CN105044463B - 在线式电阻率测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在线式电阻率测试系统，包括通信电缆、计算机、计算机控制系统和多个测试控制盒，所述测试控制盒包括测量电感线圈、高度基准面、高度调节装置、控制线路板、站号设定旋钮、电子元器件、信号连接器、温度传感器和吸盘，测试控制盒底部由绝缘陶瓷构成，测量电感线圈设于测试控制盒底部的两侧，吸盘设在测试控制盒底部的中间，控制线路板包括微控制器、站号设定电路、高精度涡流信号专用处理电路、高精度信号发生电路、测温电路、电源电路、显示电路、通信电路、存储器电路。本发明克服了传统接触式测量对测试材料表面要求非常高的难题，拓展了现有技术中只能测试材料小部分特性的应用领域，从空间和时间多角度反映材料服役状态。

Description

在线式电阻率测试系统

技术领域

本发明涉及一种材料物理性能的测试分析装置，特别是涉及一种材料电学性能的测试分析装置，属于材料分析和电子测试设备技术领域。

背景技术

电阻率的测试常规的测试方法是四探针法或四线法，四线法主要应用在金属电阻率接触测试中，接触式测量由于接触电阻等原因对测试材料的表面要求非常高，这在工业现场是很难满足测试要求的。一般的测试方式均是将被测材料根据测试夹具的要求通过线切割等方式加工成被测试样，然后在测试仪器上进行电阻率测试，测试的是局部材料的服役前的情况，或者是材料失效后切割小部分再进行测试分析，分析材料失效的原因，及不同服役状态过程中的特性。测试试样与实际材料服役的情况还是有比较大的差别，例如加工前小试样的局部特性不能真实反映整体材料的性能和加工过程对材料特性存在的影响。传统的测试方式的局限性导致了缺乏对材料服役过程中测特性变化的记录分析，丢失了服役过程中材料特性变化的重要信息或失效等结果数据的实践总结。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种在线式电阻率测试系统，同时克服了传统接触式测量对测试材料的表面要求非常高的难题，拓展了现有技术中只能测试材料小部分特性的应用领域，从空间和时间多角度反映材料服役状态。

为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案：

一种在线式电阻率测试系统，由计算机、软件控制系统和测试控制盒组成，测试控制盒通过通信电缆与计算机电气通信连接，软件控制系统安装于计算机的软件系统中，至少设置两个测试控制盒，每个测试控制盒皆由传感器系统、盒体姿态和定位系统、站号设定旋钮和信号连接器组成，传感器系统由第一测量电感线圈、第二测量电感线圈、控制线路板、温度传感器和控制单元组成，盒体姿态和定位系统由高度调节装置、高度基准面左支点、高度基准面右支点和定位吸盘组成，测试控制盒底部由绝缘材料制成，第一测量电感线圈、第二测量电感线圈设置于测试控制盒底部的两侧，定位吸盘设置于测试控制盒底部的中间位置，两个高度调节装置分别设置于第一测量电感线圈和定位吸盘之间以及第二测量电感线圈和定位吸盘之间，使两个高度调节装置以定位吸盘的位置为中心呈对称分布，设定使得第一测量电感线圈和第二测量电感线圈同时与被测材料表面处于非接触的状态，温度传感器也设置于测试控制盒底部，第一测量电感线圈、第二测量电感线圈和温度传感器皆通过导线与控制线路板信号连接，站号设定旋钮和控制单元皆设置于控制线路板上，控制单元根据使用者旋转开关站号设定旋钮完成对应测试控制盒的站号的设定，控制线路板和信号连接器之间进行实时数据传送，通过信号连接器完成与计算机软件控制系统的实时数据交换。

作为本发明优选的技术方案，至少设置三个测试控制盒。

作为上述技术方案中进一步优选的技术方案，设置三个测试控制盒，分别为第一测试控制盒、第二测试控制盒和第三测试控制盒。

作为上述技术方案中进一步优选的技术方案，在测试控制盒的控制线路板上的控制单元采用微控制器，微控制器与同时设置于控制线路板上的站号设定电路、高精度涡流信号专用处理电路、高精度信号发生电路、测温电路、电源电路、显示电路、通信电路和存储器电路电气连接，站号设定电路与站号设定旋钮信号连接，微控制器根据使用者旋转站号设定旋钮后由站号设定电路获取的开关脉冲信号来完成站号的设定，电源电路为控制线路板供电，高精度信号发生电路产生交变电压信号，并通过测试控制盒的第一测量电感线圈和第二测量电感线圈将交变电压信号输送至被测材料，第一测量电感线圈和第二测量电感线圈再感知从被测材料方向返回的信号，通过高精度涡流信号专用处理电路将从被测材料采集的信号发送给微控制器进行信号处理，信号处理的结果通过显示电路向显示输出终端显示测试结果，微控制器同时还通过通信电路进行电平转换形成通信信号，然后再由对应的测试控制盒的通信电缆将通信信号实时数据传送给计算机及软件控制系统，每个测试控制盒的温度传感器将对应温度检测送号发送给同一测试控制盒的测温电路，将温度传感器的热电势线性化放大后输出直流电压值由微控制器传输到存储器电路，来实时记录测试过程的温度变化。

作为上述技术方案中进一步优选的技术方案，测试控制盒底部由绝缘陶瓷材料制成。

作为上述技术方案中进一步优选的技术方案，根据测试需要，高度调节装置通过高度调节螺母实现对高度基准面左支点和高度基准面右支点的升降高度调控，进而调节第一测量电感线圈和第二测量电感线圈与被测材料表面的距离。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1.在采用本发明在线式电阻率测试系统测试时，不受测试材料表面油污等介质的影响,适应性强，测试数据准确；

2.本发明在线式电阻率测试系统能在线实时、快速和精确分析整体材料在服役过程中的电阻率变化，以及与电阻率相关的物理特性变化，获取材料电阻率变化趋势信息；

3.本发明在线式电阻率测试系统的装置结构简单，测试精确度高。

附图说明

图1是本发明优选实施例在线式电阻率测试系统的结构示意图。

图2是本发明优选实施例的测试控制盒的结构示意图。

图3是沿图2中A向的视图。

图4是本发明优选实施例的测试控制盒控制线路板框图。

图5是本发明优选实施例的微控制器的电路结构示意图。

图6是本发明优选实施例的站号设定电路的电路结构示意图。

图7是本发明优选实施例的高精度涡流信号专用处理电路的电路结构示意图。

图8是本发明优选实施例的高精度信号发生电路的电路结构示意图。

图9是本发明优选实施例的测温电路的电路结构示意图。

图10是本发明优选实施例的电源电路的电路结构示意图。

图11是本发明优选实施例的显示电路的电路结构示意图。

图12是本发明优选实施例的通信电路的电路结构示意图。

图13是本发明优选实施例的存储器电路的电路结构示意图。

具体实施方式

本发明的优选实施例详述如下：

在本实施例中，参见图1～图3，一种在线式电阻率测试系统，由计算机5、软件控制系统6 和测试控制盒组成，测试控制盒通过通信电缆4与计算机5电气通信连接，软件控制系统6 安装于计算机5的软件系统中，一共设置3个测试控制盒，分别为第一测试控制盒1、第二测试控制盒2和第三测试控制盒3，每个测试控制盒皆由传感器系统、盒体姿态和定位系统、站号设定旋钮2-5和信号连接器2-7组成，传感器系统由第一测量电感线圈2-2、第二测量电感线圈2-9、控制线路板2-4、温度传感器2-8和控制单元2-6组成，盒体姿态和定位系统由高度调节装置2-3、高度基准面左支点2-1、高度基准面右支点2-10和定位吸盘2-11组成，测试控制盒底部由绝缘陶瓷材料制成，第一测量电感线圈2-2、第二测量电感线圈2-9设置于测试控制盒底部的两侧，定位吸盘2-11设置于测试控制盒底部的中间位置，两个高度调节装置2-3分别设置于第一测量电感线圈2-2和定位吸盘2-11之间以及第二测量电感线圈2-9和定位吸盘2-11之间，使两个高度调节装置2-3以定位吸盘2-11的位置为中心呈对称分布，设定使得第一测量电感线圈2-2和第二测量电感线圈2-9同时与被测材料表面处于非接触的状态，进行非接触式测量，保证了测试信号不被被测材料表面污垢影响，第一测量电感线圈2-2 和第二测量电感线圈2-9的线圈根据不同的材料选择不同的圈数，在实施时需要将线圈的参数输入给控制单元2-6，以便计算需要，根据测试需要，高度调节装置2-3通过高度调节螺母实现对高度基准面左支点2-1和高度基准面右支点2-10的升降高度调控，进而调节第一测量电感线圈2-2和第二测量电感线圈2-9与被测材料表面的距离，使得电感检测信号处于最佳状态，定位吸盘2-11将各测试控制盒分别与被测材料的设定测试点位置进行固定，旋转定位吸盘2-11顶端的螺母可以实现压紧和松开的动作，拆卸方便，温度传感器2-8也设置于测试控制盒底部，温度传感器2-8采用K分度的热电偶传感器来是实现温度采集，并将被测材料服役的实时温度传给控制线路板2-4，温度传感器2-8将温度信号送给各测试控制盒的测温电路，将温度传感器的热电势线性化放大后输出直流电压值由微控制器实时记录测试过程的温度变化，第一测量电感线圈2-2、第二测量电感线圈2-9和温度传感器2-8皆通过导线与控制线路板2-4信号连接，站号设定旋钮2-5和控制单元2-6皆设置于控制线路板2-4上，控制单元2-6根据使用者旋转开关站号设定旋钮2-5完成对应测试控制盒的站号的设定，站号设定旋钮2-5用来设定本测试控制盒或测试材料位置的站号，为记录的数据做好标识，采用金属凸轮编码器EC11B15202AA，控制线路板2-4和信号连接器2-7之间进行实时数据传送，通过信号连接器2-7完成与计算机软件控制系统6的实时数据交换，信号连接器2-7采用DB9 接插件将各测试控制盒的采集信号通过连接线送出给计算机5的串行通信口。控制线路板2-4 的作用是完成温度传感器温度信号的放大及采集运算，控制线路板2-4的芯片采用AD595或 OP07，控制线路板2-4的完成交流信号的产生采用AD9835驱动或LM386模块，控制线路板 2-4还完成其他测试信号的控制以及电阻率的计算，并将信号传送给计算机5保存分析，并显示工作的状态等信息。

在本实施例中，参见图1～图13，在测试控制盒的控制线路板2-4上的控制单元2-6采用微控制器3-1，微控制器3-1与同时设置于控制线路板2-4上的站号设定电路3-2、高精度涡流信号专用处理电路3-3、高精度信号发生电路3-4、测温电路3-5、电源电路3-6、显示电路3-7、通信电路3-8和存储器电路3-9电气连接，微处理器3-1采用89C51、MSP430F169 或STM32F103，电源电路3-6采用LM7805或LM2576-3.3，高精度涡流信号专用处理电路 3-3采用ICL7660，显示电路3-7采用CH453，通信电路3-8采用MAX485或SN75LB184，存储器电路3-9采用FMV2410，来完成非接触式涡流法的电阻率测试，站号设定电路3-2与站号设定旋钮2-5信号连接，微控制器3-1根据使用者旋转站号设定旋钮2-5后由站号设定电路3-2获取的开关脉冲信号来完成站号的设定，电源电路3-6为控制线路板2-4供电，高精度信号发生电路3-4产生交变电压信号，并通过测试控制盒的第一测量电感线圈2-2和第二测量电感线圈2-9将交变电压信号输送至被测材料，第一测量电感线圈2-2和第二测量电感线圈2-9再感知从被测材料方向返回的信号，通过高精度涡流信号专用处理电路3-3将从被测材料采集的信号发送给微控制器3-1进行信号处理，信号处理的结果通过显示电路3-7向显示输出终端显示测试结果，微控制器3-1同时还通过通信电路3-8进行电平转换形成通信信号，然后再由对应的测试控制盒的通信电缆4将通信信号实时数据传送给计算机5及软件控制系统6，每个测试控制盒的温度传感器2-8将对应温度检测信号发送给同一测试控制盒的测温电路3-5，将温度传感器2-8的热电势线性化放大后输出直流电压值由微控制器3-1传输到存储器电路3-9，来实时记录测试过程的温度变化。本实施例在测试时，多个站点将测试到的数据实时传送到计算机5中存储，通过计算机软件控制系统6的LABVIEW或VISUAL BASIC 语言编制的程序，根据测试位置及历史数据进行分析测试结果。

在本实施例中，参见图1～图3，控制线路板2-4的作用是完成温度传感器温度信号的放大及采集运算，第一测量电感线圈2-2和第二测量电感线圈2-9将磁场信号通过非接触式的方式将信号送至被测材料，高精度涡流信号专用处理电路3-3采集涡流反作用于第一测量电感线圈2-2和第二测量电感线圈2-9的信号，送给微控制器3-1处理，完成电阻率的计算，并将信号通过总线连接，各测试控制盒采用并联的方式完成，简单可靠，根据特定的MODIBUS或CAN协议实现数据远距离传送，完成将在线测试的数据记录传送给计算机5，本实施例非接触在线式电阻率测试系统保存分析，并显示工作的状态等信息。本实施例非接触在线式电阻率测试系统具有记录数据，查询数据、分析数据、打印记录的等功能，完成综合评估被测材料服役过程的各个测试点、整体特性变化。

上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明在线式电阻率测试系统的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种在线式电阻率测试系统，由计算机（5）、软件控制系统（6）和测试控制盒组成，所述测试控制盒通过通信电缆（4）与所述计算机（5）电气通信连接，所述软件控制系统（6）安装于所述计算机（5）的软件系统中，其特征在于：至少设置两个所述测试控制盒，每个所述测试控制盒皆由传感器系统、盒体姿态和定位系统、站号设定旋钮（2-5）和信号连接器（2-7）组成，所述传感器系统由第一测量电感线圈（2-2）、第二测量电感线圈（2-9）、控制线路板（2-4）、温度传感器（2-8）和控制单元（2-6）组成，所述盒体姿态和定位系统由高度调节装置（2-3）、高度基准面左支点（2-1）、高度基准面右支点（2-10）和定位吸盘（2-11）组成，所述测试控制盒底部由绝缘材料制成，所述第一测量电感线圈（2-2）、所述第二测量电感线圈（2-9）设置于所述测试控制盒底部的两侧，所述定位吸盘（2-11）设置于所述测试控制盒底部的中间位置，两个所述高度调节装置（2-3）分别设置于所述第一测量电感线圈（2-2）和所述定位吸盘（2-11）之间以及所述第二测量电感线圈（2-9）和所述定位吸盘（2-11）之间，使两个所述高度调节装置（2-3）以所述定位吸盘（2-11）的位置为中心呈对称分布，设定使得所述第一测量电感线圈（2-2）和所述第二测量电感线圈（2-9）同时与被测材料表面处于非接触的状态，所述温度传感器（2-8）也设置于所述测试控制盒底部，所述第一测量电感线圈（2-2）、所述第二测量电感线圈（2-9）和所述温度传感器（2-8）皆通过导线与所述控制线路板（2-4）信号连接，所述站号设定旋钮（2-5）和所述控制单元（2-6）皆设置于所述控制线路板（2-4）上，所述控制单元（2-6）根据使用者旋转开关所述站号设定旋钮（2-5）完成对应测试控制盒的站号的设定，所述控制线路板（2-4）和所述信号连接器（2-7）之间进行实时数据传送，通过所述信号连接器（2-7）完成与计算机软件控制系统（6）的实时数据交换。

2.根据权利要求1所述在线式电阻率测试系统，其特征在于：至少设置三个所述测试控制盒。

3.根据权利要求2所述在线式电阻率测试系统，其特征在于：设置三个所述测试控制盒，分别为第一测试控制盒（1）、第二测试控制盒（2）和第三测试控制盒（3）。

4.根据权利要求1~3中任意一项所述在线式电阻率测试系统，其特征在于：在所述测试控制盒的控制线路板（2-4）上的所述控制单元（2-6）采用微控制器（3-1），所述微控制器（3-1）与同时设置于控制线路板（2-4）上的站号设定电路（3-2）、高精度涡流信号专用处理电路（3-3）、高精度信号发生电路（3-4）、测温电路（3-5）、电源电路（3-6）、显示电路（3-7）、通信电路（3-8）和存储器电路（3-9）电气连接，所述站号设定电路（3-2）与所述站号设定旋钮（2-5）信号连接，所述微控制器（3-1）根据使用者旋转所述站号设定旋钮（2-5）后由所述站号设定电路（3-2）获取的开关脉冲信号来完成站号的设定，所述电源电路（3-6）为所述控制线路板（2-4）供电，所述高精度信号发生电路（3-4）产生交变电压信号，并通过所述测试控制盒的所述第一测量电感线圈（2-2）和所述第二测量电感线圈（2-9）将交变电压信号输送至被测材料，所述第一测量电感线圈（2-2）和所述第二测量电感线圈（2-9）再感知从被测材料方向返回的信号，通过所述高精度涡流信号专用处理电路（3-3）将从被测材料采集的信号发送给所述微控制器（3-1）进行信号处理，信号处理的结果通过所述显示电路（3-7）向显示输出终端显示测试结果，所述微控制器（3-1）同时还通过所述通信电路（3-8）进行电平转换形成通信信号，然后再由对应的所述测试控制盒的通信电缆（4）将通信信号实时数据传送给计算机（5）及所述软件控制系统（6），每个所述测试控制盒的温度传感器（2-8）将对应温度检测送号发送给同一所述测试控制盒的测温电路（3-5），将所述温度传感器（2-8）的热电势线性化放大后输出直流电压值由所述微控制器（3-1）传输到所述存储器电路（3-9），来实时记录测试过程的温度变化。

5.根据权利要求1~3中任意一项所述在线式电阻率测试系统，其特征在于：所述测试控制盒底部由绝缘陶瓷材料制成。

6.根据权利要求1~3中任意一项所述在线式电阻率测试系统，其特征在于：根据测试需要，所述高度调节装置（2-3）通过高度调节螺母实现对所述高度基准面左支点（2-1）和所述高度基准面右支点（2-10）的升降高度调控，进而调节所述第一测量电感线圈（2-2）和所述第二测量电感线圈（2-9）与被测材料表面的距离。