CN106290474B - 一种测量湿型砂含水量的装置及含水量获取方法 - Google Patents

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Abstract

一种测量湿型砂含水量的装置及含水量获取方法，涉及铸造检测领域。解决了电容法或电阻法在测量湿型粘土砂的含水量时，由于电阻和电容之间的相互影响而使含水量测量精度不高的问题。装置由信号源产生模块、0°方波整形模块、含水量探头传感器、90°方波整形模块、第一相敏检波模块、选频放大模块、第二相敏检波模块、第二低通滤波模块、第一低通滤波模块、A/D转换模块、STM32系统、液晶显示模块构成。通过测量低通滤波后的相差90°的两路信号的商，求得湿型粘土砂的介质损耗角，再根据已有的湿型粘土砂的介质损耗角与含水量之间的关系求得含水量。该方法避免了单独计算电阻值或电容值，大大提高了湿型粘土砂含水量的测量精度。

Description

一种测量湿型砂含水量的装置及含水量获取方法
技术领域
本发明涉及铸造检测领域，具体是一种测量湿型砂含水量的装置及含水量获取方法。
背景技术
含水量是湿型粘土砂的重要组分参数，含水量的变化直接关系湿型粘土砂的性能，进而影响铸件的质量，因此，快速准确的测量湿型粘土砂含水量至关重要。目前，电阻法和电容法是被广泛应用的湿型粘土砂含水量快速测量方法，其基本原理是在源激励作用下，根据被测湿型粘土砂的含水量变化时会引起电阻值或电容值的变化，通过测得湿型粘土砂的电阻值或电容值，再根据湿型粘土砂的含水量与电阻值或电容值之间的已有关系来计算含水量的大小。然而，湿型粘土砂在电场作用下要同时表现出电阻特性和电容特性，同时还存在着电容特性，而且这两种特性之间存在着相互干扰，因此很难准确的测量出纯电阻值或纯电容值，这就使得电阻法和电容法的测量精度都不是很高。
发明内容
本发明为了解决电容法或电阻法在测量湿型粘土砂的含水量时，由于电阻和电容之间的相互影响而使含水量测量精度不高的问题，提供一种测量湿型砂含水量的装置及含水量获取方法。
一种测量湿型砂含水量的装置，它包括信号源产生模块、0°方波整形模块、含水量探头传感器、90°方波整形模块、第一相敏检波模块、选频放大模块、第二相敏检波模块、第二低通滤波模块、第一低通滤波模块、A/D转换模块、STM32系统、液晶显示模块。
所述的信号源产生模块的第二信号输出端与0°方波整形模块的信号输入端相连，0°方波整形模块的信号输出端与第二相敏检波模块的第一信号输入端相连，第二相敏检波模块的信号输出端与第二低通滤波模块的信号输入端相连，第二低通滤波模块的信号输出端与A/D转换模块的第二输入通道相连，A/D转换模块的信号输出端与STM32系统的信号输入端相连，STM32系统的信号输出端与液晶显示模块的信号输入端相连。
所述的信号源产生模块的第一信号输出端与90°方波整形模块的信号输入端相连，90°方波整形模块的信号输出端与第一相敏检波模块的第一信号输入端相连，第一相敏检波模块的信号输出端与第一低通滤波模块的信号输入端相连，第一低通滤波模块的信号输出端与A/D转换模块的第一输入通道相连。
所述的信号源产生模块的第三信号输出端与含水量探头传感器的信号输入端相连，含水量探头传感器的信号输出端与选频放大模块的信号输入端相连，选频放大模块的第一信号输出端与第二相敏检波模块的第二信号输入端相连，选频放大模块的第二信号输出端与第一相敏检波模块的第二信号输入端相连。
所述的信号源产生模块能够同时产生相差90°的正弦信号和余弦信号，正弦信号输入到0°方波整形模块中，余弦信号输入到90°方波整形模块中。
所述的一种测量湿型砂含水量的装置的含水量获取方法包括下列步骤：
步骤一、将含水量探头传感器3插入介质损耗角为θ的湿型粘土砂中；
步骤二、信号源产生模块1同时产生频率为ω、相位相差90°的正弦信号和余弦信号，正弦信号经0°方波整形模块2整形后得到0°方波信号Er2 ，余弦信号经90°方波整形模块4整形后得到90°方波信号Er1；
步骤三、含水量探头传感器3的输出信号经选频放大模块6选频放大后输出信号Es；
步骤四、Es和Er2经第二相敏检波模块7相敏检波后输出信号Em2，Es和Er1经第一相敏检波模块5相敏检波后输出信号Em1；
步骤五、Em2和Em1分别经第二低通滤波模块8和第一低通滤波模块9滤波后，得到直流信号Eo2和Eo1，并输入到A/D转换模块10的第二输入通道和第一输入通道，转换为数字量，并传送给STM32系统11；
步骤六、STM32系统11求取Eo2与Eo1的商，即，然后再根据已有的湿型粘土砂的介质损耗角θ与含水量之间的关系求得含水量，并送到液晶显示模块12显示输出。
本发明的优点：本发明由于是通过测量相差90°的两路低频信号，进而求其商，即使用湿型粘土砂的介质损耗角来计算含水量，避免了单独计算电阻值或电容值，消除了电阻和电容之间的相互干扰，大大提高了湿型粘土砂含水量的测量精度。
附图说明
图1是本发明所述的一种测量湿型砂含水量的装置构成图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种测量湿型砂含水量的装置，它包括信号源产生模块1、0°方波整形模块2、含水量探头传感器3、90°方波整形模块4、第一相敏检波模块5、选频放大模块6、第二相敏检波模块7、第二低通滤波模块8、第一低通滤波模块9、A/D转换模块10、STM32系统11、液晶显示模块12。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一的进步一说明，本实施方式中所述的信号源产生模块1的第二信号输出端与0°方波整形模块2的信号输入端相连，0°方波整形模块2的信号输出端与第二相敏检波模块7的第一信号输入端相连，第二相敏检波模块7的信号输出端与第二低通滤波模块8的信号输入端相连，第二低通滤波模块8的信号输出端与A/D转换模块10的第二输入通道相连，A/D转换模块10的信号输出端与STM32系统11的信号输入端相连，STM32系统11的信号输出端与液晶显示模块12的信号输入端相连。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一或二的进步一说明，本实施方式所述的信号源产生模块1的第一信号输出端与90°方波整形模块4的信号输入端相连，90°方波整形模块2的信号输出端与第一相敏检波模块5的第一信号输入端相连，第一相敏检波模块5的信号输出端与第一低通滤波模块9的信号输入端相连，第一低通滤波模块9的信号输出端与A/D转换模块10的第一输入通道相连。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一至三之一的进步一说明，本实施方式所述的信号源产生模块1的第三信号输出端与含水量探头传感器3的信号输入端相连，含水量探头传感器3的信号输出端与选频放大模块6的信号输入端相连，选频放大模块6的第一信号输出端与第二相敏检波模块7的第二信号输入端相连，选频放大模块6的第二信号输出端与第一相敏检波模块5的第二信号输入端相连。其他与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一至四之一的进步一说明，本实施方式所述的信号源产生模块1能够同时产生相差90°的正弦信号和余弦信号，正弦信号输入到0°方波整形模块2中，余弦信号输入到90°方波整形模块4中。其他与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一至五之一的进步一说明，本实施方式所述的信号源产生模块1产生信号的频率为50kHz，所述的A/D转换模块10为分辨为24位的HX711。其他与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种测量湿型砂含水量的装置的含水量获取方法包括下列步骤：
步骤一、将含水量探头传感器3插入介质损耗角为θ的湿型粘土砂中；
步骤二、信号源产生模块1同时产生频率为ω、相位相差90°的正弦信号和余弦信号，正弦信号经0°方波整形模块2整形后得到0°方波信号，余弦信号经90°方波整形模块4整形后得到90°方波信号/>；
步骤三、含水量探头传感器3的输出信号经选频放大模块6选频放大后输出信号；
步骤四、Es和Er2经第二相敏检波模块7相敏检波后输出信号
经第一相敏检波模块5相敏检波后输出信号
；
步骤五、Em2和Em1分别经第二低通滤波模块8和第一低通滤波模块9滤波后，得到直流信号和/>，并输入到A/D转换模块10的第二输入通道和第一输入通道，转换为数字量，并传送给STM32系统11；
步骤六、STM32系统11求取Eo2与Eo1的商，即，然后再根据已有的湿型粘土砂的介质损耗角θ与含水量之间的关系求得含水量，并送到液晶显示模块12显示输出。

Claims (3)

1.一种测量湿型砂含水量的装置，其特征在于，它包括信号源产生模块(1)、0°方波整形模块(2)、含水量探头传感器(3)、90°方波整形模块(4)、第一相敏检波模块(5)、选频放大模块(6)、第二相敏检波模块(7)、第二低通滤波模块(8)、第一低通滤波模块(9)、A/D转换模块(10)、STM32系统(11)、液晶显示模块(12)；
所述的信号源产生模块(1)的第二信号输出端与0°方波整形模块(2)的信号输入端相连，0°方波整形模块(2)的信号输出端与第二相敏检波模块(7)的第一信号输入端相连，第二相敏检波模块(7)的信号输出端与第二低通滤波模块(8)的信号输入端相连，第二低通滤波模块(8)的信号输出端与A/D转换模块(10)的第二输入通道相连，A/D转换模块(10)的信号输出端与STM32系统(11)的信号输入端相连，STM32系统(11)的信号输出端与液晶显示模块(12)的信号输入端相连；所述的信号源产生模块(1)的第一信号输出端与90°方波整形模块(4)的信号输入端相连，90°方波整形模块(2)的信号输出端与第一相敏检波模块(5)的第一信号输入端相连，第一相敏检波模块(5)的信号输出端与第一低通滤波模块(9)的信号输入端相连，第一低通滤波模块(9)的信号输出端与A/D转换模块(10)的第一输入通道相连；所述的信号源产生模块(1)的第三信号输出端与含水量探头传感器(3)的信号输入端相连，含水量探头传感器(3)的信号输出端与选频放大模块(6)的信号输入端相连，选频放大模块(6)的第一信号输出端与第二相敏检波模块(7)的第二信号输入端相连，选频放大模块(6)的第二信号输出端与第一相敏检波模块(5)的第二信号输入端相连；所述的信号源产生模块(1)能够同时产生相差90°的正弦信号和余弦信号，正弦信号输入到0°方波整形模块(2)中，余弦信号输入到90°方波整形模块(4)中。
2.根据权利要求1所述的一种测量湿型砂含水量的装置，其特征在于，所述的信号源产生模块(1)产生信号的频率为50kHz，所述的A/D转换模块(10)为分辨为24位的HX711。
3.基于权利要求1或2所述的一种测量湿型砂含水量的装置，其特征在于，一种测量湿型砂含水量的装置的含水量获取方法包括下列步骤：
步骤一、将含水量探头传感器(3)插入介质损耗角为θ的湿型粘土砂中；
步骤二、信号源产生模块(1)同时产生频率为ω、相位相差90°的正弦信号和余弦信号，正弦信号经0°方波整形模块(2)整形后得到0°方波信号余弦信号经90°方波整形模块(4)整形后得到90°方波信号
步骤三、含水量探头传感器(3)的输出信号经选频放大模块(6)选频放大后输出信号
Es＝Bcos(ωt+θ)；
步骤四、Es和Er2经第二相敏检波模块(7)相敏检波后输出信号 Es和Er1经第一相敏检波模块(5)相敏检波后输出信号
步骤五、Em2和Em1分别经第二低通滤波模块(8)和第一低通滤波模块(9)滤波后，得到直流信号和/>并输入到A/D转换模块(10)的第二输入通道和第一输入通道，转换为数字量，并传送给STM32系统(11)；
步骤六、STM32系统(11)求取Eo2与Eo1的商，即然后再根据已有的湿型粘土砂的介质损耗角θ与含水量之间的关系求得含水量，并送到液晶显示模块(12)显示输出。
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