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力学材料试验机广泛应用于材料机械性能检测领域中，其在施加任何形式的轴向压力或拉力时，都需要保证足够的受力同轴度(以下简称同轴度)性能指标，这样才能使测量数据拥有较高的准确性与可靠性。早在上世纪60年代，人们就已意识到同轴度的关键作用，但对于测量同轴度的试验方法研究却晚得多，直到80年代末，美国ASTM发布了第一个材料试验机同轴度校准规范
随着科学技术的发展，虚拟仪器技术广泛应用于科学仪器的检测装置中。本文提出一种基于LabVIEW的设计方案，并根据ISO23788以及ASTM E1012标准中的技术要求和检测方法，成功研制出材料试验机检测用同轴度测量仪，目前此设备已经投入正常工作。
依据ISO23788以及ASTM E1012标准要求，同轴度通过弯曲应变量来表示，但其无法由仪器直观的测量出来，只能通过应变值间接计算得到。应变值是通过表面粘贴电阻应变片传感器试样测量得到。
材料试验机试样的弯曲应变类型分为两种，如图1所示左边为C形弯曲，也称曲率弯曲，弯曲矩沿式样平行长度均匀分布，试样中性线的弯曲曲率沿式样平行长度保持处处相同，因此，式样表面的轴向应变沿式样平行长度也处处相同，故而可以在任意位置进行测量;右边为S形弯曲，此种弯曲类型其弯曲矩沿试样平行长度不是均匀分布，弯曲矩由一端为正到另一端为负，但中性线的最大弯曲曲率发生在平行长度两端，故需在两端测量弯曲应变
判断同轴度性能的参数有轴向应变a、各位置的弯曲应变b、最大弯曲应变B和弯曲百分数PB这四项参数，以及试验机与试样参数分离后的四项参数。以四点、三平面测量的方式为例其算法如下:
轴向应变:
式中:e1、e2、e3、e4为四个位置测得的应变，下标表示应变片在应变片式同轴度传感器周围的顺序。
各个位置的弯曲应变为:
最大弯曲应变为:
弯曲百分数为:
传感器试样是通过粘贴在试样表面上的电阻应变片测量其应变的，并以此测量试验机加力系统同轴度。在实际的加载同轴度实验中，一般不是仅仅用单个测量点测量应变，而是采用多点多平面测量。根据标准，通常测量为四点两平面测量，为了保证测量准确度，可以改进为四点、三平面的测量方式，如图2所示。
图2 四点三平面的传感器试样
试验机同轴度测量仪的硬件主要由应变采集卡与控制器组成。试验机加载后，传感器试样受力产生形变，从而其上的应变片电阻产生变化量，应变值采集卡接收，并将此模拟信号转化为数字信号传输到控制器中进行数据处理，计算出同轴度性能的相关参数，最后直接显示在人机交互界面中。
采集卡选用美国NI公司的NI9237应变采集模块，其拥有四个通道，具有高采样率与高带宽，结合通道间零相位延迟，提供了高效高速的应变或载荷测量系统。本文由于要采集12通道的数据，故需要三个NI9237采集卡。
控制器选用嵌入式NI cDAQ 9132控制器，其拥有四个槽位安装NI9237采集卡。高性能cDAQ-9132控制器还提供了一系列标准连接和扩展选项，包括SD存储、USB、以太网、RS232串口和触发输入。本文应用了cDAQ 9132的USB端口，用于向其导入编写完成的LabVIEW程序与导出数据结果。
同轴度测量仪软件设计开发采用图形化编程的LabVIEW平台，软件主要包括信号采集、数据处理、数据存储、结果显示以及报表生成模块，其流程图如图3所示。本软件功能包括:采集传感器试样的信号并进行记录、计算重要参数、分离试验机与试样的数值、计算得出试验机的同轴度、参照不同标准进行同轴度分级以及数据导出至Excel报表中。
LabVIEW提供了图形化编程方法，可以应用在可视化应用的各个方面，包括硬件配置、测量数据和调试。方便集成任何供应商的测量硬件、在程序框图上展示复杂的逻辑、开发数据分析算法以及设计自定义工程用户界面。
同轴度测量仪软件采用LabVIEW开发系统，利用DAQmx数据采集vi根据应变片自身属性编写采集模块，利用条件结构分别按ISO、ASTM标准编写各项数据处理模块、标量分离模块并完成分级表与生成报表功能。
人机交互界面为试验机同轴度仪的操作主界面，如图4。所示界面左侧为三个控制选项，通过这三个按键实现软件的瞬时采集、调零与程序关闭。12个控件一一对应着上、中、下三个截面上12个应变片，用于显示应变片的应变值，在测量前需用清除零点按键调零。
界面包括7个选项子界面，其中应变数据表界面用于显示每一次瞬时采集所得到的原始数据，最多12个应变片产生的应变值。结果显示分为0度、180度时参数与试验机、试样分量的分离界面。在每一次瞬时采集后，程序将会自动计算当前采集方向的四项参数并记录到图表中。试验机与试样分量的分离可以选择自动计算与手动计算，自动计算只会使用最后一组测得的0度与180度方向的各项数据，而手动计算将所得的数据按照顺序录入，再点击手动计算即可。分级表界面中同轴度等级按照标准要求分为5级、8级与10级同轴度，在将试验机分量与试样分量计算出后，分别将试验机与试样的平均轴向应变以及最大弯曲应变输入到控件中，再点击分级选项，即可查看所需试验机分量与试样分量的同轴度等级。导出报表界面将所得的数据输入到每个控件当中，点击导出按键即可将数据导出至Excel中。
本试验在GNT100型电子万能试验机上进行，将传感器试样加持到被测试验机上，如图5所示，此时传感器试样记为0度方向，试验机加载分别测量试验机在5kN、10kN、15kN、20kN、25kN以及30kN时的应变数据，测量完毕后卸掉载荷，保持试验机的位置，将传感器试样轴向旋转180°，此时即为180度方向，再试加0度方向时的相同负载并记录各项数据，两组数据测量结果结合计算出试验机分量与试样分量，即可得出该试验机受力同轴度。
表1为本文所研制的同轴度测量仪测得的该试验机同轴度性能数据。经过实验得出，各项数据均可以成功采集并显示，仪器所得的实验结果依据标准中的规定方法计算得出。
本试验机同轴度测量仪完成后，通过在力学材料试验机上进行测试，检测结果表明该仪器应变测量范围可达到3000个微应变以上满足检测各类试验机的要求，其各项性能指标也符合ISO23788以及ASTM E1012标准中规定的指标和检测方法要求。基于LabVIEW的同轴度测量仪，不但能实时采集应变数据以及计算的试验机同轴度，而且具有界面友好、操作简单以及携带方便等优点，可推广应用于对各类材料试验机的同轴度测量。
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