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手持落锤式弯沉仪是一种常用于地质勘探、工程建设和环境监测等领域的地面动态变形测量仪器。
它利用重力加速度原理，通过测定落锤对地面冲击后产生的弯沉值（即地面的动态变形量）来评估地面或结构物的承载能力和稳定性。
本文将详细介绍手持落锤式弯沉仪的工作原理、使用方法、应用领域以及注意事项。
一、工作原理手持落锤式弯沉仪主要由落锤系统、测量系统和数据处理系统三部分组成。
其核心原理是通过自由落体的方式使落锤冲击地面，利用传感器记录冲击过程中地面的变形量，再通过数据处理系统分析计算出地面的弯沉值。
1. 落锤系统：包括落锤、导杆和释放机构。
落锤沿导杆自由下落，其质量和落距固定，确保每次冲击能量一致。
2. 测量系统：通常由位移传感器、加速度传感器或压力传感器组成，用于实时捕捉地面在落锤冲击下的动态响应。
3. 数据处理系统：接收测量系统的数据，通过内置算法处理后输出地面的弯沉值。
二、使用方法1. 场地准备：选择平坦、无障碍的测试场地，清除表面杂物。
2. 设备安装：将落锤系统垂直安置于待测点上，确保落锤中心线与测点垂直。
3. 参数设置：根据需要设置落锤质量、落距等参数。
4. 开始测试：启动落锤释放机构，使落锤自由下落冲击地面，同时测量系统开始记录数据。
5. 数据分析：测试完成后，数据处理系统自动分析计算，给出弯沉值。
三、应用领域手持落锤式弯沉仪广泛应用于多个领域，主要包括：1. 地基承载能力测试：评估建筑工程地基的承载能力，确保建筑安全。
2. 道路施工检测：用于道路、桥梁施工过程中的质量控制和验收。
3. 环境监测：监测填埋场、矿山等环境的地面稳定性。
4. 科学研究：在地质学、土木工程等领域的科研项目中，用于地面动态特性的研究。
四、注意事项1. 设备校准：定期对落锤式弯沉仪进行校准，确保测量结果的准确性。
2. 操作规范：操作人员需熟悉设备的使用方法，严格按照操作规程执行，避免误操作影响测试结果。
3. 数据解读：弯沉值受多种因素影响，需结合具体情况综合分析，避免单一指标判断。
落锤式冲击试验机检定方法的探讨
卜玲丽
【期刊名称】《新疆钢铁》
【年(卷),期】2013(000)002
【摘要】落锤式冲击试验是物理力学性能检测的重要试验项目之一,试验机的检定目前仍没有检定标准,一度试验机需要计量检定与否也成为讨论焦点,摸索了一种落锤式冲击试验机的自校检定方法,实践中应用效果较好.
【总页数】2页(P61-62)
【作者】卜玲丽
【作者单位】宝钢集团八钢公司制造管理部
【正文语种】中文
【中图分类】TF03+.1
【相关文献】
1.用落锤冲击试验机确定隔振器冲击刚度的新方法 [J], 束立红;吕志强;黄映云;周炜
2.落锤冲击试验机落锤冲击速度的测定方法 [J], 罗念勇;韩贵仁
3.摇臂式落锤冲击试验机设计 [J], 张亚军
4.对摆锤式冲击试验机检定方法的分析与研究 [J], 王强
5.落锤式冲击试验机测量不确定度评定报告 [J], 蒲伟汉
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落锤式弯沉仪（FWD）测试系统的标定落锤式弯沉仪的标定包括位移传感器的标定及距离的标定。
一、位移传感器的相对标定相对标定为用户提供了一种快速、方便的相对精度检测手段，可保证整套设备的传感器之间读数值的可比性，减少了相对误差。
传感器相对标定所需的设备是一个专用的由厂家提供的架子，此架子有十个用于安装传感器的座，由于这个架子的刚度很大，使得当把这个架子垂直放置时，可保证各个传感器座在垂直方向的振动信号与架子底部传来的振动信号足够的接近，也就是说可有此架提供一个标准的参考面，使得架子各点的垂直振动基本相同。
对于DYNA TEST FWD而言，其设计的标定过程较好的解决由于传感器座结构位置不同所带来的对振动信号的放大效应，可有效地评价各个传感器的相对误差，其基本原理是通过将每个传感器在每个传感器座上轮回一遍，有效地考虑了传感器座不同对振动信号的影响。
下面是标定过程：（1）选择一块平整场地，最好是标准路面；（2）关掉整套系统，从设备上卸掉9个位移传感器，并按顺序放好（D1—D9），最好在其上标上相应的序号（D1—D9），同时在标定架子上不同高度由低向高的9个位置上也标上对应的九个序号W1—W9。
（3）将传感器装入架子上的对应位置，D1-W1，D2-W2，…，D9-W9。
（4）启动整套系统，预热20分钟后，设置控制系统的基本参数，其中SET UP文件采用SHP9REL3。
（5）开始前，按SET UP文件设置的高度打几下，并调整传感器架子到垂直的距离，使记录的弯沉值大约在400—600um之间，如达不到这个要求，可调整重锤下落高度或传感器标定架子到加载板的距离，直到满足要求。
（6）在最终确定的传感器架子距落锤的位置处作一标记，将架子放于该处，同时为了使传感器标定架所处的位置每次相同，最好在确定好的位置处用胶在路面粘一个垫圈或在路面凿一个很小的坑，可使传感器架子每次放在位置相同，而且在落锤下落时架子不会滑动。
（7）将传感器标定架放于设定好的位置，做一个下落十次的一个实验序列，以考察所选择的标定位置是否合适。
落锤法的原理落锤法是一种通过锤击试验来检测材料硬度、强度和韧性的方法。
它被广泛应用于工程材料的评估和质量控制中。
落锤法的原理基于能量守恒和冲击力与吸收能力之间的关系。
首先，落锤法需要使用一定质量和高度的锤子，以一定的速度和垂直方向撞击待测材料。
当锤子撞击材料时，它所具有的动能会转化为应变能、塑性变形能和热能。
在落锤撞击物体时，一部分能量会被物体吸收，而另一部分能量则会通过弹性反弹回来。
通过测量锤击前后的速度差，可以计算出被试材料对动能的吸收能力。
如果材料硬度高，它会更难吸收能量，相应地，锤击后的速度差将更大。
此外，材料的强度和韧性也可以通过落锤法来评估。
一个容易断裂的材料会在锤击试验中迅速破碎，而一个具有较高韧性的材料则能够在较大的冲击力下保持完整。
在落锤法中，首先需要校准和标定试验设备。
校准包括校准锤子的质量、高度和撞击速度。
标定则是通过已知硬度和强度的标准样本来验证试验设备的准确性和可靠性。
在实际试验中，待测材料的外表会被清理干净，以确保锤击时与材料表面的完全接触。
然后，快速下落的锤子会以一定的速度和高度与材料接触，并记录在整个过程中锤子的速度变化。
落锤撞击后的速度变化通过高速相机或位移传感器等设备进行测量。
然后，通过能量守恒原理计算出待测材料吸收的能量。
在解释和分析实验结果时，需要注意以下几个方面：1. 不同材料的硬度和强度会影响落锤撞击后速度的变化。
通常，硬度和强度较高的材料会导致更大的速度差。
2. 韧性较高的材料能够吸收更多的能量，并导致较小的速度差。
3. 在不同区域或方向上进行多次测试，以获得更精确和全面的评估结果。
4. 使用标准样本进行校准和标定，确保试验设备的准确性和稳定性。
5. 结合其他测试方法，如拉伸试验和冲击试验，来综合评估材料的性能。
总之，落锤法是一种通过锤击试验来评估材料硬度、强度和韧性的方法。
它利用能量守恒原理和材料对能量吸收的能力之间的关系，通过测量锤击前后的速度差来评估材料的性能。
落锤实验操作规程落锤实验是一种常见的物理实验，用于研究自由落体运动以及重力加速度的测量。
以下是关于落锤实验的操作规程，以确保实验的顺利进行。
1. 实验前准备：a. 确保实验平台稳固，没有杂物或障碍物。
b. 准备一个竖直的支架或支架架，可以固定实验用的锤子。
c. 准备一个十分精确的计时器或秒表，以确保时间的准确测量。
d. 准备一块垂直墙壁或一个纸板，用来标记锤子落地的位置。
e. 准备多个重量相同但形状不同的锤子，以便进行多次实验。
2. 实验步骤：a. 将支架或支架架固定在实验平台上，并确保它竖直且稳固。
b. 将第一个锤子系在支架上，确保它能够自由地落下，并与墙壁或纸板保持一定距离。
c. 开始计时，在同一高度释放锤子，并立即开始计时。
d. 当锤子落地时，停止计时，记录下时间t1和锤子的落地位置。
e. 重复步骤c和d多次，至少进行5次以上的实验，以提高结果的精确性。
f. 更换不同形状的锤子，并重复步骤c至e，以进行进一步的实验。
3. 数据处理：a. 计算每次实验的落地时间的平均值，并记录下来。
b. 将每次实验的落地位置标记在墙壁或纸板上，并计算出它们的平均值。
c. 根据落地时间的平均值和落地位置的平均值，计算出重力加速度的近似值，使用以下公式：g = 2h/t^2其中，g为重力加速度，h为墙壁或纸板与支架之间的垂直距离，t为时间的平均值。
4. 实验注意事项：a. 实验过程中要确保锤子的释放和落地过程是自由的，没有受到任何外力的干扰。
b. 进行多次实验以提高结果的准确性和可靠性。
c. 实验中使用的锤子要保持质量相同，以消除质量差异对实验结果的影响。
d. 确保计时器或秒表的准确性，以避免时间测量误差对实验结果的影响。
e. 实验过程中要注意安全，避免锤子或其他物品对实验者和周围人员造成伤害。
落锤实验是一种简单但非常有趣和有用的物理实验，可以通过测量自由落体运动来研究重力加速度。
通过遵循上述操作规程和注意事项，可以确保实验的准确性和安全性，并获得可靠的实验结果。
试验与评价技术・262・计算机测量与控制.2020. 28(2)Computer Measurement & Control文章编号：1671 - 4598（2020）02 - 0262 -05DOI ： 10.16526/j. cn1i.11 — 4762/tp.2020.02.054 中图分类号:TH87 文献标识码：A新型落锤冲击试验系统研制江 磊 12!吴乙万 12!白鸿柏⑺，李上洲 12!任志英12(⑴福州大学金属橡胶工程研究中心，福州350108；2-福州大学机械工程及自动化学院&福州350108)摘要：针对现有落锤冲击试验系统无法低成本、高精度地获取冲击全过程中试样的力、位移等参数的技术难题&提出一种新型落锤冲击试验系统；该试验系统采用磁栅尺和动态力传感器直接精确测量被测试件的力与位移数据&通过电磁铁与电动绞盘实 现锤头的提升与释放&并利用虚拟仪器LabVIEW 实现对冲击试验系统的数字化控制和数据采集分析功能；以304不锈钢圆管为测试样件&通过冲击试验与ABAQUS 有限元冲击仿真试验进行对比&结果表明&冲击实测数据与仿真数据吻合较好&证实所设 计冲击试验台具有较高的可靠性％关键词：落锤；冲击试验；LabVIEW ；磁栅尺位移传感器；压电式动态力传感器Development of a New Drop Hammer Test SystemJiang Lei 1,2 & Wu Yiwan 1,2 & Bai Hongbai 1,2 & Li Shangzhou 1,2 & Ren Zhiying 1,2(1. Engineering Research Center for Metal Rubber, Fuzhou University & Fuzhou 350108 , China ；2. School ff Mechanical Engineering and Automation, Fuzhou University , Fuzhou 350108 & China)Abstract : To obtain the force and displacement parameters of the specimen in the whole process of impact with low cost and highprecision , a new drop hammer test system was developed. A magnetic sensor is used to measure the displacement of the hammer. Apiezoelectricdynamicforcesensorisusedtomeasuretheimpactforce Thehammerisliftedandreleasedbyanelectromagnetandanelectric winch. The control , data acquisition and analysis of the impact test system are realized by NI LabVIEW. To validate the cor-rectnessofthenewdrophammertestsystem &acomparisonbetweendroptestandsimulationfora304stainlesssteelpipewascarriedout Thecomparisonresultsshowthattheforce —displacementcurvedrawninaccordancewiththemeasureddatamatchedwe l with thatbysimulation &indicatingthattheaccuracyofthedrophammertestsystem washighKeywords ： drop hammer ； impact test ； LabVIEW ； magnetic sensor ； piezoelectric dynamic force sensor0引言材料的动态力学性能对其抗冲击特性有显著影响，精确获取冲击全过程中试样的力、位移等数据对新型材料的开发具有重要意义％目前用于材料冲击力学性能研究的冲击试验系统主要 有：Hopkinson 压杆试验系统〔%-、空气炮［2］（摆锤式冲击试 验系统,3-以及落锤式冲击试验系统［4］»相对于其他冲击试验 系统，落锤冲击试验台具有成本低、安全可靠等优点％落锤式冲击试验系统的工作原理是将一定质量的重锤提升到某一高度后释放，通过锤体的自由落体运动将重力势能转 换成冲击能量,或者锤体在预加力机构作用下,获得一定的初始速度对被测试件进行冲击，以此验证材料的抗冲击 性能［5］»常规落锤式冲击试验设备仅用于验证试样（金属/非金收稿日期2019 -07 -09；修回日期2019-08-01.作者简介：江磊（1994 -"，男，安徽安庆人，硕士研究生，主要 从事振动控制与减振材料方向的研究％通讯作者：吴乙万（1984 -）,男，福建厦门人，博士，讲师，硕士生导师，主要从事振动与冲击防护、金属橡胶材料制备/表征/工程应 用方向的研究％属结构件）承受冲击载荷后的损伤情况，对冲击过程中试样的冲击载荷、变形状况的时间历程关注较少％现有落锤 冲击试验系统主要采用以下两种途径获取冲击过程中的冲 击载荷时间历程：通过冲击过程中锤头加速度变化根据牛顿第二定律计算冲击载荷；通过由安装在锤头的动态力传 感器直接测量冲击载荷％现有落锤冲击试验系统测量试样 变形量的时间历程的方法主要有：借助高速相机拍摄冲击 历程，通过图像处理获得冲击过程中锤头位移、速度和加速度的时间历程67-；使用高速激光位移传感器测量冲击点背部的位移和速度［8］；通过安装在锤头的加速度传感器进 行二次积分获取位移信息［9］%虽然现有技术已能实现冲击过程中冲击载荷和位移的时间历程实时测量，但仍存在以下不足之处：通过加速度传感器计算冲击载荷为间接测量对传感器的精度要求高； 通过加速度二次积分计算位移存在传感器零飘和电磁干扰而导致精度降低的可能；通过高速相机和高速激光位移传感器测量位移需要的硬件成本较为高昂［%0］.随着科技的进 步，新材料的层岀不穷，且对材料的抗冲击性能研究已经不仅仅满足在测试材料的损伤情况， 为了更进一步研究各种新型材料的抗冲击性能， 传统的落锤冲击试验台因存在操作不便，安全可靠程度不高的缺点，且如上文所述，其第2期江磊，等：新型落锤冲击试验系统研制・263・无法精确获取被测材料在冲击过程中的动态参数，在此背景下，本文将设计一种低成本新型落锤冲击试验系统，采用动态力传感器和磁栅尺位移传感器实现冲击过程中冲击载荷与位移的精确测量&利用LabVIEW—RT实现冲击试验系统实时控制与数据采集％1落锤冲击试验系统总体方案图1为落锤式冲击试验系统的方案示意图％实时机从宿主机获取实时代码&通过PCIe—6353多功能数据采集卡输出控制信号&经放大电路调制后控制执行器（电动绞盘、电磁铁）工作&进而使锤体提升或释放&在冲击过程中三种传感器实时采集锤体动态信号&并由PCIe—6353完成实时数据采集&然后实时机将数据通过TCP/IP回传至宿主机进行数据存储与显示％落锤式冲击试验系统主要包含：软件部分、硬件部分、实时平台和信号处理系统％试验系统各部分的功能如表1所示％图1落锤式冲击试验系统方案示意图表1落锤式冲击试验系统各部分功能表组成功能软件部分GUI界面虚拟控制面板与数据可视化控制算法实现电动绞盘、电磁铁启停控制硬件部分传感器拉压力传感器测量加力机构额外施加的载荷动态力传感器测量反作用于锤头的冲击载荷磁栅尺测量锤头的位移执行机构电磁铁实现锤头的吸和与脱离电动绞盘实现锤头的提升机械结构机架总体安装框架并实现落锤锤头导向锤头用于施加冲击载荷加速机构使锤头获得一定的初始速度实时平台主机控制代码编写、下载实时代码目标机运行控制算法信号处理系统驱动电路驱动电动绞盘、电磁铁多功能数据采集卡（PCIe—6353）采集传感器信号、输出控制信号2落锤式冲击试验系统设计2.1实时平台落锤式冲击试验系统的实时平台由两台计算机组成（宿主机和实时目标机）。
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201920287191.2(22)申请日 2019.03.06(73)专利权人 广州特种承压设备检测研究院地址 510663 广东省广州市黄埔区科学城科研路9号(72)发明人 郭华超 黄国家 杨波 李仕平 李悦 李爽 (74)专利代理机构 广州华进联合专利商标代理有限公司 44224代理人 唐利 蔡晓军(51)Int.Cl.G01M 7/08(2006.01)(54)实用新型名称落锤冲击试验机及落锤冲击试验系统(57)摘要本实用新型涉及一种落锤冲击试验机及落锤冲击试验系统，该落锤冲击试验机包括箱体、支撑杆、定位板、第一动力机构和固定组件。
箱体顶部设有允许落锤通过的贯穿孔。
支撑杆固定于箱体内。
定位板设于箱体内，定位板套设于支撑杆外且能沿支撑杆向靠近或远离贯穿孔的方向移动。
第一动力机构用于驱动定位板沿着支撑杆移动。
固定组件包括可滑动地设置于定位板上的第一支撑块和第二支撑块，第一支撑块和第二支撑块沿相互远离或相互靠近的方向滑动，第一支撑块和第二支撑块用于夹持测试样品。
该落锤冲击试验机及落锤冲击试验系统能防止测试样品在受到落锤冲击时发生位置偏移，提高冲击试验结果的准确性。
权利要求书2页 说明书5页 附图3页CN 209485648 U 2019.10.11C N 209485648U权 利 要 求 书1/2页CN 209485648 U1.一种落锤冲击试验机，其特征在于，包括：箱体，顶部设有允许落锤通过的贯穿孔；支撑杆，固定于所述箱体内；定位板，设于所述箱体内，所述定位板套设于所述支撑杆外且能沿所述支撑杆向靠近或远离所述贯穿孔的方向移动；第一动力机构，用于驱动所述定位板沿着所述支撑杆移动；固定组件，包括可滑动地设置于所述定位板上的第一支撑块和第二支撑块，所述第一支撑块和所述第二支撑块沿相互远离或相互靠近的方向滑动，所述第一支撑块和所述第二支撑块用于夹持测试样品。
