000測(cè)量分辨率。

3.關(guān)于控制

只有高精度連續(xù)測(cè)量，才能實(shí)現(xiàn)高精度的連續(xù)控制。目前由于真正的全量程連續(xù)測(cè)量的測(cè)量技術(shù)，多數(shù)廠家尚無(wú)能力解決，多數(shù)采用的內(nèi)部分檔、自動(dòng)換檔產(chǎn)品。而且有的廠家采用假閉環(huán)即開(kāi)環(huán)控制。不能實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)全過(guò)程的高速全自動(dòng)跟蹤反饋，只是計(jì)算機(jī)給定一個(gè)值，不管控制對(duì)象結(jié)果如何。因此無(wú)法保證全量程的控制精度，只能分段。對(duì)電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)來(lái)說(shuō)，由于是機(jī)械無(wú)間隙傳動(dòng)，因此等位移、等應(yīng)變控制影響不大，而對(duì)等應(yīng)力控制，對(duì)不均勻的材料來(lái)說(shuō)實(shí)在談不到控制精度這一問(wèn)題了。而對(duì)于電液伺服試驗(yàn)機(jī)來(lái)說(shuō)，由于各種閥及缸存在著內(nèi)泄,是非理想的執(zhí)行元件，因此各廠家就連控制精度都不能提出，因?yàn)殚_(kāi)環(huán)控制根本做不到。對(duì)于剛性材料在變形均勻時(shí)，稍好的控制精度能達(dá)到3%，而對(duì)于變形不均勻、力突然變化較大的材料，如水泥、混凝土塊及巖石等，控制精度就無(wú)法談了。而金力公司生產(chǎn)的是真正全數(shù)字式閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)，通過(guò)PID調(diào)節(jié)結(jié)合先進(jìn)的控制理論，實(shí)現(xiàn)了真正的計(jì)算機(jī)控制高速閉環(huán)反饋,實(shí)現(xiàn)了各種控制方式的無(wú)擾動(dòng)切換。整機(jī)由于采用的是高精度寬范圍的測(cè)量系統(tǒng)并配備有足夠鋼度的主機(jī)及液壓伺服系統(tǒng)，使得各種控制方式（等應(yīng)力、等應(yīng)變、等位移、恒應(yīng)力、恒應(yīng)變、恒位移）控制精度遠(yuǎn)優(yōu)于±0.5%設(shè)定值；無(wú)級(jí)調(diào)速,各種控制速度及控制方式可在試驗(yàn)過(guò)程中任意平滑切換；可自行設(shè)置控制參數(shù), 實(shí)現(xiàn)程序自動(dòng)運(yùn)行，可進(jìn)行三角波、正弦波、梯波等低周循環(huán)及用戶自行設(shè)計(jì)的各種組合波形試驗(yàn)。

4.關(guān)于交流放大和直流放大

國(guó)內(nèi)測(cè)量系統(tǒng)分交流放大和直流放大，國(guó)內(nèi)大多數(shù)廠家凡是以單片機(jī)為內(nèi)核制造的伺服控制系統(tǒng)全是采用直流放大器，其線性較好但零點(diǎn)漂移、溫度漂移及長(zhǎng)時(shí)漂移是直流放大器無(wú)法解決的技術(shù)難題。我公司測(cè)控系統(tǒng)采用交流放大，零點(diǎn)穩(wěn)定，因此特別適用于長(zhǎng)時(shí)加載試驗(yàn)及耐久試驗(yàn)，可適應(yīng)各種環(huán)境下試驗(yàn)。

二、關(guān)于圍壓(壓力室)系統(tǒng)

我公司壓力室采用國(guó)際通用的壓力自平衡結(jié)構(gòu)，可在試驗(yàn)過(guò)程中不因軸向變形的變化而保持圍壓的設(shè)定值不變，并配有供測(cè)量徑向變形和軸向變形的引線及二次儀表。

裝夾試樣采用下卡環(huán)式，裝卸試樣方便，具有電測(cè)引線接頭，可以引出16條電測(cè)線。適用試樣為：φ75×(150一200)φ50×(100一120)壓縮行程大于50mm。壓力室內(nèi)腔可放置采用進(jìn)口技術(shù)制造的可測(cè)巖石或混凝土試樣軸向、徑向變形多點(diǎn)引伸計(jì)使彈性模量及泊松比可在不同圍壓下測(cè)量。

三、關(guān)于巖石引伸計(jì)

我公司為滿足巖石或混凝土試樣在不同圍壓下測(cè)彈性模量及泊松比需要，采用進(jìn)口技術(shù)開(kāi)發(fā)了可滿足不同試樣尺寸的雙通道、八爪式巖石引伸計(jì)。可同時(shí)測(cè)量巖樣混凝土試樣軸向徑向變形并在測(cè)控系統(tǒng)增配了相應(yīng)通道。其簡(jiǎn)介如下：

JLB8型巖石引伸計(jì)：適用于在巖石三軸試驗(yàn)機(jī)壓力室中測(cè)量巖石在高壓油及高低溫環(huán)境下的軸向、徑向變形測(cè)量。適用巖樣為φ75×150mm、φ50×100mm及其它規(guī)格試樣。其軸向變形測(cè)量范圍：0一10mm、徑向變形測(cè)量范圍：0一5mm。使用溫度：常溫型：10一40℃、高溫型：10一200℃。測(cè)量精度：±0.5%FS。

四、關(guān)于VC++語(yǔ)言編程軟件

國(guó)內(nèi)采用單片機(jī)為內(nèi)核的測(cè)量控制系統(tǒng)和德國(guó)進(jìn)口的DoLi電箱測(cè)量控制系統(tǒng)基本采用VB語(yǔ)言編程，也有少數(shù)采用Delphi作管理程序。而我公司采用的是最適合試驗(yàn)機(jī)使用的功能強(qiáng)大的VC++語(yǔ)言編程軟件，加之我公司最近又首先采用便于擴(kuò)展功能的模塊化設(shè)計(jì)，使軟件可靠性、靈活性、實(shí)用性得到大大提升, 這種先進(jìn)軟件應(yīng)用到功能較多，數(shù)據(jù)采集操作復(fù)雜的三軸試驗(yàn)機(jī)顯得尤為重要。