CN103528493A - 一种印制电路板应力应变测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种印制电路板应力应变测试系统，包括应变传感器、应变测试仪和上位机机构，所述应变传感器贴附在印制电路板上，所述应变传感器与所述应变测试仪连接，所述应变测试仪与所述上位机机构连接。与现有技术相比，本发明提供的印制电路板应力应变测试系统，能够实时对电路板的应变情况进行实时的监控，具有动态响应好、精度高等优点。

Description

一种印制电路板应力应变测试系统

技术领域

本发明涉及应力应变测试领域，确切地说是指一种印制电路板应力应变测试系统。

背景技术

随着科学技术的发展和测试理论的不断创新，新的工程应力应变测试方法也在不断的发展和进步，如今，应用比较广泛的测试方法是静态应变测试及动态应变测试。由于电路板焊点的应变相比其他行业的物体较微小且变化迅速，使用一般的静态应变测试方法不能满足要求，而且这种电子产品的高精密性及易破坏性，也使常规动态应变测试的方法很难实时对电路板的应变情况进行实时的监控，不能满足技术发展的需求。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于提供一种印制电路板应力应变测试系统，能够实时对电路板的应变情况进行实时的监控，具有动态响应好、精度高等优点。

为了解决以上的技术问题，本发明提供的印制电路板应力应变测试系统，包括应变传感器、应变测试仪和上位机机构，所述应变传感器贴附在印制电路板上，所述应变传感器与所述应变测试仪连接，所述应变测试仪与所述上位机机构连接；其中：

所述应变传感器从下至上依次包括基盘、敏感栅和迭层薄膜，所述敏感栅设置在所述基盘和所述迭层薄膜之间；

所述应变测试仪包括数据采集卡、开关稳压电源、总线控制底槽和接线端子，其中：

所述接线端子作为数据连接口与所述应变传感器的金属电阻片连接，所述接线端子，把金属应变片的导线与数据采集卡的采集端口相连；所述数据采集卡安装在所述总线控制底槽上，所述数据采集卡为对金属电阻片的模拟数据转换为数字数据进行采集，所述总线控制底槽为所有数据采集卡供电并使所有数据采集卡信号通讯同步；所述开光稳压电源与所述总线控制底槽连接，所述开关稳压电源为稳定输入电压，把市电220V交流电转换成稳定输出的12V直流，为总线控制底槽供电；

所述数据采集卡包括模数转换模块、抗混叠滤波模块、数据校准模块、惠斯通电桥模块、数据采集模块和断电保护模块，所述信号经过模数转换模块、抗混叠滤波模块、数据校准模块、惠斯通电桥模块处理后，在数据采集模块中进行采集；所述模数转换模块把传感器的模拟信号转换为计算机使用的数字信号；所述抗混叠滤波模块内置模拟和数字滤波，通过通带平滑度和相位非线性度定量表示通带内信号，无混叠带宽范围内的所有信号均为无混叠信号或至少经阻带抑制过滤的信号，防止产生混叠；所述数据校准模块校准电路由一个高精度电阻和一个软件控制开关组成，它们通过1/4桥电阻连接在一起；所述惠斯通电桥模块构成一个平衡电桥，精确测量出桥臂电阻值的变化，可测量出金属电阻应变片的阻值变化；所述数据采集模块对数据进行采集缓存；所述断电保护模块当电源突然断电时会产生瞬间高电压的脉冲，会烧坏板内的精密元件，此模块作用在于对这种高电压脉冲的隔离保护；

所述上位机机构包括应变传感器基本参数设置模块、数据采集控制显示模块、数据分析处理显示模块和数据报表导出模块，应变传感器基本参数设置模块用于设置应变传感器基本参数，所述数据采集控制显示模块用于控制和显示数据采集的信息，所述数据分析处理显示模块用于数据的分析、处理和显示，所述数据报表导出模块用于导出数据报表。

优选地，所述敏感栅为金属电阻片。

优选地，所述基盘为塑料薄膜。

优选地，所述应变测试仪还包括机箱外壳，所述接线端子设置在所述机箱外壳上，所述数据采集卡、开关稳压电源和总线控制底槽设置在所述机箱外壳内。

优选地，所述惠斯通电桥模块为1/4桥式的惠斯通电桥、半桥式的惠斯通电桥或全桥式的惠斯通电桥。

与现有技术相比，本发明提供的印制电路板应力应变测试系统，使用高精度动态应变的测试系统及体积窄小的应变片，能对被测电路板在各个工位的受力情况实时数据采集，采样率高达10KHz，做到了对被测试电路板的应变情况进行实时的监控。

附图说明

图1为本发明实施例中印制电路板应力应变测试系统的结构框图；

图2为本发明实施例印制电路板应力应变测试系统中应变传感器的结构示意图；

图3为本发明实施例印制电路板应力应变测试系统中应变测试仪的结构框图；

图4为本发明实施例印制电路板应力应变测试系统中上位机机构的结构框图。

具体实施方式

为了本领域的技术人员能够更好地理解本发明所提供的技术方案，下面结合具体实施例进行阐述。

应力：物体由于外因（受力、温度变化等）而形变时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，这个内力称为应力。

应变：在力学中定义为一微小材料元素承受应力时所产生的单位长度变形量。

应变效应：导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应发生变化，这种现象称为“应变效应”。

应变电测法：是用电阻应变计测量结构的表面应变，在根据应变-应力关系确定构建表面应力状态的一种实验应力分析方法。

惠斯通电桥：电桥由四个等值电阻（其中一个为电阻应变片）组合而成，则无论输入多大电压，输出电压总为0伏，这种状态称为平衡状态。如果平衡被破坏，就会产生与电阻变化相对应的输出电压。适用于检测应变片的电阻微小变化。

请参见图1-图4，图1为本发明实施例中印制电路板应力应变测试系统的结构框图；图2为本发明实施例印制电路板应力应变测试系统中应变传感器的结构示意图；图3为本发明实施例印制电路板应力应变测试系统中应变测试仪的结构框图；图4为本发明实施例印制电路板应力应变测试系统中上位机机构的结构框图。

本发明实施例提供的印制电路板应力应变测试系统，包括应变传感器、应变测试仪和上位机机构，应变传感器贴附在印制电路板上，应变传感器与应变测试仪连接，应变测试仪与上位机机构连接；其中：

应变传感器从下至上依次包括基盘3、敏感栅2和迭层薄膜1，敏感栅2为金属电阻片，基盘3为塑料薄膜，敏感栅2设置在基盘3和迭层薄膜1之间；

应变测试仪包括数据采集卡、开关稳压电源、总线控制底槽和接线端子，其中：

所述接线端子作为数据连接口与所述应变传感器的金属电阻片连接，所述接线端子，把金属应变片的导线与数据采集卡的采集端口相连；所述数据采集卡安装在所述总线控制底槽上，所述数据采集卡为对金属电阻片的模拟数据转换为数字数据进行采集，所述总线控制底槽为所有数据采集卡供电并使所有数据采集卡信号通讯同步；所述开光稳压电源与所述总线控制底槽连接，所述开关稳压电源为稳定输入电压，把市电220V交流电转换成稳定输出的12V直流，为总线控制底槽供电；

所述数据采集卡包括模数转换模块、抗混叠滤波模块、数据校准模块、惠斯通电桥模块、数据采集模块和断电保护模块，所述信号经过模数转换模块、抗混叠滤波模块、数据校准模块、惠斯通电桥模块处理后，在数据采集模块中进行采集；所述模数转换模块把传感器的模拟信号转换为计算机使用的数字信号；所述抗混叠滤波模块内置模拟和数字滤波，通过通带平滑度和相位非线性度定量表示通带内信号，无混叠带宽范围内的所有信号均为无混叠信号或至少经阻带抑制过滤的信号，防止产生混叠；所述数据校准模块校准电路由一个高精度电阻和一个软件控制开关组成，它们通过1/4桥电阻连接在一起；所述惠斯通电桥模块构成一个平衡电桥，精确测量出桥臂电阻值的变化，可测量出金属电阻应变片的阻值变化；所述数据采集模块对数据进行采集缓存；所述断电保护模块当电源突然断电时会产生瞬间高电压的脉冲，会烧坏板内的精密元件，此模块作用在于对这种高电压脉冲的隔离保护；

上位机机构包括应变传感器基本参数设置模块、数据采集控制显示模块、数据分析处理显示模块和数据报表导出模块，应变传感器基本参数设置模块用于设置应变传感器基本参数，数据采集控制显示模块用于控制和显示数据采集的信息，数据分析处理显示模块用于数据的分析、处理和显示，数据报表导出模块用于导出数据报表；

其中：

应变传感器基本参数设置模块具有设置应变传感器名称、样品粘贴位置、应变传感器桥型配置、应变传感器阻值、应变因子设置、物理通道配置、导线阻值、自动识别可用通道、调用已配置文件的功能；

数据采集控制显示模块具有采集前所有通道校正归零、采集过程图形实时显示、保存测试数据、支持各种报警设定、支持应变与应变速率同时采集、彩色2D密度图显示数值分布、滤波、采样率设置、单值显示、初始参数设定记录、扩展信号采集的功能；

数据分析处理显示模块具有对保存数据进行处理、察看数据细节、设定上下限报警值并进行判断、软件滤波、FFT频谱分析、功率谱分析、概率与密度分布分析、倒频谱分析、客户定制功能分析、分析结果支持另行保存的功能；

数据报表导出模块具有导入保存数据实时导出Excel、ASCII、CVS等格式报表、默认报表模板包含测试员名称、应变片参数等内容、可单独导出图片打印和查看、可选择其中某段数据进行导出、可选择其中某个应变传感器的数据进行导出的功能。

应变测试仪还包括机箱外壳，接线端子设置在机箱外壳上，数据采集卡、开关稳压电源和总线控制底槽设置在机箱外壳内。

本发明实施例的惠斯通电桥模块采用的是1/4桥式的惠斯通电桥。另外，本发明还可以使用半桥和全桥的惠斯通电桥来抵消测量过程中温度等因素对应变片电阻的影响。

与现有技术相比，本发明提供的印制电路板应力应变测试系统，使用高精度动态应变的测试系统及体积窄小的应变片，能对被测电路板在各个工位的受力情况实时数据采集，采样率高达10KHz，做到了对被测试电路板的应变情况进行实时的监控。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种印制电路板应力应变测试系统，其特征在于，包括应变传感器、应变测试仪和上位机机构，所述应变传感器贴附在印制电路板上，所述应变传感器与所述应变测试仪连接，所述应变测试仪与所述上位机机构连接；其中：

所述应变传感器从下至上依次包括基盘、敏感栅和迭层薄膜，所述敏感栅设置在所述基盘和所述迭层薄膜之间；

所述应变测试仪包括数据采集卡、开关稳压电源、总线控制底槽和接线端子，其中：

所述接线端子作为数据连接口与所述应变传感器的金属电阻片连接，所述接线端子，把金属应变片的导线与数据采集卡的采集端口相连；所述数据采集卡安装在所述总线控制底槽上，所述数据采集卡为对金属电阻片的模拟数据转换为数字数据进行采集，所述总线控制底槽为所有数据采集卡供电并使所有数据采集卡信号通讯同步；所述开光稳压电源与所述总线控制底槽连接，所述开关稳压电源为稳定输入电压，把市电220V交流电转换成稳定输出的12V直流，为总线控制底槽供电；

所述数据采集卡包括模数转换模块、抗混叠滤波模块、数据校准模块、惠斯通电桥模块、数据采集模块和断电保护模块，所述信号经过模数转换模块、抗混叠滤波模块、数据校准模块、惠斯通电桥模块处理后，在数据采集模块中进行采集；所述模数转换模块把传感器的模拟信号转换为计算机使用的数字信号；所述抗混叠滤波模块内置模拟和数字滤波，通过通带平滑度和相位非线性度定量表示通带内信号，无混叠带宽范围内的所有信号均为无混叠信号或至少经阻带抑制过滤的信号，防止产生混叠；所述数据校准模块校准电路由一个高精度电阻和一个软件控制开关组成，它们通过1/4桥电阻连接在一起；所述惠斯通电桥模块构成一个平衡电桥，精确测量出桥臂电阻值的变化，可测量出金属电阻应变片的阻值变化；所述数据采集模块对数据进行采集缓存；所述断电保护模块当电源突然断电时会产生瞬间高电压的脉冲，会烧坏板内的精密元件，此模块作用在于对这种高电压脉冲的隔离保护；

所述上位机机构包括应变传感器基本参数设置模块、数据采集控制显示模块、数据分析处理显示模块和数据报表导出模块，应变传感器基本参数设置模块用于设置应变传感器基本参数，所述数据采集控制显示模块用于控制和显示数据采集的信息，所述数据分析处理显示模块用于数据的分析、处理和显示，所述数据报表导出模块用于导出数据报表。

2.根据权利要求1所述的印制电路板应力应变测试系统，其特征在于，所述敏感栅为金属电阻片。

3.根据权利要求1所述的印制电路板应力应变测试系统，其特征在于，所述基盘为塑料薄膜。

4.根据权利要求1所述的印制电路板应力应变测试系统，其特征在于，所述应变测试仪还包括机箱外壳，所述接线端子设置在所述机箱外壳上，所述数据采集卡、开关稳压电源和总线控制底槽设置在所述机箱外壳内。

5.根据权利要求1所述的印制电路板应力应变测试系统，其特征在于，所述惠斯通电桥模块为1/4桥式的惠斯通电桥、半桥式的惠斯通电桥或全桥式的惠斯通电桥。

Images