功能安全测试

功能安全测试（精选11篇）

功能安全测试 篇1

随着社会对功能安全领域的日益关注,与之相关的软件测试技术也得到了迅速发展。单元测试作为软件测试过程中的第一阶段,自然占据着十分重要的地位[1]。单元测试以具体的程序模块为研究对象,设计合理的单元测试用例[2]来提升软件的质量。在功能安全领域,在遵循安全标准的前提下,通过单元测试,验证具体的软件模块设计是否符合安全完整性等级要求。在整个验证过程中,静态与动态测试方法的选择和过程分析是十分重要的研究课题。

1软件功能安全

功能安全温度变送器的软件开发过程需要遵循IEC61508-3中软件开发的要求,整个过程遵循软件安全完整性开发周期,即V模型的要求。V模型中包含两个部分,一个是软件的设计,另一个是软件的验证。

软件设计主要包括软件安全需求规范、软件结构设计、软件系统设计、模块设计和编码。软件的验证主要包含模型测试、集成测试、硬件与软件的集成测试和最终的确认测试。

笔者主要研究验证过程中的模块测试,即功能安全温度变送器软件设计中功能模块的单元测试研究。采用手动结合测试工作的方法,测试工具采用Parasoft C + + test。

2功能安全温度变送器的模块单元测试要求和策略

整个功能安全温度变送器的软件设计中, MSP430是数据处理单元的核心,软件主要功能模块分为主程序模块、键盘处理模块、显示模块、 AD7794驱动模块、ADS1110采样模块、AD421转换模块、数据转换模块、Flash读写模块、配置模块和诊断模块。整个温度变送器的软件设计需要达到安全完整性等级SIL3,其测试工作应该包含以下技术要求:

a. 对软件单元进行动态分析与测试之前,要求进行静态代码分析;

b. 对软件设计中相关文档规定的软件单元的功能、性能及接口等应逐项进行测试,确保其运行结果满足文档中的相关要求;

c. 至少设计一个正常测试用例和一个被认可的异常测试用例去覆盖每个程序单元的软件特性;

d. 关于测试用例的设计,其输入至少要包含有效等价类值、无效等价类值和边界数据值;

e. 利用白盒测试原理,分析具体单元函数的特性,设计相关测试用例,检验每个单元函数的运行特性,确保行覆盖率、语句覆盖率、基本块覆盖率、判定覆盖率、简单条件覆盖率和修改条件 - 判定覆盖率能够达到100%

3模块单元的静态测试与结果

静态测试[3]是指分析或者检查软件程序代码的结构、逻辑及语法等的一种测试方式,而不是运行待检测程序的方式。在测试过程中,需要通过人工对软件的需求说明、概要设计文档和程序源代码进行分析,找出其中的不足,例如程序中语句的结构不合理、逻辑混乱、参数使用不合理及指针指向错误等。本次静态测试通过人工结合Parasoft C + + test测试软件来实现。温度变送器的软件静态测试主要针对程序代码进行分析,测试步骤如下:

a. 启动C + + test,选择保存工程的路径,打开C + + test测试工具;

b. 新建工程,选中IAR MSP430工程,将被测软件( 即功能安全变送器软件) 导入到该工程;

c. 配置C + + test测试条件,按照C + + test工具的使用要求定义CRules静态测试条件,其规则包含BUG自动侦测、异常处理检查、初始化检查、MISRA C、MISRA C 2004及内存资源管理等;

d. 选中被测工程,执行配置好的CRules测试,进行静态检测,记录测试结果。

通过测试,温度变送器的软件代码符合各类规则的要求,结果如图1所示。

4模块单元的动态测试与结果

4.1测试模型

图2所示为单元动态测试模型。

测试模型的核心对象为被测模块,笔者研究的被测模块指的是软件设计中每个功能模块中的每个具体函数,即单元函数。测试用例根据单元函数的要求,利用白盒测试原理[4]进行设计,用于检测被测单元函数的完整性。在整个测试模型的设计中,需要为每个被测模块开发驱动模块和桩模块。驱动模块在整个单元测试模型中起桥梁作用,是一个将测试用例输入被测模块使之整体运行并且能够输出测试结果的主程序。桩模块的作用是代替那些隶属于被测模块函数的调用函数。

4.2测试案例分析

4.2.1单元函数动态分析

以诊断函数中的传感器热电阻两线制型号断线诊断为例,论述单元测试方法的具体应用和对断线诊断函数的动态测试分析,图3为传感器断线诊断的程序流程。

如图3所示,变量Sensor_type用来判断传感器的类型,当其采样值位于10 ~ 11之间时,可判断传感器类型为热电阻RTD型,然后使用变量 ( * ptr Config) . Channel. Sensor. Connection判定几线制,其值为2U时表示二线制连接方式。最后根据P1IN的采样值判定是否存在断线故障,二线制断线口用A、B表示,分别对应硬件接口P1. 3、 P1. 1,断线情况见表1。

根据黑盒测试中的边界值分析法与白盒测试中的逻辑覆盖测试原理对传感器断线诊断模块进行案例设计。函数中涉及到Sensor_type、P1IN和 ( * ptr Config) . Channel. Sensor. Connection3个变量采样值,设计测试案例对这3个变量进行赋值。

根据边界值分析原理和源程序,Sensor_type取值为9、10、11、12,同时这些值也满足白盒测试逻辑覆盖原理中的判定 - 条件覆盖原理,包括了判定覆盖和条件覆盖。断线诊断中,判定条件中 “( P1IN & 0x0002) = = 0x00U”,则P1IN取值0x0000U,为了满足条件覆盖率达到100% ,该情况下还要考虑其不等于0x0000U的情况,则P1IN可取值0x0008U。

传感器断线诊断模块的测试用例及其功能测试的输出结果见表2,测试覆盖率的结果如图4所示。

4.2.2插桩技术的使用

在测试具体的单元函数时,常常需要在原来的程序中插入一些打印语句,然后在执行程序时, 能够打印出最为关心的信息,进一步通过这些信息了解执行过程中的一些动态特性。研究中,笔者将桩函数用作替代调用模块及硬件设备读取采用值等,减少了大量的I/O操作[5,6],插桩原理如图5所示。

以AD信号读取采样值模块函数为例,论述桩函数的使用情况。如图6所示,流程图中存在两个调用其他函数的命令,一个为读寄存器命令, 一个为读寄存器的值。单元测试中,最小单元函数为被测对象,不与任何硬件设备连接。在该情况下,就无法正常按照程序流程读取相关采样值, 这里的调用函数被如图7所示的桩函数取代。图中所示的桩函数在程序运行中取代了调用函数, 并且将调用函数的返回值设置为0,因此最后的返回值也为0。接下来按照正常的动态分析完成测试工作。

5结束语

单元测试在功能安全验证中占据很重要的位置,需要集合整体的软件设计对其中每个单元模块的程序进行测试分析和探讨。通过测试找出软件程序在结构及功能等方面存在的问题,使其符合功能安全完整性等级要求。笔者认为在功能安全领域的从业者,应该不断完善单元测试在具体产品中的测试策略,如动态测试的用例设计,使设计出来的产品更好地符合功能安全的要求。

摘要：单元测试是功能安全温度变送器软件验证过程中的一个重要组成部分,以单元模块函数为分析对象,验证软件设计是否符合安全完整性等级要求。阐述了软件功能安全要求和功能安全温度变送器的单元测试要求,给出了相关测试策略。以相关安全功能模块为例,从静态分析和动态分析两个角度,分别论述了单元测试的原理、分析过程和结果。

关键词：单元测试,功能安全,温度变送器,静态分析,动态分析,桩函数

浅议功能性动作测试 篇2

关键词：功能性动作测试；意义；比较

FMS 测试被普遍运用于美国职业运动员运动能力的评估、康复、体能训练，是检测人体基本动作模式阻碍或者不足的一种方法手段。使用 FMS 对运动员进行检测，通过采用标准化的动作姿态，我们可以了解运动员可能存在的一些潜在问题。

一、FMS测试的概况

功能动作测试（Functional Movement Screen，简称FMS），是美国矫形训练专家Gray Cook和训练专家Lee Burton等设计并在20世纪90年代提出。该项测试于1998年改进完善后广泛应用于美国职业运动员运动能力评估，它可以简易、快速地识别个体的功能限制和不对称。

功能性活动有以下 7 种重要动作：蹲、跨、弓箭步、伸、举，以及躯干的前后倾和旋转。而 FMS 测试的 7 个基本测试动作正是模仿并检测这 7 种重要的动作，它包括深蹲、上跨步、直线弓箭步、肩部灵活性、直腿主动上抬、躯干稳定俯卧撑和旋转稳定性。其中深蹲、躯干稳定俯卧撑是对称性动作，而上跨步、直线弓箭步、肩部灵活性、直腿主动上抬和旋转稳定性 5 个动作测试分为非对称性动作，需要左右测试，每一项的测试得分为0～3分，总分为21分。肩部灵活性、躯干稳定俯卧撑和旋转稳定性附有 3 个伤病排查动作。测试目的和功能是了解人对身体掌握和运用基础身体动作的能力及动作结构进行测试和评价，根据测试结果制定和设计纠正动作的练习手段，达到有效规避由于错误动作而造成的运动损伤，提高运动动作的工作效率及合理性。

二、FMS测试的意义

目前许多教练员在训练中刻意追求运动员的训练强度和负荷，却忽视了一些伤病的隐患，随着运动员水平的提高，这些小的伤病就成为限制运动员成绩增长的主要因素，有很多成绩优异的运动员都有伤病困扰，这些伤病为运动员赛场上的正常发挥埋下了深深的隐患。如：中国的跨栏名将刘翔——亚洲第一位打破短距离项目世界记录的运动员，他的跟腱伤却成为阻止他前进的拦路虎，使他无法驰骋在 2008年北京奥运会的赛场上，留下来的只有令人神伤的背影和全国人民的惋惜；中国篮球骄子姚明，也是因为伤病满身，不得不在 30 岁退出篮坛，结束了自己的运动生涯。这一现象就暴露了体育训练中的致命弱点，因此，科学的训练不但是要提高运动员的竞技能力和身体素质，还应在训练中规范动作技术，预防损伤的发生。FMS 测试在国外职业竞技体育中应用非常广泛，在欧洲以各足球队为主，在美国四大联盟（NBA、NHL、NFL、MLB）的一线队几乎都在应用 FMS 的测试和训练，FMS 测试是作为对传统测试训练方法的一个补充，以此作为检测运动员潜在伤病并进行伤病预防训练的依据，用于提高运动员的竞技能力并延长运动寿命。

三、FMS测试与体能测试的比较

1、FMS测试

FMS测试的七个测试动作中，深蹲、上跨步和直线弓箭步这三个动作是主要身体全部参与的整体动作，因此需要身体各部份系统协作，任何一个或几个部位出现问题，都会影响到整个动作效果。深蹲测试说明被试的髋部、膝部及脚踝部还有肩肘关节的活动能力、柔韧性以及各关节的协调能力。上跨步动作主要测试髋部与躯干在完成跨步动作时具有腿站位的协调性和稳定性，及脚踝和膝关节组织是否有产生外展动作补偿。直线弓箭步动作主要是反应髋关节稳定性和收缩肌力量以及膝、踝关节的稳定能力。肩部灵活性和直腿主动上抬测试主要针对的是身体最灵活地两个地方采取的灵活性和柔韧性测试，这里特指地灵活性是整个肩部组织、腿部组织及这些部位整体互相协作所体现出来的灵活性。躯干我的俯卧撑测试和旋转稳定性测试，是体现身体稳定性地测试，反应的是一种反射性躯干核心部位的掌控。但这两个检测项目的反应点有明显的区别。躯干稳定俯卧撑测试主要是反应躯干在矢状面地反射稳态属于静态传递，该项测试倾向于力量成分较大一些，需要有良好的躯干稳定性的能力。而旋转稳定性测试主要是反应稳定性和重心移动的能力，力量参与的成分很小，这个检测动作，其实也可作为核心区力量练习动作，是比较安全有效的训练方法。

FMS测试适用于任何人，包括伤病患者、普通人群和运动员，也可以对运动员的训练进行跟踪和监测，在损伤之前发现危险的弱链，以减少训练和运动损伤。

2、体能测试

传统体能测试基于传统身体素质的测试，力量、速度、耐力、柔韧性、协调性五大身体素质，是对人体运动能力的测试和评价。主要测试的对象是运动员，甚至是高水平的运动员，很多测试方法普通人是无法完成的。传统体能测试方法依身体素质而定，每种身体素质测试都有多种方法，每种测试方法并不能适应于每个项目，不同的项目需要选取不同的测试方法。传统体能测试方法侧重于运动员运动能力的提高，所以，教练员和运动员为了能够完成测试或者在多次测试过程中取得好的成绩，在训练过程中，往往就侧重于训练量和训练强度，忽视了训练过程中的代偿动作，从而留下了运动损伤的隐患。

FMS测试可作为身体检查的一部分，以确定个体是否存在灵活性与稳定性等方面的功能性问题，而这些问题可能在进行传统医学检查和运动测试评价时很难发现。早发现、早矫正这些功能性问题，可以减少运动损伤的可能性，并最终提高运动能力。

参考文献：

[1]孙莉莉.美国功能动作测试（FMS）概述[J]. 体育科研，2011，32（5）：29-32.

一种新型的安全阀功能测试装置 篇3

在动车组检修过程中需要对空压机及空气管路上的安全阀拆下并进行开启与关闭压力的检测。因此需要设计一款能够达到测试安全阀性能的装置来保证生产顺利进行。由于前期技术准备时间较短并且经验不足, 原有的装置设计上存在一些缺陷, 针对这些缺陷现对该装置进行必要的改进。

2 原有装置介绍

(1) 引入车间风源为系统提供风源供给。 (2) 连接干燥器用来对输入风源的进一步净化。 (3) 由于车间风源仅有6bar, 10bar两种, 待检安全阀动作压力较高, 因此通过增压阀来泵升输入风压, 通过将压缩空气升压来带动待检安全阀动作。 (4) 风压表用于监控系统实时压力以及安全阀动作时压力。 (5) 设置接头A、B、C分别用于连接3种不同螺纹结构的待检安全阀。接头可拆卸, 通过连接不同的接头来实现对不同螺纹结构的安全阀的功能测试。

2.1 优点

(1) 对于不同螺纹结构的安全阀, 采用不同的接头与之相连接。 (2) 采用增压阀来泵升风压, 不仅可以调节出口压力, 而且大大降低成本。 (3) 价格低、体积小、质量轻、移动与维护方便。

2.2 缺点

(1) 系统未设置压力容器, 在增压阀泵升压力过程中, 系统内压缩空气无缓冲, 冲击性较大, 压力读数准确性差。 (2) 系统输入处未设置阀门, 在系统出现漏气等状况时无法截断风源。 (3) 系统缺乏压力保护。在待检安全阀功能异常时, 系统压力不断上升, 易造成管路及器件得损伤, 带来安全隐患。 (4) 系统检测的精度较低。 (5) 接头采用普通钢结构, 易生锈。 (6) 系统在工作完毕后残余的压缩空气需手动排出, 智能化较低。

3 改进后装置介绍

(1) 与原有装置相同, 引入车间风源 (6或10bar) 为系统提供风源供给。 (2) 设置一个总阀门1来控制装置输入风源的打开与截断。工作时处于打开位置, 仅在必要时截断。 (3) 设置干燥器来对输入风源进一步净化。 (4) 在装置风源输入端设置电磁阀1, 电磁阀1得电打开, 失电截断。通过电控的方式来实现对装置输入风源的通断控制。 (5) 在装置末端设置电磁阀2, 电磁阀2得电截断, 失电打开。通过电控的方式来实现本装置系统空气管路与大气间的通断控制。 (6) 设置压力开关L01 (工作范围1.5-1.6Mpa) 用于控制电磁阀1的打开与关闭。 (7) 由于车间外接风源压力较低, 无法达到安全阀动作的压力, 因此设置增压阀用于将输入风源的压力泵升, 达到安全阀动作所需的压力。

引入车间AC220V电源, 通过整流变压后转换成DC110V。电路中设置空开F01、钥匙控制开关S01、手动自复位按钮N01。

闭合空开F01, 旋转钥匙开关S01于“ON”位, 电磁阀2得电截断管路, 整个系统管路封闭。

当系统压力低于1.5MPA时, 压力开关L01触点闭合, 此时按下N01, 电磁阀1得电, 增压阀输入端有风源供给, 在压力驱动下增压阀持续工作, 系统压力迅速上升。

当系统压力高于1.6MPA时, 压力开关L01触点断开, 电磁阀1失电, 增压阀输入端无风源供给, 增压阀停止工作, 此时系统压力保持稳定。

旋转钥匙开关S01于“OFF”位, 电磁阀1失电, 输入风源被截断;同时电磁阀2失电, 将系统内压缩空气排空;这样的设计使系统具备了断电保护功能, 系统内压缩空气全部排空保证系统及操作人员的安全。 (8) 设置压力容器用来储存压缩空气, 同时可以减少增压阀增压过程中带来的压力波动与冲击。 (9) 设置安全阀用于保护系统的安全, 防止压力开关L01、电磁阀1的损坏等原因导致系统压力过高所带来的安全隐患。 (10) 设置2块压力表用于监控系统压力及安全阀动作时的压力。 (11) 设置精密调压阀, 用于手动调整输入到安全阀侧的压力。可通过手动调整调压阀的方式使安全阀侧压力缓慢升高到安全阀的动作值, 更加精确直观的测定安全阀的动作压力。 (12) 设置压力传感器, 通过电脑及配套压力读取软件进行压力的实时监控, 软件能够将实时压力记录并绘制出相应压力曲线, 便于监控及保存任意时刻的压力值, 能够更加直观的捕捉到安全阀动作时的压力峰值。 (13) 设置接头A, B, C用于连接需要检测的安全阀。 (14) 分别设置3个截断阀门与接头A、B、C相对应, 在阀门打开时, 保证接头A、B、C与系统的风源连通;在阀门截断时, 接头A、B、C与系统风源之间截止同时将接头处压缩空气排掉, 保证安全阀拆卸时的安全性。 (15) 设置总阀门2, 用于在装置末端打开与封闭系统。正常工作时处于打开位置, 仅在电磁阀2工作异常, 无法封闭系统管路时手动将其截断, 保证系统的封闭性。 (16) 整个系统集成在可移动小车上, 小车下设置检查门, 方便部件检修。压力表、调压阀、接头、截断阀门等操控部件的安装位置便于查看与操作。 (17) 电路具有漏电、拉弧保护, 外壳配备地线, 系统接地良好。

3.1 优点

(1) 系统集成在移动小车上, 移动更加灵活。对于不同螺纹结构的安全阀, 采用不同的接头与之相连接。 (2) 采用增压阀来泵升风压, 不仅可以调节出口压力, 而且大大降低成本。 (3) 系统设置压力容器, 在增压阀泵升压力过程中, 系统内压缩空气抗冲击, 压力上升更加平稳, 检测结果更加准确。 (4) 系统输入处设置阀门, 必要时可以切断风源供给。 (5) 配备安全阀, 使系统具有压力保护的功能。 (6) 通过设置精密调压阀, 使系统检测的精度较高。 (7) 接头A、B、C采用不锈钢材质, 不宜生锈。 (8) 设置电磁阀2, 使系统具有断电保护功能。

3.2 缺点

(1) 由于新增一些关键部件成本较原有装置有所升高。 (2) 体积较原有装置有所增大。

4 结论

改进后的装置较原有装置各方面都有很大改善, 虽然成本及体积有些许增高, 但在安全阀检测的精度、安全防护及智能化程度上却有很大提高。

参考文献

网站功能性测试报告 篇4

网站功能性测试报告 测试目的 测试网站功能的完整性是否履行第二期合同。测试时间 2011 年 10 月 8 日至 2011 年 10 月 10 日。测试方法 ⑴用案例 channel power 对套餐进行测试。⑵用案例 LTE PUSCH 对自选仪器测试。⑶用案例可替换 IQ 模块对 FTP 上传文件进行了测试。⑷用案例 LTE PUSCH 对网站数据回放部分进行测试。⑸通过以上操作对配置界面及管理员操作界面进行测试。测试人员 测试条目 1.自动远程测试 对网站自动远程测试功能进行了测试首先进行自动远程测试选择 ⑴套餐测试套餐测试中测试内容预约时间输出 2 方式上传文件等功能均完 善。⑵自选仪器测试。测试内容仪器类型仪器设备 预约时间输出方式上传文 件等功能均完善。参照网站二期功能需求的 abdfhj 条目主要是对 bd 的测试。模块中含 lab view b 页面会无法正常显示。页面会无法正常显示。2.配置界面及管理员操作界面 对网站现实配置界面实现了 lab view 界面的显示操作等功能验证码显示提交 重新配置订单提交审核等功能进行了测试。参照网站二期功能需求的 acf 条目主要是对 achf 的测试。3.对 FTP 上传文件进行了测试 对网站现实 FTP 上传文件进行了测试lab view 无缝获取用户通过网站上传的文 件并实现自动远程测试功能均完善。参照网站二期功能需求的 abdfhjk 条目主要是对 k 的测试。4.对网站数据回放部分进行测试 用户通过订单号实现对测试案例进行数据回放这部分功能进行了测试实现自 动远程回放功能均完善。参照网站二期功能需求的 abdfhj 条目主要是对 j 的测试。参照网站的验收标准adef 功能均已完善c 部分功能局部完善。c 部分——网站各 部分—— ——网站各 链接链接正确、页面内容显示正确未达到要求。链接链接正确、页面内容显示正确未达到要求。测试网站的缺 3 陷与不足 自动远程测试的自选仪器测试中测试内容仪器类型仪器设备应一一对应构 建联系不能让用户随便任意选择。FTP 上传文件测试用户只能上传 rar 和 zip 格式的文件有一定的局限性。网站现实配置界面实现了 lab view 界面的显示 由于一些原因总是弹出较慢 或出 错。自主远程测试需求页面只支持 8.0 以上的浏览器如果用户不是 8.0 以上的浏览器 则无法用本平台的软件测试。测试结论 网站与平台衔接的主体功能完成但仍有局部功能造成用户无法使用需要完善 需要修改。主要是在网站二期功能需求的 b 模块和网站的验收标准的 c 部分。

功能安全测试 篇5

【关键词】学业水平测试；功能定位

【中图分类号】G710 【文献标志码】C 【文章编号】1005-6009（2016）29-0037-01

学业水平测试制度是一项实施课程管理和质量监控的重要制度。学业水平测试属于标准参照测验，其功能定位主要体现在三个方面：一是评估功能。通过学业水平考试客观评估全体被测试学生的基本学习水平和能力发展状况。二是评价与引导功能。评价包括对课程管理的评价和对教学质量的评价。引导是指引导地方教育行政部门和学校贯彻人才培养目标、规范课程管理、加强质量监控、抓好教学、把住质量、促进学生全面发展，引导社会和家庭关注中职学校的教育教学。三是选拔功能。学业水平测试结果是其参加现代职教体系建设相关的中高职衔接类高校人才选拔的依据。

当前，要发挥中职学业水平测试的功能，真正实现学业水平测试的目标，笔者认为有以下几个方面要特别关注。

第一，中职的专业、课程数量众多。教育部《中等职业学校专业目录》（2010版）显示，目前我国中职学校设置有19种专业大类，共含321个不同专业。就江苏中职教育实际而言，共有38个中职专业（专业类）。江苏中职学考包括公共基础、专业基础、专业技能三部分，各专业的基础课程合成为一门“专业基础课程综合”进行测试，这样就共有38个不同的专业基础课程综合，再加上5门公共基础课程，则需要笔试和机考的中职学考的总课程仍然多达43门，这其中还不包括专业技能测试门数。

第二，课程标准不一。教材的编制、教学的开展、质量监控的实施都离不开一个权威的、刚性的课程标准（大纲），权威、刚性的课程标准（大纲）是学业水平考试顺利实施的保障。从现有的中职课程标准看，公共基础课程有教育部2009年出台的《中等职业学校文化基础课教学大纲》和2010年公布的《江苏省中等职业教育语文、数学、英语课程教学要求》等。专业基础课程有教育部2010年出台的《中等职业学校大类专业基础课程教学大纲》、2014年公布的《中等职业学校专业教学标准（试行）》及江苏省教育厅2013年颁布的《中等职业教育指导性人才培养方案》和各专业《中等职业学校专业课程标准（最新版）》等纲领性文件。除此之外，各职业学校结合行业需求、行业标准又先后制定了相关专业人才培养方案，为与行业接轨、为企业服务、满足就业需要，这些方案对公共基础课程和专业基础课程教学要求又做出了不尽相同的表述。中职的课程标准（大纲）或课标性文件政出多门，缺乏一个权威性、刚性的课程标准（大纲），无法在统一的课标下实施统一的教学质量监控。

第三，在公共基础课程学业上，长期以来存在个体间、专业间、学校间和地区间的不平衡性。按照义务教育阶段课程标准来衡量，有相当数量的中职学生是不能够达标的，这直接导致很多中职学生难以通过学业水平测试。另外，在不同专业间，学生的公共基础课程学业基础又存在较大的差异，比如中高职衔接类专业的学生文化基础相对较好。

综上所述，笔者建议，中职学业水平测试应以学考实施的自身为自变量，基于当前我省中职教育的实际，瞄准中职学考目标，通过调整中职学业水平测试实施的策略，不断接近和实现我省中职学业水平测试的目标。

功能安全测试 篇6

系统集成和测试

系统集成

系统中的各组成部分按照系统设计进行集成, 并按照其系统测试案例、ISO 26262-5和ISO 26262-6中的系统集成测试案例进行测试验证。测试的目的是验证系统各组成部分能否正确的进行交互, 并满足功能安全需求和技术安全需求。

系统级的测试目标和测试方法

⒈为了验证系统集成的正确性, 将按照下文中的条目要求进行测试。根据其实现的功能、复杂度、系统分布式的类型, 测试方法可以有效的应用于其他级别的集成和测试。

⒉按照表1 7可以验证系统级别的功能和技术要求的实现正确性。

●基于需求的测试用于验证功能和非功能需求;

●故障注入测试使用特殊的方法在运行时将故障注入被测对象。这可以在软件内通过一种特殊的测试接口或借助特殊的硬件来完成。这种方法经常被用来提升安全需求的测试覆盖率, 因为在整车情况下, 不会触发安全机制;

●Back-to-back测试是指在相同外部激励的情况下比较真实被测对象和仿真模型的执行情况, 用于检查模型和其实现之间的不一致性。

⒊系统级的正确功能的性能、安全机制的准确性和及时性应按照表18的方法进行测试验证。

⒋系统级别的外部和内部接口的一致性和正确实现应使用表19给出的可行的测试方法来论证。

●接口测试包括模拟和数字输入输出测试、边界测试、等价类测试, 这些方法用于测试被测对象的接口、容量、延时性和其他评价指标。系统的内部接口可以通过静态测试方法 (比如接插件的一致性) 来验证;对于系统组成之间的接口, 可以通过通信等方式来进行动态测试;

●交互/通信测试针对功能和非功能需求, 测试其系统组成部分之间交互/通信、被测系统和其他车辆系统之间交互/通信。

⒌针对安全机制, 其诊断覆盖率的有效性, 可以通过表20的方法进行测试。

●故障注入测试使用特殊的方法。在运行时将故障注入被测对象。这可以在软件内通过一种特殊的测试接口或借助特殊的硬件来完成。这种方法经常被用来提升安全需求的测试覆盖率, 因为在整车情况下, 不会触发安全机制。

●错误推导测试是通过预测被测对象中的错误, 设计测试案例, 来对这些错误进行检查。如果测试者有足够的经验和知识, 错误推导测试将是非常有效的方法。

⒍可以按照表21方法测试系统级的鲁棒性。

●系统级的资源占有率测试一般都是在动态环境 (比如实验室台架) 下测试的, 主要指标有能源消耗和总线负载。

●压力测试可以在很高的操作负载、很强环境要求下进行被测对象正确功能的验证。比如很强的负载、异常总线负载、异常电击、异常温度、机械冲击等情况下。

●特定环境条件下的抗干扰能力和鲁棒性的测试, 包含EMC和ESD测试。

车辆集成和测试

车辆集成

⒈对车辆各部件进行有效的集成和测试;

⒉通过车内通信网络和供电网络的测试, 来验证各部件的接口。

车辆集成的测试目标和测试方法

⒈为了验证车辆集成的正确性, 将按照下文中的条目要求进行测试。根据其实现的功能、复杂度、系统分布式的类型, 测试方法可以有效的应用于其他级别的集成和测试。

⒉按照表22可以验证集成车辆的功能和技术要求的实现正确性。

●基于需求的测试用于验证功能和非功能需求;

●故障注入测试使用特殊的方法在运行时将故障注入被测对象。这可以在软件内通过一种特殊的测试接口或借助特殊的硬件来完成。这种方法经常被用来提升安全需求的测试覆盖率, 因为在整车情况下, 不会触发安全机制;

●长时间测试和路试是利用大量的真实生活环境下的用车操作的实例进行测试。这些测试必须在测试者的安全保证下进行。

⒊车辆的正确功能的性能、安全机制的准确性和及时性应按照表23的方法进行测试验证。

⒋车辆的外部和内部接口的一致性和正确实现应使用表24给出的可行的测试方法来论证。

●车辆的外部接口测试, 是用于验证车辆系统的接口的能力。该测试可以静态进行, 也可以在车辆行驶中动态进行。

●交互/通信测试按照功能和非功能需求, 对运行的车辆之间进行通信的测试。

⒌针对安全机制, 其诊断覆盖率的有效性, 可以通过表25的方法进行测试。

●故障注入测试使用特殊的方法, 在运行时将故障注入被测对象。这可以在软件内通过一种特殊的测试接口或借助特殊的硬件来完成。这种方法经常被用来提升安全需求的测试覆盖率, 因为在整车情况下, 不会触发安全机制。

●错误推导测试是通过预测被测对象中的错误, 设计测试案例, 来对这些错误进行检查。如果测试者有足够的经验和知识, 错误推导测试将是非常有效的方法。

●领域经验产生的测试是指按照领域经验和数据来进行测试, 如果发现错误的车辆行为和新的操作情形, 则需要进行分析, 以便设计新的测试案例来覆盖这些情况。

⒍可以按照表26方法测试车辆的鲁棒性。

●系统级的资源占有率测试一般都是在动态环境 (比如实验室台架) 下测试的, 主要指标有内部资源、能源消耗、其他车辆系统的有限资源。

●压力测试可以在很高的操作负载、很强环境要求下进行被测对象正确功能的验证。比如很强的负载、异常总线负载、异常电击、异常温度、机械冲击等情况下。

●特定环境条件下的抗干扰能力和鲁棒性的测试, 包含EMC和ESD测试。

●长时间测试和路试是挑选正常的用户在日常的生活环境中来做测试。 (全文完)

参考文献

[1]IEC61508:Functional Safety of Electrical/Electronic/Programmable Electronic Safety-related Systems[S/OL].http://zh.wikipedia.org/wiki/IEC_61508

[2]ISO26262-1:2011, Road vehicles-Functional safety-Part1:Vocabulary[S]

[3]ISO26262-8:2011, Road vehicles-Functional safety-Part8:Supporting processes[S]

[4]ISO26262-2:2011, Road vehicles-Functional safety-Part2:Management of functional safety[S]

功能安全测试 篇7

众所周知,加脂剂是皮革中不可或缺的化学品,加脂剂的品质受乳液稳定性、油水界面膜和乳液粒子的变化的影响,其中乳液稳定性是加脂剂的一个重要特性[1],乳液的稳定性受乳化剂、p H值,水的硬度以及其它因素的影响[2]。品质优良的加脂剂可以赋予皮革良好的柔软度、丰满度、滋润感以及提高皮革的抗张强度、抗撕裂强度等。

随着人们生活水平的提高,人们需要加脂剂在具备这些基本功能外,还可赋予皮革耐水洗、防水、耐光、阻燃、低雾化值等功能,我们把具备这些功能的加脂剂称之为功能型加脂剂。加脂剂的这些功能来自于加脂剂中的活性物、中性油或添加剂。

1 功能型加脂剂

1.1 防水型加脂剂

皮革是一种亲水却不溶于水的物质。皮革的防水处理包括[3]表面防水处理、湿加工防水处理、以及二者相结合,其中,湿加工中使用防水加脂剂处理皮革方法简单、效果良好。笔者认为,防水加脂剂可分为填充纤维间隙型和包裹纤维疏水型,填充纤维间隙型加脂剂是最早使用的防水革加脂剂,它通过石蜡、油脂等填充堵塞于纤维间隙中使水无法透入皮革之中,从而产生防水作用,但是这种加脂剂会大大降低皮革的透水汽性。包裹纤维疏水型主要是靠降低皮革纤维的表面张力,使其低于水的界面张力,从而达到防水、抗水的作用。研究表明,当皮革的界面张力不高于40 m N/m,具有防水功效。包裹纤维疏水型较填充纤维间隙型加脂剂制成的革透水透气性更好,因此,包裹纤维疏水型加脂剂被广泛使用。

皮革防水性的检测主要通过IUP/10国际标准和Maeser测试方法进行检测。前者采用Bally皮革动态防水试验机进行测试,通过测定试样的吸水率和渗水量来检测皮革的防水性,被欧洲地区和我国广泛使用。后者采用MAESER动态防水试验机进行测试,此方法广泛应用于美国,通过测试试样材料被水渗透的时间和弯折运动次数来判别,当测试皮革弯折次数达150 000次,则皮革防水性能较好。常用的防水加脂剂有长链脂肪酸金属盐类,有机硅类化合物,有机氟类化合物,长链烯基琥珀酸,咪唑啉衍生物,磷酸酯类等。长链脂肪酸金属盐类[4]主要是利用长链烃基的疏水性以及化合物中金属原子(如Gr3+或Al3+)与革纤维中活性基团结合而产生防水效果。有机硅类化合物可以使皮革保持原有呼吸性,利用其较小的表面张力,使处理后的革具有较高的疏水性。有机氟类化合物,特别是全氟类有机化合物具有很低的表面张力(可低达6 m N/m),可包裹在革纤维表面,使革纤维对水有屏蔽作用[5]。

市场上常见的防水性加脂剂有巴斯夫的敌水新系列,朗盛的Lubritan XB、Lubritan XS加脂剂等。

1.2 低雾化型加脂剂

目前,皮革大量用于车内坐垫、方向盘和仪表板的装饰。但是汽车在日常暴晒的情况下,皮革中挥发出的物质与空气中的灰尘结合经冷却凝结后,像雾一样附着在玻璃窗上,尤其是附着在汽车的风镜上时,会妨碍驾驶员的视线,特别是到了夜晚,容易引发交通事故,这种现象叫做起雾。因此,雾化性能是汽车内饰革的重要指标之一。雾化值是指皮革起雾的程度或量。皮革雾化值常用重量法和反射法测量,反射法结果以百分数(%)表示,重量法结果用mg表示,重量法较反射法更要求为严格、精确[6]。

对于检测雾化值,国际上目前还没有统一的标准,各汽车生产厂也有不同的要求,总体上雾化值要求不高于6 mg(采用重量法测量雾化值,铝箔增加的重量),或大于60%(采用反射法测量雾化值,玻璃板透光率降低值)[7]。从原皮处理、脱脂、脱灰、浸酸、鞣制、加脂、涂饰工序所使用物质都会影响皮革的雾化性[8]。其中,加脂工序的潜在雾化值高达20mg,对皮革的雾化性有重要影响。

研究发现[9],可在加脂剂中添加一些捕捉剂或固定剂来抑制皮革中用有机物的释放,从而使加脂剂具有低雾化性。低雾化性加脂剂中应避免有挥发性的小分子物质,并且加脂剂和胶原纤维应具有结合性。

卵磷脂类加脂剂、有机磷酸盐类加脂剂、磺酸氯化石蜡类加脂剂[1]都是良好的低雾化类加脂剂。国外低雾化加脂剂的发展早于并且优于国内的,其相关专利较多,例如专利EP758535、EP0498634A2、US6084467,EP1319723等。

市场上常见的低雾化型加脂剂有德国S.S公司的Lipsol LF。

1.3 阻燃性加脂剂

阻燃性的皮革不但具有一般皮革的透水汽性好,防潮、耐曲挠度高等优点,而且具有阻燃性好,价格合适等优点,因此在服装、汽车坐垫尤其是野战服饰和消防服方面有巨大的应用前景。

加脂剂加入皮革后,会较大幅度降低皮革的限氧指数[10],使皮革易于燃烧,所以要提高皮革的阻燃性,需制备阻燃性的加脂剂。由于矿物油易挥发缺乏极性,所以易于燃烧;动物油较矿物油抗燃性好;相较而言,合成油脂的抗燃性最好。曹向禹和张景彬[11]研究了几种常用皮革油脂的阻燃性能,实验结果显示,这几种油脂加脂后皮革的燃烧容易程度为:鱼油>菜籽油>磷脂>SC加脂剂>豆油脚磷酸酯。

阻燃的方式有三种:气相阻燃、凝聚相阻燃和吸热作用。皮革阻燃剂所用的化学元素主要集中在硼系、磷系和氮系,研究工作者可以通过这些化学元素改性合成加脂剂,或者向油脂中添加含有阻燃元素的表面活性剂(例如脂肪族磺酰胺类、磷酸酯类表面活性剂),使加脂剂具有阻燃性。

检测皮革阻燃性主要通过[12]限氧指数法,垂直燃烧测试法。限氧指数越大的皮革,维持燃烧所需的氧气浓度越高,即越难燃烧。垂直燃烧法是在样品规定点燃时间后,测量试样的续燃、阴燃时间及损毁长度、重量失去的百分数,这些参数值越小,表明皮革防火性越好。但是这两种方法不能检测皮革燃烧产生对人体有害气体及烟雾的种类与量的多少。限氧指数法采用美国材料实验学会ASTMD2863-77标准,垂直燃烧法延燃时间和阴燃时间须小于等于2 s。任何检测试样上,经点燃后不应有燃烧蔓延至织物边沿或是织物上端、有破洞形成以及不应有燃烧熔滴或是熔融物坠落。目前市场化的阻燃性加脂剂甚少。

2.4 耐水洗加脂剂

耐洗革具有经多次洗涤后不褪色、不变形、不变硬和涂层抗洗(即不裂浆、不掉浆、光泽不变等)这四大特性。其中要求的不变硬特性就要求所用的加脂剂,经多次水洗、溶剂洗涤后,皮革依然能保持它的柔软性、耐曲折性,这种加脂剂称之为耐洗革加脂剂,也称之为结合型加脂剂。为了提高皮革的耐水洗性,首先加脂剂应尽可能的和皮革纤维发生化学键结合,一般具有羧基、磷酸基或其他鞣性基团的加脂剂与皮革具有良好的结合性,其中磷酸基较羧基有更好的结合性。其次,加脂剂应具有一定的防水性,具有防水性功能的加脂剂不一定耐水洗,耐水洗加脂剂一般具有防水性功能[14]。再次,加脂剂不易在皮革纤维内发生迁移。所以良好的耐水性加脂剂需是大分子,能与皮革纤维发生结合且具有防水性。

耐水洗革皮革的抗张强度检验标准为ISO13934-1-1999、ISO13934-1-1999;耐水洗革水洗尺寸稳定性的检验标准为ISO5077-1984;水洗颜色牢度的检验标准为ISO105Co6A2S-1994。耐水洗革尺寸稳定性和水洗颜色牢度的检验主要采用滚筒洗衣机,通过配置一定的洗涤剂洗涤检测,其面积收缩率≤5%为合格,沾色4~5级、褪色3~4级为合格[13]。

市场上常见的产品有SCF结合性加脂剂、德国汤普勒公司的Trupon DB和台湾致晖公司的Gltcermas 1082油、德赛尔的DESOPON CF等。

2.5 耐光性加脂剂

皮革的耐光性受皮革多工序所加化料的综合影响,但皮革加脂剂对皮革耐光性的影响尤为突出。耐光性差的皮革容易褪色、变色,所以,对于亮艳色及浅色革,尤其是白色革,应使用耐光性加脂剂。加脂剂的耐光性主要受紫外线的照射以及温度的影响,两者会使油脂中的双键氧化分解,产生自由基,从而影响成革的色泽以及力学强度。一般可通过加入抗氧化剂或紫外线吸收剂来解决皮革耐光性差的问题,苯酚类物质可以很好地消除自由基,具有抗氧化性。皮革耐光色牢度的检测[15]借用一种纺织用品耐光色牢度的测定方法,以人造疝气灯为光源,与标样在同一时间下暴晒后,对比评测耐光性等级。

市场上常见的耐光性加脂剂有德国S.S公司的Lipsol EP、德国汤普勒公司的Truporol FG等。

3 结语

除了以上介绍的几种功能性加脂剂以外,功能性加脂剂还包括三防性加脂剂、填充性加脂剂、杀菌性加脂剂以及芳香型加脂剂等。笔者认为凡是能赋予皮革特定功能的加脂剂都可称之为功能型加脂剂,通过开发功能型加脂剂可赋予皮革更多的性能,使皮革具有更广的应用价值,以此扩展皮革的应用领域,提高皮革的使用价值。

摘要：着重介绍了皮革功能型加脂剂:防水性加脂剂、低雾化加脂剂、阻燃性加脂剂、耐水洗加脂剂以及耐光型加脂剂的特点,以及相关功能的测试方法。

功能安全测试 篇8

美国俄亥俄州克里夫兰,2008年6月23日讯--新兴测量需求解决方案领导者美国吉时利(Keithley)仪器公司(NYSE代码:KEI),日前宣布了一套信号生成与分析工具,扩展了其射频测试功能,实现了对WiMAX信号的测试。吉时利最新的测试方案建立在新型硬件平台基础上,降低增加支持新信号标准的难度和成本,例如基于4×4 MIMO信道802.16e移动WiMAX Wave 2测试,不需要昂贵的硬件升级过程或者其他辅助仪器。此外,这些新型仪器支持低达400MHz低频带测试,这对于正在研发的新一代WiMAX解决方案是一种日益重要的新功能。

吉时利射频测试方案建立在该公司的获奖产品2820型射频矢量信号分析仪和2920型射频矢量信号发生器基础上。由于这些测试仪器采用了新一代基于DSP的软件无线电(SDR)架构,因此能够彻底而精确地实现非常高速的测量操作。随着新的无线与蜂窝通信标准的推出,基于SDR架构的吉时利仪器将以其高度的灵活性实现方便而低廉的产品升级。此外,吉时利这些信号分析仪或信号发生器也能够应用于自动化生产环境中,或者用于单独台式测试应用。

吉时利测试系统覆盖了从400MHz到4GHz频率范围,在需要进行WLAN测量的情况下可达6GHz的高频。覆盖2.4GHz以下低频范围已变得越来越重要,因为400～700MHz频段正在向新的移动无线通信服务开放,其中有可能采用WiMAX方案。

功能安全测试 篇9

在英国的日产欧洲技术中心的研究人员正在测试Versa Note紧凑车型的车身涂料。但是,日产发表声明称,正在考虑只将该技术作为经销商售后选择,而不是出厂必备的标准配置。日产公司将该技术称为“超恒干”技术。

日产公司将这款涂层描述为“特别设计的超疏水疏油涂料”,可抵制“泥和雨水的腐蚀及日常污垢,这就是说,车主可能永远不必再洗车”。

根据该声明,这一车身表面的工作原理是:“在油漆和外界环境之间生成一个空气保护层,阻止溅水及路面污浊腐蚀车身。”

功能安全测试 篇10

小身段功能全

华硕XONAR U3 PLUS和之前一样保持了小巧的身段，整体大小约为79.5mm × 30.6mm，仅比普通U盘稍大。接口方面，U3 PLUS也做得比较简单，除了USB接口外，就只有两个3.5mm的插孔了。其中一个插孔用作输出，可以接入耳机或者音箱，同时还能接驳光纤转接口，作为光纤的输出接口。而另外一边的3.5mm插孔则是麦克风输入插头，同时也能输入音源。虽然只有两个接口，但是输入输出的基本功能都已经齐备。

华硕XONAR U3 PLUS附送有两个配件，一个是USB延长线，另一个则是附送了光纤转接线，如果用户有数字输出接功放的需求的话，这个小小的转接线能帮到很大的忙。另外该声卡还附带有挂绳，玩家可以方便地随身携带，随时使用。

作为一款便携式外置声卡，华硕XONAR U3 PLUS内置功率放大器，最大可推动150欧姆阻抗的耳机，可极大增强耳机在高频、低频的动态表现，无论在影音娱乐或是游戏场景中，均可令用户得到较高质量的音质享受。

随身携带 随时主播

华硕XONAR U3 PLUS USB声卡主要针对K歌和主播等人群开发，而这些应用范围对音频输入的延迟要求非常高，普通声卡由于麦克风录入延迟所造成的音频不同步，通常会令人非常扫兴。U3 PLUS通过内置数字信号处理器（DSP），使声卡音频录入性能得到极大改善，确保麦克风实时录音不延迟。XONAR U3 PLUS可以选择混合人声和背景音乐的“内录”模式，还可以选择专业的只单纯录制人声，后期再进行配乐混入。这种设计很有专业录音棚的味道。

华硕内置软件的录音特效

有趣的是，针对目前网络K歌比较流行的情况，XONAR U3PLUS还支持了“闪避处理”实时监测录音输入，人声输入时背景音乐便可自动减小，极大地渲染人声效果。这在聊天室或者网络群体K歌时非常有用。另外，华硕在软件中还设计了最佳的K歌默认模式，包含4组K歌默认音效，这样无需KX驱动调试，也可以轻松使用一些专业的音效设定。不仅如此，华硕XONAR U3 PLUS还随驱动软件附带了一套录音棚级的人声效果，其中包括专用的10波段均衡器，高频滤波器以及音效混响调节。从而由外置声卡化身为媲美专业级的录音设备，通过XONAR U3 PLUS即可为用户带来录音棚级的K歌享受。

自带耳放 随心畅听

华硕XONAR U3 PLUS USB声卡自带了耳放，能够推150Ω阻抗以下的耳机，从我们的测试来看，确实能够推动高阻抗的耳机。在音频输出方面，XONAR U3 Plus则内置5种音效模式（Rock/Rock Pro/Ballad/Ballad Pro/Special），通过华硕音频工程师的调试，满足用户对不同音乐风格的喜好。虽然它可能达不到HiFi声卡的高度，但是用来听流行、摇滚等风格的音乐还是没有问题的。

写在最后

作为一款拥有DSP的USB声卡来说，华硕XONAR U3 PLUS 299元的售价还是比较值得玩家们购入的。其在音质表现上对得起这个价格，无论是在游戏还是电影中都有比较不错的效果。K歌功能是一个很有趣的附加价值，用在时下流行的视频主播方面也非常好用。对于笔记本用户而言，也是提升笔记本播放能力的一个不错的办法。

多功能触探装置及其独特测试方法 篇11

关键词：静力触探,比贯入阻力,端阻力,侧摩阻力,孔隙压力,冲剪强度,纵横波速

0 引言

静力触探在国际上通称为圆锥贯入试验(Cone Penetration Test),简称CPT。我国命名静力触探,意在区别于动力触探。在建国初期,传入我国的前苏联的用60kg重锤将实心圆锥头打入土中的动力触探,在国际上几乎销声灭迹。而国际上公认的用140b重锤将标准化的对开管式取土器打入土中1ft,而记取其锤击数N值的,只有标准贯入试验(Standard Penetration Test),简称SPT。我国使用静力触探一词,其英译名本应为Static Penetration Test,缩写亦为SPT,与标准贯入试验SPT 混同,但在实质上与国际上通称的CPT别无二致,故此我国所用“静力触探”与国际上的CPT应属同义语。

静力触探作为一种具有一定规模的仪具及测试程序的现场测试技术,首见于1948年第二届国际土力学与基础工程会议上发表的荷兰锥(Dutch Cone),它采用双层触探杆将圆锥形探头贯入地下,在地面上用液压表量测地下探头所受的端阻力及侧摩阻力。该系统最大的缺点是地面上所得的记录,包含着近10项正负误差因素,因而在传入我国后,经试用及试行,仿制无效而废止。

静力触探在上世纪60年代经历着一次技术革命,即利用设有电阻应变传感器的探头,将地下直接感受贯入阻力传到地面上的二次仪表,因而实现了从地上间接推测转为地下直接测量,进而消除了一系列失真的误差。此项创新由我院于1962-1964年研发“电阻应变式静力触探”成功之后,经全国推广,在兄弟勘察、设计、科研及教学单位热烈支持并共同投入之下,对其原型的设备方法的改造及实用经验的积累与分析方面作了极大的推进和持续发展,从而形成我国的静力触探体系。

继我国研发电测静力触探之后,荷兰于1970年前后相继在其本国及美国土力学基础工程学报上发表了电测的CPT。其传感结构与我国的有所不同的是双桥应变片贴附于非轴心受力的部件上,分别测记端阻力qc及侧摩阻力fs。探头的防水防潮的密封性是靠“O”形圈维持的。我国勘察设计单位于七十年代中期在获得荷兰CPT的信息后,也进行了仿制探头试用于工程勘察。近十多年来,荷兰Fugro公司又在探头上加设了测量土中孔隙水压力u及测量触探杆在孔中倾斜度α的传感元件,从而形成4功能CPT。

然而必须看到,我国的静力触探虽有丰富的实用经验,且为某些国标、行标所认同,但在测试功能上,多年来未见新的发展。国际上的CPT,虽在表观上增加了两项新的测试参数,但他们在实质上尚不能直接反映并代表土力学理论正式定义下的某项力学性质:qc并非土的抗压或抗剪强度;fs 并非土的内摩阻角或与桩基材料间的摩阻系数;u值亦非饱和土在排水固结过程中孔隙水压力值,更不能反应在时间有限的触探过程中土层的固结性状。这些问题是国内外CPT共有的不足之处,急待我们设法研发新的途径予以弥补。

有鉴于此,我们在近年来努力于探索利用触探测求土力学理论定义下的某项参数,以便于在岩土工程设计及计算中可以直接应用。本文介绍的多功能触探装置及其独特测试方法,是项初步的尝试,在现有的单桥或双桥静力触探基础上,重点增设了测求土的冲剪强度(Punching Shear Resistance,Sp)及测求土层传播纵横波速(Vp,Vs)的传感机构,以及与其配套的独特操作方法。

1 多功能触探测求土的抗剪强度

1.1 问题的衍源

土的抗剪强度测定是土力学试验中最大的难题。在诸多试验方法中,较为实用且较被工程界采纳的,只有直剪和三轴压剪两种。众所周知,直剪试验不论是室内的或野外原位进行的,都无法回避其自身的三大缺点:受剪面上正应力与剪应力非均匀分布;剪损面人为限定,土的真实最小抗剪面未知;所测的剪应力与剪应变(移位)实际上不同时匹配。而三轴试验虽符合莫尔强度理论,如能利用一组完全均质的土样在不同偏压下进行压剪,则可能求得土的真实抗剪强度指标(c,φ)。但在实用中,极难采取和制备三个以上相同土质的试样。如果使用一个试样在不同的偏压下进行反复的剪切,则所得的结果有时会严重失真。因此,国内外的岩土工程设计,在使用直剪或三轴试验的c、φ值时,不得不打个很大的折扣。除直剪和压剪外,尚有扭剪和冲剪。扭剪仅能在室内模型器内制备重塑土样,而其扭剪力的施加,不论在顶面上或在侧面的内外环上,均存在极大的困难,难以实施。冲剪作用在某些土工合成材料中曾有考虑,在机械制造工艺中,冲床是冲剪作用的典例。

冲剪作用适用于在半无限土体内,用平板施加向上或横向作用的冲压力,而使土体形成空穴形的边界条件。实际上,岩土工程中采用的锚定板挡土结构,在锚定板系统拉力达到极限而土体破损时,则属冲剪破坏并出现空穴,因此,在土中施加的冲剪力必须使用方形或圆形的平板,在其上施加正应力,即可在冲剪施力板面产生纯的冲剪作用。

触探试验具有模拟冲剪作用的有利条件,我们试图设计这种多功能触探头,其中隐含着可以伸出探头筒的两翼作为冲剪器,当将触探头向上提升时,两翼冲剪器伸出筒外,向周围土体施加冲剪力,并形成冲剪空穴。

1.2 冲剪机理的模型试验

为了分析和验证冲剪机理,并探索其实用方法,我们进行了冲剪模型实验。

图1是在纯中砂模型箱中进行实验的照片。冲剪器是35mm×35mm刚性平板,中砂呈中密稍湿。填土分层在模型箱中轻锤夯实,层间加放着色中砂以显示层间变形。照片显示冲剪器左右两侧土体变形大体一致,但稍欠均衡,可能由于填土不够均匀以及手动拉杆施力不稳之故。照片表明,冲剪器直接作用的土体右上方出现明显的剪损与左上方隐显的整体冲剪破损面均为60°角,且两者共轭。用莫尔强度理论推算α≈60°=45°+φ/2,则φ≈30°,此与中砂的内摩擦角值近乎相等。

图2是粘土质中砂的冲剪模型。材料属低塑性,呈稍湿状态。土体填筑的均匀性略显改善。再从模型整体来看,隐现的冲剪剪损面左右对称,约呈α≈58°,用莫尔理论推算的内摩擦角φ≈26°,符合其实际值。

图3是检验不同土类互层中的冲剪机理。冲剪器起始作用的第1层为软塑砂质粘土,第2层为湿松的纯中砂,第3层土质同第1层为砂质粘土,第4层同第2层为中砂。试验表明第1、3层软塑砂质粘土的冲剪变形呈流塑状态,无明显的冲剪面。第2、4层湿的中砂受其下方材料流塑变形影响,冲剪变形隐约可见,并不明显。从整体形态着眼,耦合的对称冲剪面趋于X形,但第1、3层与第2、4层材料的冲剪变形显示不同。

图4是模拟深层土中的冲剪机理。色标材料置于各分层面,以显示不同深度土层在冲剪作用下的变形/破损形态。模型材料为中砂,共分12层松填。冲剪器起始作用从最下面的第2层,经连续提升冲剪器并穿透三层材料后,出现整体右倾的冲剪变形,显然由于手拉施力杆失掉平衡所致。但12层色标的冲剪变形叠落在一起,仍可隐现整体冲剪破损面的形迹。

图5至图8是用以验证同一土层在经受不同尺寸的冲剪器和经受不同冲剪历程后,所反映的抗冲剪性状及其稳定性。图5表明在同一模型箱中,填筑的同一密度、湿度的土层中埋设尺寸不同的冲剪器,以备在不同时间,用不同冲剪器,逐次进行冲剪试验。图6所示为首先用模型中间设置的35mm×35mm冲剪器进行试验的情况。它显示左右对称且耦合的冲剪变形,如线条所示,在整体性状上,反映出由变形线条组合而成的隐形冲剪破损面,具有明显的趋势。图7显示第二步试验结果,即利用预置于模型箱右侧的较大的40mm×40mm冲剪器进行试验,结果出现的层间冲剪变形与图6所示第一步试验形态几近相同,然而第一步试验经冲剪变形的土体,在第二步试验中经受扰动,而略有下陷。但二者总体呈现的隐形冲剪破损面,却基本一致。图8是利用较小的30mm×30mm冲剪器在模型左侧边界附近进行冲剪。其形态因受右侧邻近已发生冲剪变形的影响而畸变,但其左侧的冲剪变形线,尽管受模型箱边界的约束,仍体现出与前两步试验所得结果大体相符。我们由此得出的推论是土的抗冲剪变形及其极限状态的抗冲剪强度,不受冲剪器的大小及其施加冲剪力的程序影响,而是一项稳定的土力学指标。

上述冲剪模型试验显示一项重要的规律,即冲剪力导致的土体受剪变形及其极限状态——冲剪破损面,其形状及剪损面角α与三轴压剪所得性状及机理完全一致,因此在触探反向提升过程中测得的冲剪强度Sp,可作为在极限状态下的大主应力σ1;而其侧向围压σ3可根据Ps-Ko经验关系求得,从而可利用莫尔圆图解求得不同深度土层的抗剪强度指标(c,φ)值。

2 多功能触探的机电测试系统

2.1 多功能触探头的机械传感系统

图9是探头机械装置的示意图。

为进行静动态测试,设计的多功能触探头主要由三部分组成:

(1)探头的尖端是常规的静力触探,我们采用了单桥探头测定比贯入阻力ps,如有需要也可装配双桥探头;

(2)探头中部是用以测定冲剪力的机构。它由微型驱动马达,通过推动杆件,在反向提升探头时将两侧的冲剪器推出探头筒外,测定土的冲剪强度Sp,其测定值由其下方的应力传感器接受;

(3)为测量土层的纵横波速(Vp、Vs),而装设了三向检波的速度摆。

以上全部机件的传感共需12~14条线的屏蔽电缆,其外径应小到可以通过探头内机件的缝隙,与地面上的电源及工控机接通,这在取材上几无可能。为此我们设计了单片机,将探头端部及中部的传感器10~12条线减为6条。连同上部的检波器共用10芯微电缆,从而解决了信号传输问题。

在机件设计上遇到的问题,首先是在探头筒壁两侧必须设有两条轴向的开缝,以便使冲剪器作伸出/闭合的动作。经现场初试查明,地下饱水的软土泥沙带水会大量侵入探头筒两侧的开缝内。探头内电机的防水已有密封器件,余留的问题是防泥沙侵入。为此我们设制了在开缝上下两段分别采用弹性塑胶膜套封,和尼龙丝对口插封,以挡住泥沙的侵入。

在探头上部装设的是速度摆式检波器,必须防止其与周围的金属产生次生磁场的影响,为此我们在探头筒的这一段制造中采用了退磁的钢材。

由多种组件装配的探头,其体型较长,约近80cm,因此各项参数在测记的深度上有一定的差距,此项差距在调试工控机时可预置调整,使各项参数的测深曲线在同一深度上相互对应。

2.2 多功能触探单片机数据采集电路

2.2.1 设计方案

单片机采用485串口信号线通讯,并且用485串口信号线给单片机供电。

单片机共有两路:第一路用于记录探头所在深度的位置信号,第二路用于记录探头在地下采集到的力学信号。这两路信号要通过485信号线传递到工控机;这两路信号有对应关系,最后经过工控机处理后能够得到:“厘米、千帕”二维坐标数据。

第一路单片机与第二路单片机各有一个时钟,采集开始时这两个时钟校对使其相同。第一路单片机,每10cm采集一次位置信号并且记录采集时间。第二路单片机,每0.2s采集一次,每次采集三路力学信号,并且记录下这次的采集时刻,三片C8051F350同步采样。

工控机视做主机。

第一路单片机采集到的信号传到工控机后,工控机全部记录下来,第二路单片机采集到的信号传到工控机后,只记录第一路记录下来的“对应时刻”的第二路单片机采集到的力学数据。这样就得到每进尺10cm的连续数据,有时间、位置、力这三个参数。工控机用这些数据在屏幕上画出深度-力曲线,曲线实时显示。曲线共有三条,一条为下降时用静探探头的“惠斯通电桥”测到的,是“比贯入阻力ps”的曲线,两条为提升时用冲剪器的“惠斯通电桥”测到的,是“冲剪力”。这三个电桥同时工作,只是一个下降时数据有意义,两个提升时数据有意义。

C8051F350芯片PGA只能提供1、2、4、8、16、32、64、128倍放大,放大后供AD转换用。 每路“惠斯通电桥” 在参数标定时用程序标定,在工控机显示屏上有对话框,用键盘与计算机交互。标定后输入参数(PGA、offset DAC),每路分别存入参数。工作时,自动用标定后参数。

单片机内,数据存储区48K,扩充到1MByte。AD转换后结果取两字节。

在工控机屏幕上显示的两个图像要求深度位置相同,如图10所示。

第一路单片机采集深度信号,信号由三个接点开关提供,开关每接通断开一次为移动10cm,并且自动判断方向是上升还是下降,开关由旋转轮上的磁铁驱动,旋转轮由探杆位移时摩擦驱动。

第二路单片机的体积,须在直径不超过25mm、长度不超过70mm的圆柱空间内,能接入JTAG线供编程时使用。能提供电桥的桥源为恒压源,电压为2.5V,最小工作电流不少于75mA。

第一路单片机采用C8051F350捕捉外部开关信号,记录捕捉时间,通过485总线通信并同时将数据存储在FLASH内。485总线由4条线构成,6~9V电源线、地线、D+和D-,采用4芯的屏蔽线缆。使用1MByte的串行FLASH存储数据。

第二路单片机采用三片C8051F350分别对静探探头和冲剪器的输出电压进行测量,各自与工控机通过485总线通信,并同时将数据存储在FLASH内。C8051F350内部自带24位Δ-Σ A/D转换器,在使用其内部2.5V参考电压时测量精度可达1uV,满足本设计的要求。485总线由4条线构成,6~9V电源线、地线、D+和D-,可采用4芯的屏蔽线缆。使用1MByte的串行FLASH存储数据,本设计中,采样率为5Hz,字长为2字节,FLASH可存储29.12h的数据。

电路原理如图11所示。

2.2.2 基本通信流程

将工控机视为主机,单片机视为从机。

(1) 只能由主机发起指向某个从机的通信,开始一次会话,并设置一超时时间;

(2) 相应的从机收到主机命令后,如果校验码正确,回复相应的应答信号和数据,否则回复错误码;

(3) 主机收到从机回复后,如果是错误码或者校验码出错,重发本命令;否则结束本次会话;

(4) 如果主机超时未收到数据,重发本命令;如果重发次数达到最大允许次数,则放弃本次会话。

3 触探测试参数的应用问题

3.1 多功能触探的实际应用

多功能触探的实际应用,在于通过一次正向贯入试验与反向提升试验求得土的动静力学设计所需参数。具体内容可归结为土的静强度与变形计算,以及土动力学研究所需的各项动力参数。

为了上述目的,可首先通过触探中的动静态两项测试,取得土层中纵横波速(Vp、Vs)及相应深度的静力触探比贯入阻力ps或端阻力qc,然后根据理论公式和静探经验关系式,相应求得如下指标:

(6) 剪切模量(刚度) G=E/2(1+ν)

(7) 侧变形系数 β=1-2νK0

(8) 弹性模量 E=Es(1-2νK0)≈E0

上述第(4)项,E0或Es可从静探的ps或qc的经验关系式求得,参见参考文献[1] 所列诸回归方程。上述第(7)项中,β值在理论上恒小于1.0,但在实际上却恰恰相反。因为土作为固体的变形模量E恒为弹性的,而实际上土在微观上作为松散体的变形模量应为E0,故β值的修正亦可参考该文献中所列关系式取值。

在求得土层中某深度处的冲剪强度Sp后,可将其值作为该处应力处于极限状态下的大主应力σ1,而该点的小主应力σ3可按σ3=K0Sp求得,K0 可由上式中的(1)、(2)或根据ps-K0经验关系(见图12和表1)求得。在同一均质土层的不同深度处,取得两组以上的σ1=Sp及σ3=K0Sp值,可用莫尔圆图解求得土的抗剪强度指标τ(c,φ)值。

3.2 土的抗剪强度指标(c,φ)的求解

我们在模型箱中对粘土质细砂进行了五次冲剪试验,有效地求得土的抗剪强度(c,φ)值,现举一个实例加以说明:

试样:微含粘粒细中砂。模型箱中试样尺寸28cm×28cm×60cm,冲剪器面积7.5cm2。

冲剪力开始施加深度,相当于40cm深处测记,得到左右两个冲剪力曲线,取其平均值,如图13所示。

土的抗剪强度求解过程如下:

①中等深度处(曲线深度28cm):Sp=P/A=10/7.5=1.33kg/cm2=133kPa=σ1-1

设该处土为中密,K0=0.4,σ3-1=K0·Sp=0.4×133=53.2kPa

②深处(曲线下部深度40cm):Sp=6.5/7.5=0.87kg/cm2=87kPa=σ1-2

该处土较松(曲线表明), K0=0.35,σ3-2=Sp·K0=0.35×87=30.5kPa

③浅处(曲线上部深度15cm):Sp=4/7.5=0.53kg/cm2=53kPa=σ1-3

该处土更松,图中压力缺失(曲线表明),故设K0=0.30,σ3-3=0.3×53=15.9kPa

根据三组σ1及σ3值,绘制三个莫尔圆①、②、③如图14。

用①、②圆求得土的抗剪强度(Line A线):c=5.2kPa,φ=19°

用②、③圆求得土的抗剪强度(Line B线):c=9.0kPa,φ=21°

用①、②、③圆共线求得土的抗剪强度(Line C线):c=7.2kPa,φ=20°

4 结语

本文介绍的内容是建设综合勘察研究设计院已申报发明专利的研发项目,在院领导的大力支持下,项目的研发工作取得初步成果。但文中介绍的内容只是初步的尝试,在样机加工工艺上,我们曾遇到很多困难。例如冲剪器的微型应力传感元件的 取材及金属加工与贴应变片的难度极大。此外,在探头的两侧为冲剪器伸出和闭合而设的开缝,其防止泥砂侵入的措施仍未臻理想。在多功能测试参数的应用方面和理论公式的实用,尚需通过试验进行修补和验证。这些工作均需兄弟单位支持和帮助,使其逐步完善,发挥其实用效果。

参考文献