推拉力计测量过程图形化记录方法研究论文

　　论文摘要：针对推拉力计测量过程图形化显示提出了一种测试过程数据曲线生成方法，通过对测量力值定时取值形成曲线一般点，对连续采集的三次测量力值相互比较形成曲线的波峰和波谷点。该测量过程数据曲线生成方法能准确反映整个测量过程的力值变化，使得测力过程直观、便捷，测试结果真实可靠。

　　论文关键词：测量过程,图形化,推拉力计

　　前言

　　推拉力计是为轻工产品主要技术性能指标定量测试之用的测力计，当前的主要类型有指针式、数字显示式测力仪。随着现代数据可视化技术的发展和广泛应用，测试过程图形显示的测力仪由于测试过程的直观、准确等优点即将取代传统测力仪，图显式测力仪的主要技术问题便是力值曲线的生成问题，测力值曲线生成技术还未见文献报道，传统的曲线生成技术由于生成效率问题或不能准确反映测量过程等问题而不能适合图显式测力仪，为此，本文提出了一套测力值曲线生成算法，包括定时测量力值法、定时取值描点法、附加描点法，该算法绘制的测力值曲线能准确反映整个测量过程的力值变化，测试记录图匀速性好。

　　1测力值曲线生成算法

　　1.1算法概述

　　测量力值法

　　设力值测量时间间隔△t，一次测试时间为t，则从时间值0开始，每隔△t采集一次测力值，由表示，并按时间顺序保存为测力值记录表。

　　定时取值描点法

　　设力值定时取值时间间隔为△T（△T为△t的数倍），取值时间为一次测试时间为t，则从时间值0开始扫描测力值记录表，每隔△T取一个测力值Y及相应的时间值T形成一个描点，并按时间顺序保存。

　　附加描点法

　　如完全按定时取值描点法可能会过滤掉峰值点和谷点，此时，按附加描点法补充峰值点和谷点。

　　1.2算法执行过程

　　（1）首先按测量力值法形成测力值记录表，并从时间值0开始按定时取值描点法形成描点，在定时取值描点过程中扫描测力值记录表时，对连续的三次测量力值、、进行相互比较，并设拐点阀值参数为；

　　（2）当＜＜或>>，说明力值变化是个递增量或递减量，没有出现波峰和波谷拐点，按定时取值描点法进行记录描点，直到扫描到测力值记录表最后一点结束，并将最后一点形成描点；

　　（3）当＜，时，同时│-│>，波峰产生，如波峰产生的时间点位与定时取值描点法的描点时间点位不重复，则定时取值描点法将波峰力值作为时间点位的力值形成附加描点，同时将扫描点时间修改为，继续转向（2）进行定时取值描点；

　　（4）当＞，＞时，同时│-│>，波谷产生，如波谷产生的时间点位与定时取值描点法的描点时间点位不重复，则定时取值描点法将波谷力值作为时间点位的力值形成附加描点，同时将扫描点时间修改为，继续转向（2）进行定时取值描点。

　　执行完上述过程即可形成一张准确反应测试过程的、数据量精简的描点表，按时间顺序将描点表中的点绘制成直线段即形成测试过程曲线图。

　　2曲线生成算法计算实例

　　下面结合实际测试的“轻触按键”的抗压力测试实验对算法计算过程进行说明：

　　设一次测试时间为1.0s，则定时测量力值法的力值测量时间长度和定时取值描点法的描点时间长度t均为1.0s。

　　设定时测量力值法中的力值测量时间间隔△t为0.01s，定时取值描点法中的描点的时间间隔△T都为0.1s，则所述的定时测量力值法的测量时间点位为0.01s、0.02s、0.03s、0.04s、0.05s………0.98s、0.99s、1.0s，描点时间点位为0.1s、0.2s、0.3s、0.4s、0.5s、0.6s、0.7s、0.8s、0.9s、1.0s。按照设定的测量时间,本实例实际测量力值变化图如图1所示。

　　图1实际测量力值变化图

　　如图1所示，在测试时间0.40S之前，连续采集测量的力值变化是个递增量，即＜＜，没有出现波峰和波谷拐点。力值测试的图形化记录按定时取值描点法进行图形记录描点，如图2中的OA段。

　　图2本文算法的测试过程曲线

　　如图1所示，在测试时间0.40S-0.42S之间，定时测量力值法连续采集的三次测量力值、、，且＜，，说明力值在测试过程有波峰产生，同时，波峰产生的时间点t＝0.41S，波峰产生的时间点位与定时取值描点法的描点时间点位不重复，定时取值描点法将波峰力值作为附加力值在时间点位给予附加描点，如图2中的B点，B点的时间点位取0.42S，B点的力值取图1中的波峰力值，连接A、B两点，AB段为附加的力值变化图形记录图。

　　如图1所示，在测试时间0.47S-0.48S之间，定时测量力值法连续采集的三次测量力值、、，且＜，，说明力值在测试过程有波谷产生，同时，波谷产生的时间点位t＝0.47S，波谷产生的时间点位与所述定时取值描点法的描点时间点位不重复，定时取值描点法将波谷力值作为附加力值给予描点，如图2中的C点，C点的时间点位取0.48S，C点的力值取图1中的波谷力值，连接B、C两点,BC段为附加的力值变化图形记录图。

　　如图1所示，在测试时间0.48S-0.70S之间，连续采集测量的力值变化是个递增量，即＜＜，没有出现波峰和波谷拐点。力值测试的图形化记录按定时取值描点法进行图形记录描点，如图2中的CHD段。

　　如图1所示，在测试时间0.69S-0.71S之间，所述的定时测量力值法连续采集的三次测量力值、、，且＜，，说明力值在测试过程有波峰产生，同时，波峰产生的时间点位t＝0.7S，此时，波峰产生的时间点位与所述定时取值描点法的描点时间点位0.7s重复，因此，该波峰的力值已在定时取值描点法形成的记录表中，如图2中的D点，不再形成附加记录描点。

　　同理，在测试时间0.71S-1.0S之间，连续采集测量的力值变化是个递减量，没有出现波峰和波谷拐点。力值测试的图形化记录按定时取值描点法进行图形记录描点，如图2中的DE段。

　　由上得知，图2中的OABCHDE曲线为本算法在“轻触按键”的抗压力测试实验应用中所得到的力值测量图形化记录图。

　　3算法计算结果比较

　　如图3所示，该图为“轻触按键”的抗压力测试实验中应用传统单一的定时取值描点法所反映的力值变化记录图，虽然该定时取值描点法采集到整个测试过程中的唯一波峰值（图3中的D’点位），但与本文算法的力值测量图形化记录图（图2）对比，仍丢失了在0.4s和0.5s之间的波峰和波谷两个拐点(图2中的B、C点位），使得力值测试曲线OA’H’D’E’存在“丢帧”现象。

　　图3传统的定时取值描点法生成的测试过程曲线

　　综上所述，本文算法与现有技术相比具有以下优点：

　　Ａ、测试记录图匀速性好。本文算法所生成的图形在增加描点数量的基础上，保证整个描点速度不受影响，使得测试曲线具有更好的匀速性。

　　Ｂ、力值变化的真实性得到可靠保证。在有限的内存容量上，同时实现定时描点和附加描点相结合，有效地保证了整个测试过程中力值变化的真实性。

　　4算法实现实例

　　将上述算法通过C语言编程在单片机上实现，如下图4所示，该图是某一测力过程数据的曲线段显示图，准确地反映了测力过程中力值的变化，形象、直观，且记录数据量少，效率高。

　　图4测力值曲线生成界面及效果

　　5结束语

　　本文针对推拉力计测量过程图形化显示提出了一种测试过程数据曲线生成方法，主要由测量力值法、定时取值描点法、附加描点法组成。该测量过程数据曲线生成方法能准确反映整个测量过程的力值变化，使得测力过程直观、便捷，测试结果真实可靠，可推广应用至所有单值测量仪器中。

　　参考文献

　　1 毛明虎.基于MPS430微处理器的电子推拉力计的设计与实现[D].电子科技大学硕士学位论文.2008.

　　2 乔瑞.一种曲线段近似生成算法[J].新疆大学学报.1998,(2):42-44.

　　3 林意,袁琦睦,何援军.一种过型值点的快速曲线造型算法[J].工程图学学报.2008,(4):72-76.