从上面表达式中我们可以得到刚度测试的基本原理就是测量对被测材料施 加的力以及对施加力的作用下被测材料产生的位移形变。 刚度测试的常规方法， 先对被测材料施加一个压力，并记录此时的压力和初始位移作为初始数据，然后 继续对被测材料施加另一个有效压力并确保材料发生形变（产生位移），再记录 此时的有效压力和形变后位移的数据。将力和位移这两个数据相减得到差值，刚 度值就等于力的差值除以位移的差值。

2.2 几种主要的刚度测试方法

根据刚度测试的原理，可以知道压力和位移是求得刚度值最为关键的两个数 据。生产实际中主要的几种方法有：

（1）通过光学仪器测出位移量，力的加载方式是通过砝码手动加载。 这种方法在实际的生产过程中是比较常见的，它的主要刚度测量对象是弹性

原件，它的测量原理比较通俗易懂，力的加载方式是通过砝码对被测材料施加压 力，被测材料产生形变，通过光学仪器线测得位移量，在利用刚度公式就可以求 得刚度值。这个方案必然会存在一些缺陷，比如测量的数据有误差，工作效率很 低，而且不能对多个测试点进行测试，不能够完全的反映出被测材料的刚度特 性 。

（2）图像式位移检测系统 。 这种方法是比较先进的，力的加载方式是自动加载，通过计算机测得位移，

其原理是由光源处发出一道平行光射到材料的被测点上，它的表面轮廓通过显微 光学镜组会在摄像机 CCD 上呈现出一个图像，将图像放在计算机的软件里面通 过处理就是测得被测材料的初始位置。在对被测材料施加压力时，被测材料就会 产生位移，而在摄像机 CCD 上的图像也会发生对应的变化，在通过计算机对变 化的图像进行处理就会得到对应的位移量，刚度值也就随之测得。这种方法相对

传统的测量方法而言有着较大的优点，全程通过计算机控制，可以大大的提高测 量的精度，由于系统的自动化程度较高，因此也提高了测量的工作效率。不过这 种测量方式发展的不够成熟，专家正在积极探索中。

（3）基于单片机和电容传感器组成的测量系统 系统的核心是单片机，原理是通过传感器测得被测材料的压力值与位移值。

然后将模拟信号通过 AD 转换器转化成数字信号。在通过单片对信号进行处理获 得刚度值。这种方法操作简单简单，精度较高，能够完全反映出被测材料的刚度 特性。不过由于电容对温度要求比较高，所以此方法只能在环境温度适合的情况 下进行。来!自~优尔论-文|网www.youerw.com

为了顺应生产与科学技术的迅猛发展，刚度测量方法也向着追求精度、效率、 以及自动化程度的方向逐步发展，传统的刚度测量方法由于其精度低，效率低， 自动化程度低的缺点已经不能满足现在社会的需求。所以开发出一种高精度，高 效率，自动化程度高的方法对推动国家工业发展具有相当重要的实际意义。

2.3 系统设计方案和整体框图

对于弹性体的刚度测试，它主要的任务就是对在被测材料施加的压力以及在 此压力下材料所产生的位移的测量。结合以上几种方法的优缺点，本系统的施加 力的方式放弃了传统的手动加载方法，取而代之的是采用精度很高的压力传感器 对被测材料进行力的加载，位移的测量方式放弃了传统的螺旋测微器，取而代之 的是采用精度很高的光栅式位移传感器，为了降低系统设计的成本，系统的控制 主芯片没有用计算机，而是选择了低价更低，更加实用的单片机。本系统设计思 想是压力传感器将压力转换成电压信号，位移传感器将位移信息转换成 TLL 信号。 两种信号在经过放大电路对信号进行放大，信号通过 AD 转换器将模拟信号转换 成单片机可以处理的数字信号。由单片机执行采集 AD 转换器数字信号并通过显 示模板来输出信号和相关的控制功能，通过单片机的 I/O 口传给单片机，经过单 片机进行数据处理，利用 I/O 口对显示屏进行控制实现刚度的 LCD 显示。系统 的整体框图如图 2-1 所示。