高速率测试巨大的挑战在于要在精确的时刻及时收集完整且准确的数据,在这个过程中又不会收集过多数据。测试中最有趣的部分发生在几厘米的 位移和几毫秒的时间内,有三种方法可以优化数据收集。
1. 首先触发数据采集
首先,在高速率作动缸运动之前启动数据采集,收集适当的数据。对于仅持续几毫秒的测试,通常在作动缸运动前 10 毫秒或 100 毫秒触发数据采集就足够了。
在大多数高速率系统中,数据采集系统和液压运动系统在触发输入后会具有 不同的延迟。一般来说,液压系统比数据采集系统具有更长延迟,或者可以配置 为具有更长延迟。这种设置确保了如果使用 单个触发器启动多个系统(数据和运动控制),则数据采集系统在作动缸开始移动之前能够运行 ,并准备好收集有意义的数据。
当测试人员想要从 传感器(如应变片、压电式载荷垫片或加速度计)收集电子数据,以及从 高速摄影机收集视觉数据时,情况就会变得更加复杂。在这种情况下,不同子系统的时间延迟可能不 同。尽管这种不一致性会导致分析更加困难,但关键还是在于所有数据 采集都必须在作动缸运动之前开始。所有数据采集是否 同时开始并不重要。
2. 同步子系统数据收集
大多数高速率系统会使用多个具有不同延迟的数据采集子系统,即使 同时触发。许多系统都有复杂的数据信号调理和传感器, 可能会引入延迟,因此,即使所有信号都在同一时刻触发,来自 一个传感器的信号与来自另一个传感器的信号相比也会延迟。
是否在完全相同的时刻启动所有信号并不重要,但必须有能力转移信号,以便在同一时刻对不同信号生成值。有些研究人员会试图根据系统的初始运动来同步信号。当位移开始改变,或载荷开始改变时,所有其他信号都会同步到此时钟时间。遗憾的是,大多数系统并没有与测试样件刚性耦合。这种松耦合(或松接头)允许作动缸在向样件施加力之前达到期望的或最大测试速度。在这种情况下,作动缸能够在样件上有任何显著载荷之前很长时间就开始移动。
在较高的应变速率下,由于作动缸的运动会加速载荷传感器,从而产生虚拟载荷,因此很难使用系统载荷传感器进行同步。为了尽量减少这些惯性载荷的发生,有些研究人员会根据样件刚度和适当放置的应变片来估计载荷,然后使用这些数据进行同步。
另一些研究人员则试图根据明显的事件(如失效)来同步信号,但也存在许多同样的问题。当子系统以不同的速率获取数据时,情况将变得更加复杂。一种常见的情况是当以 1kHz 频率拍照的高速摄像机与以 20kHz 频率采集数据的数据采集系统一起使用。一张照片会与 20 个或以上离散数据点进行有效关联。如果这些值变化很大,即使照片的时间分辨率仅 1 毫秒,也很难确定照片的确切拍摄点。
有些优质实践会围绕着在进行实际测试之前描述系统特性, 并与多个数据采集设备共享单个信号以简化同步的方式解决这一问题。 有些信号使用摄像机和光电池都能看到的灯光 (LED) 使得更加容易同步 。当测试协议要求用多个数据 采集系统监测单个事件时,这种单一信号能够使得多个系统更加容易同步。
3. 隔离相关数据
高速率测试中并非获得的所有数据都是有意义的。作动缸运动之前收集的位移数据尽管 可能对基线计算有用,但这些数据在更多情况下通常是 无用的。接触样件之前产生的力传感器数据通常 具有误导性,但确实表明,必须针对传感器 加速度修正测量结果。另一个外来数据来源出现在样件失效后,特别是在 拉伸测试中,当系统中的应变能释放时,随着载荷传感器“响”起, 压力波会影响到载荷传感器。这种虚假的载荷数据是传感器 加速的产物,容易使数据难以理解,并经常使新研究人员感到困惑。
如前所述,有时需要及时转移一些信号,以同步 多个传感器信号,或来自每个单独数据采集子系统的信号。通常一个 单一信号可以用来为多个系统提供“时间戳”。如有必要,优秀的高速率系统 供应商会提供相互独立的信号转移工具。
在持续几毫秒的测试中,通常会产生几百毫秒的数据。有了这些额外的数据,可能难以找到相关数据。经验丰富的高速率解决方案提供商会设计机制,通过确保较小的数据集,以及提供工具,使研究人员能够删除冲击前和样件失效后获取的数据,从而更容易找到相关数据。这些供应商通过密切关注信号调理中的相位延迟,并启用单一信号时间戳来帮助很大限度减轻同步工作。这些工具极大提高了研究人员对高速率数据进行分析和数据缩减时的工作效率。