CN106645968B - 一种可显示硅材料电阻率及pn型的便携式测量装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可显示硅材料电阻率及PN型的便携式测量装置及使用方法，外部形状呈笔筒形，包括保护盖、中间套筒、供电套筒、切换开关、探针、集成电路板、数码管、发声器、提示灯、电源供电电路板、USB插孔、锂电池盒，其特征是集成电路板为双面板，包括单片机STM32、BOOT状态开关电路、数码管驱动芯片、JTAG程序模块、模数转换模块、数码管显示电路、电源转换模块、USB供电模块、电池供电电路；本发明测量装置常温下测试范围为0.001‑200ΩCM，测试精度为1%，可单手操作，只需把探针接触硅材料，即可显示相应PN型提示灯和电阻率范围，方便快捷。

Description

一种可显示硅材料电阻率及PN型的便携式测量装置及使用 方法

技术领域

本发明涉及测量硅材料PN型的技术领域，特别是涉及一种可显示硅材料电阻率及PN型的便携式测量装置及使用方法。

背景技术

在光伏行业内多晶硅铸锭或是单晶拉制需要将一些细碎硅料作为原料，在使用之前，必须严格控制这些细碎硅料的PN型及其电阻率，硅材料的PN型和电阻率是铸锭的重要技术指标。目前，市场上普遍采用的测量硅材料PN型及其电阻率的现有设备属于台式设备，体积过大，不易携带。关于检测半导体硅材料导电类型的测试设备及其仪器，已有相关的文献报道，如公开号为 CN201413381的中国专利太阳能电池晶硅硅片导电类型测量装置，该太阳能电池晶硅硅片导电类型测量装置包括检测平台，检测平台上设置有壳体，壳体内设置有可伸缩的冷、热探针，所述的冷、热探针之间通过导线连接有电压表，所述的电压表置于壳体外部，热探针还通过热导线连接有加热器；公开号为 CN201594530U 的中国专利公开了一种可单手操作的镊子型硅料分选装置，该实用新型是利用温差法原理，将传统的双手操作改为单手操作，具体方案是将传统的探针该为镊子型探针，这样可以一只手握住镊子型探针，一只手用于拨动硅料，搬动硅料，也可以用于记录，从而提高工作效率；该技术方案可以测试细碎硅料的 P/N 型，但无法测试出硅料的重掺特性；公开号为CN 202018493 U的中国专利公开了一种镊子型硅料导电类型测试装置，尤其涉及一种不规则的细碎硅料的导电类型测试装置，该装置包括测试主机、导线和接触件，三个接触件分别通过导线与测试主机连接，采用该装置可以检测一些传统三探针法无法检测的细碎硅料的 PN 型，同时还能挑出一些电阻率低的重掺硅料，本实用新型主要是利用整流法原理，将传统的三探针中的两根探针改为镊子型，这两根镊子型探针通过连接器连接，另外一根探针可不做改变，也可将其改为一块导体平板，测试主机上的显示器可显示出硅料的 PN 型，如果硅料是重掺，则会发出报警声，可以实现对一些尺寸较小或形状不规则的硅料进行测试，分选出硅料的导电类型或电阻率较低的重掺料；如公开号为CN203551664U的中国专利多晶硅电阻率测试仪，它由探笔、主控板、工控机和显示打印装置组成，本实用新型检测效率高，每个多晶硅片也仅需15秒即可检测好，不会对检测产品造成损伤和二次污染，使用方便、适应性强，具有自我检测功能，利于故障快速解除。

目前测量硅材料PN型及电阻率的技术设备存在的不足之处在于：

（1）市场上普遍采用的测量硅材料PN型现有设备或测量电阻率现有设备属于台式设备，电路布局不合理，电路板不够集成化，电器元件放置不合理，电路板太大，造成此类台式设备体积过大，不易携带；（2）两种设备普遍采用220V交流供电，不易携带，使用不够方便，功耗较大，并且存在安全问题；（3）此类台式设备采用数码管显示相对设备来说过小，使用时需要测试人员先用探头接触材料，然后抬头进行观看，观察十分不方便，而且步骤繁琐，费工费时，效率很低；（4）硅材料的PN型及电阻率是两项重要参数，现有设备功能单一，只能测量其中一个参数，若想测量PN型及电阻率必须携带两种设备，费时费力。因此有必要提出一种便携、高效的可测量硅材料PN型及其电阻率解决上述问题。

发明内容

本发明的目的就是把体积过大且不易携带的硅材料PN测量设备和电阻率测量设备创造性地设置为手持式的便携式设备，同时测得硅材料的PN型及电阻率，让使用者更高效的测量硅材料的PN型及电阻率，同时操作更安全，更低耗。

本发明要解决的技术问题是电路板的高度集成化、硅材料PN型测量、硅材料重掺型测量，为克服上述现有技术设备的不足，本发明解决其技术问题的技术方案为：

所述的可显示硅材料电阻率及PN型的便携式测量装置，外部形状呈笔筒形，包括保护盖、中间套筒、供电套筒、切换开关、探针、集成电路板、数码管、发声器、提示灯、电源供电电路板、 USB插孔、锂电池盒，其特征在于所述保护盖的开口一侧设置中间套筒，所述中间套筒与保护盖螺纹连接；所述供电套筒的末端孔内设置切换开关；所述中间套筒另一侧设置供电套筒，所述供电套筒与中间套筒螺纹连接；所述供电套筒的末端孔内设置自锁开关；所述中间套筒外侧面中部位置设置数码管，数码管一侧设置有红、黄、绿三个提示灯，另一侧设置有发声器；所述中间套筒内部设置集成电路板，所述集成电路板一端连接三个探针，所述三个探针设在保护盖内部；所述探针由一号探针、二号探针、三号探针组成；所述电源供电电路板上设置有USB插孔、锂电池盒和切换按钮S1；所述集成电路板另一端连接电源供电电路板，所述电源供电电路板设置在供电套筒内部并与切换开关连接，所述电源供电电路板上设置有USB插孔和锂电池盒；所述集成电路板均与数码管、发声器、提示灯电连接；所述电源供电电路板上设置的切换按钮S1与切换开关机械连接，组成按钮切换开关。

所述集成电路板为双面板，包括单片机STM32、均与单片机STM32相连接的时钟信号模块、BOOT状态开关电路、数码管驱动芯片、发声器、JTAG程序模块、模数转换模块；所述数码管驱动芯片输出接口连接数码管显示电路；

所述电源供电电路板包括电源转换模块、USB供电电路模块、电池供电电路；所述电源转换模块一端与单片机STM32电连接，另一端分别与USB供电电路模块、电池供电电路电连接；

模数转换模块输入接口分别连接基准电压模块、稳压电路模块、16位双路差分输入采集电路；所述16位双路差分输入采集电路依次连接恒流源模块、三探针。

所述电源供电电路板的电池供电电路包括电池盒及锂电池二线端子J3、光电耦合开关U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、二线接线端子J1；所述光电耦合开关U1为TLP521可控制的光电藕合器件；所述锂电池二线端子J3的正极连接光电耦合开关U1的集电极，所述光电耦合开关U1的发射极与电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另一端与电阻R3一端串联，电阻R3另一端接地；所述光电耦合开关U1的正极与电阻R1一端连接，所述电阻R1另一端的与二线接线端子J1一号端子连接；所述光电耦合开关U1的负正极与电容C1一端连接后，再与所述二线接线端子J1的二号端子连接并接地；所述电容C1的另一端与光电耦合开关U1的正极与电阻R1一端的接点连接；所述电容C1与电阻R1组成稳压整流RC滤波电路；

所述的USB供电电路模块由二线接线端子J2、切换按钮S1、二极管D1、二极管D2、场效应管Q1组成；所述场效应管Q1为增强型场效应管MOSFETP；所述二线接线端子J2的一号端子接地，其二号端子连接切换按钮S1一端的二号、三号引脚；所述切换按钮S1的另一端引脚中的四号引脚接地，其一号引脚连接二极管D1和二极管D2的负极；所述二极管D2的正极连接场效应管Q1的漏极；所述场效应管Q1的源极连接干电池J3的正极；所述场效应管Q1的栅极连接电阻R2和电阻R3连接点；所述二极管D1的正极连接电阻R1与二线接线端子J1一号端子的连接点；

所述的电源转换模块包括12V电源转换电路模块；所述12V电源转换电路模块包括升降压模块芯片UP1、二线接线端子P1、电容CP1、电容CP2、电容CP3、电容C1、电感LP1、电感L3、电感L4、电感L5、电阻RP1、电阻RP2、电阻RP4、电阻R16、稳压二极管D1、稳压二极管DP1；所述升降压模块芯片UP1为 LM2577集成芯片; 所述升降压模块芯片UP1的COMP引脚与电阻RP1一端连接，电阻RP1另一端与电容CP1一端连接，所述电容CP1另一端接地；所述升降压模块芯片UP1的GND引脚接地；所述升降压模块芯片UP1的VIN引脚连接电容CP2的一端和电感LP1的一端，同时其VIN引脚连接二线接线端子P1的一号端子，所述二线接线端子P1的二号端子连接电容CP2的另一端并接地；所述升降压模块芯片UP1的FB引脚连接电阻RP2一端，所述电阻RP2另一端接地；所述升降压模块芯片UP1的SWITCH引脚连接稳压二极管D1的正极和电感LP1的另一端，所述稳压二极管D1的负极连接极性电容CP3的正极，所述极性电容CP3的负极接地；所述极性电容CP3与电容C1并联，其并联接点与电阻RP4串联；所述电阻RP4与电阻R16串联，其串联接点与升降压模块芯片UP1的FB引脚和电阻RP2的接点连接；所述电阻RP4与电容C1的连接点连接稳压二极管DP1的正极，所述稳压二极管DP1的负极串联电感L3，所述电感L3串联电感L4，所述电感L4串联电感L5一端，所述电感L5另一端连接12V电压输出端。

所述的基准电压模块包括基准方波发生芯片U1、包括基准方波发生芯片U1、电阻RP6、电阻RP7、电阻RP8、电阻RP9、电阻RP10、电容CP4、电容C3、电容C4；所述基准方波发生芯片U1为SG3525集成芯片; 所述基准方波发生芯片U1的一号引脚连接电阻RP8的一端，所述电阻RP8的另一端接地；所述基准方波发生芯片U1的二号引脚连接电阻RP7的一端，所述电阻RP7的另一端连接电阻RP8的接地端；所述基准方波发生芯片U1的五号引脚连接电容C3的一端，所述电容C3的另一端连接电阻RP8的接地端；所述基准方波发生芯片U1的六号引脚连接电阻RP9的一端，所述电阻RP9的另一端连接电阻RP8的接地端；所述基准方波发生芯片U1的七号引脚连接电阻RP10的一端，所述电阻RP10的另一端连接基准方波发生芯片U1的五号引脚；所述基准方波发生芯片U1的八号引脚连接电容CP4的正极，所述电容CP4的负极连接电阻RP8的接地端；所述基准方波发生芯片U1的八号引脚连接电容CP4的正极，所述电容CP4的负极连接电阻RP8的接地端；所述基准方波发生芯片U1的十号引脚连接电容C4的一端并接地，所述电容C4的另一端连接12V电源转换电路模块的12V电压输出端；所述基准方波发生芯片U1的十二号引脚接地；所述基准方波发生芯片U1的十三号引脚连接12V电源转换电路模块的12V电压输出端；所述基准方波发生芯片U1的十五号引脚连接12V电源转换电路模块的12V电压输出端；所述基准方波发生芯片U1的十六号引脚连接电阻RP6的一端，所述电阻RP6的另一端连接所述基准方波发生芯片U1的二号引脚；

所述恒流源模块为+5V电源转换电路，包括降压模块芯片U2、电容CP5、电容CP6、电阻R18、电感L6、电阻R19；所述降压模块芯片U2为LM1117-5集成芯片; 所述降压模块芯片U2的VIN引脚连接12V电源转换电路模块的12V电压输出端；所述降压模块芯片U2的VIN引脚连接电容CP5的一端，所述电容CP5的另一端接地；所述降压模块芯片U2的GND引脚接地；所述降压模块芯片U2的VOUT引脚连接电容CP6的一端，所述电容CP6的另一端接地；所述降压模块芯片U2的VOUT引脚连接电阻R18一端，所述电阻R18另一端串联电感L6，所述电感L6串联电阻R19，所述电感L7另一端连接5V电压输出端；

所述16位双路差分输入采集电路，包括差分输入采集接口P3、测量比较模块及类型提示灯电路；所述差分输入采集接口P3,包括AIN1+、AIN1-、AIN2+、AIN2-四个接口，AIN2+、AIN2-二个接口引脚分别接在恒流源模块的电阻R19两端；所述测量比较电路模块及类型提示灯电路，包括三线接线端子P2、比较器芯片JP1、比较器芯片JP2、发光二极管LED1、发光二极管LED2、发光二极管LED3、可变电阻感R4、电阻R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R20、R21、电容C2、C3、C4、C5、C6、电感L3、稳压管DP2、DP3、DP4、DP5；

所述比较器芯片JP1、比较器芯片JP2型号均为LM393集成芯片，在集成电路板（600）的双面两侧对称布置；所述发光二极管LED1为红色LED灯，所述发光二极管LED2为绿色LED灯，所述发光二极管LED3为黄色LED灯；

所述比较器芯片JP1的一号引脚连接其七号引脚后依次串联发光二极管LED1、电阻R10、VCC_12V电源接口，其二号引脚连接VCC_5V电源接口后连接其五号引脚，其三、六号引脚短接，其四号引脚接地，其八号引脚连接VCC_12V电源接口，其三、六号引脚短接后连接电阻R9一端，且电阻R9另一端连接VCC_5V电源接口，且其三、六号引脚短接点连接电感L3，连接电感L3依次连接稳压管DP2、DP3、VCC_12V电源接口、可变电阻感R4、电阻R7、R8后接地；稳压管DP4、DP5串联支路、电容C2、C3三者均连接电感L3与稳压管DP4的连接点后接地；

所述比较器芯片JP2的一号引脚依次串联发光二极管LED2、电阻R10、VCC_12V电源接口，其二号引脚依次连接电阻R13、R15、R16、R17、三线接线端子P2的VCC_5V三号引脚，且其二号引脚连接电容C4后接地，三号引脚串联电容C5后与其二号引脚连接，其四号引脚接地，其五号引脚连接比较器芯片JP1的一号引脚，其六号引脚连接串联电阻R14后连接三线接线端子P2的VCC_5V三号引脚，且六号引脚连接电容C6后接地，其七号引脚依次连接发光二极管LED3、电阻R12、VCC_12V电源接口；VCC_5V电源接口后连接其五号引脚，其三、六号引脚短接，其四号引脚接地，其八号引脚连接VCC_12V电源接口；

电阻R16两端分别串联电阻R20、R21后依次连接差分输入采集接口P3的AIN1+、AIN1-接口。

所述发声器包括三极管Q1、蜂鸣器LS1、电阻R5、R6；所述三极管Q1为NPN型，其发射极接地，基极连接电阻R5后连接单片机，集电极连接连接蜂鸣器LS1的一号引脚，且其一号引脚连接电阻R6后连接其二号引脚并接地。

所述的单片机STM32所用的存储芯片U9型号为M95M01，所用的JTAG程序模块芯片为JTAG芯片，所用的数码管驱动芯片为75HC595芯片,所用的1位数码管显示电阻率范围数码管为Dpy Amber-CA。

本发明所述一种可显示硅材料电阻率及PN型的便携式测量装置，其特征在于保护盖、中间套筒、供电套筒采用铝合金材料。

本发明所述的可显示硅材料电阻率及PN型的便携式测量装置的使用方法，其特征在于，包括开机方法、硅材料电阻率及PN型测量方法，

开机方法：打开探针保护帽，打开装置顶端电源开关，这时开关内的提示灯会常亮，数码管显示初始值０，开机正常；

硅材料电阻率及PN型测量方法：把装置的探针垂直接触被测硅材料表面，并以一定力度按压装置，使探针收缩５mm左右，这时即可显示结果；LED灯亮起，显示相应PN型，LED颜色代表PN型；蜂鸣器响起的频率代表电阻率范围；数码管显示数值代表电阻率范围。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：本发明所述的可显示硅材料电阻率及PN型的便携式测量装置，外部形状呈笔筒形；集成电路板为双面板，包括单片机STM32、均与单片机STM32相连接的BOOT状态开关电路、数码管驱动芯片、发声器、JTAG程序模块、模数转换模块；所述数码管驱动芯片输出接口连接数码管显示电路；电源供电电路板包括电源转换模块、USB供电模块、电池供电电路；常温下，本测量装置的测试范围为0.001-200ΩCM，测试精度为1%，可单手操作，只需把探针接触硅材料，即可显示相应PN型提示灯和电阻率范围，方便快捷。

附图说明

图1 为本发明的结构示意图。

图2 为本发明的电路模块结构示意图。

图3 为本发明的电源供电模块的电路原理图。

图4 为本发明的电源转换电路模块输出12V的电路原理图。

图5 为本发明的三探针差分输入采集模块的电路原理图。

图6 为本发明的基准电压模块电路原理图。

图7 为本发明的发声电路模块电路原理图。

图8 为本发明的测量比较模块及类型提示灯电路原理图。

附图中：100.保护盖，200. 中间套筒，300. 供电套筒，400. 切换开关，500. 探针，600. 集成电路板，601.数码管，602. 发声器，603. 提示灯，700. 电源供电电路板，701. USB插孔，702. 锂电池盒。

具体实施方式

结合附图1至图7对本发明进一步详细描述，以便公众更好地掌握本发明的实施方法，本发明具体的实施方案为：

如图 1所示，本发明所述的可显示硅材料电阻率及PN型的便携式测量装置，外部形状呈笔筒形，包括保护盖100、中间套筒200、供电套筒300、切换开关400、探针500、集成电路板600、数码管601、发声器602、提示灯603、电源供电电路板700、 USB插孔701、锂电池盒702，其特征在于所述保护盖100的开口一侧设置中间套筒200，所述中间套筒200与保护盖100螺纹连接；所述中间套筒200另一侧设置供电套筒300，所述供电套筒300与中间套筒200螺纹连接；所述供电套筒300的末端孔内设置自锁开关400；所述中间套筒200外侧面中部位置设置数码管601，数码管601一侧设置有红、黄、绿三个提示灯603，另一侧设置有发声器602；所述中间套筒200内部设置集成电路板600，所述集成电路板600一端连接三个探针500，所述探针500设在保护盖100内部；所述探针500由一号探针、二号探针、三号探针组成；所述集成电路板600另一端连接电源供电电路板700，所述电源供电电路板700设置在供电套筒300内部并与切换开关400连接，所述电源供电电路板700上设置有USB插孔701和锂电池盒702和切换按钮S1；所述集成电路板600均与数码管601、发声器602、提示灯603电连接；所述电源供电电路板700上设置的切换按钮S1与切换开关400机械连接，组成按钮切换开关。

如图 2所示，本发明所述的可显示硅材料电阻率及PN型的便携式测量装置，其特征在于所述集成电路板600为双面板，包括单片机STM32、均与单片机STM32相连接BOOT状态开关电路、数码管驱动芯片、发声器、JTAG程序模块、模数转换模块；所述数码管驱动芯片输出接口连接数码管显示电路；

所述电源供电电路板700包括电源转换模块、USB供电电路模块、电池供电电路；所述电源转换模块一端与单片机STM32电连接，另一端分别与USB供电电路模块、电池供电电路电连接；

模数转换模块输入接口分别连接基准电压模块、稳压电路模块、16位双路差分输入采集电路；所述16位双路差分输入采集电路依次连接恒流源模块、三探针。

如图 3、图 4所示，本发明所述的可显示硅材料电阻率及PN型的便携式测量装置，其特征在于所述电源供电电路板700的电池供电电路包括电池盒702及锂电池二线端子J3、光电耦合开关U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、二线接线端子J1；所述光电耦合开关U1为TLP521可控制的光电藕合器件；所述锂电池二线端子J3的正极连接光电耦合开关U1的集电极，所述光电耦合开关U1的发射极与电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另一端与电阻R3一端串联，电阻R3另一端接地；所述光电耦合开关U1的正极与电阻R1一端连接，所述电阻R1另一端的与二线接线端子J1一号端子连接；所述光电耦合开关U1的负正极与电容C1一端连接后，再与所述二线接线端子J1的二号端子连接并接地；所述电容C1的另一端与光电耦合开关U1的正极与电阻R1一端的接点连接；所述电容C1与电阻R1组成稳压整流RC滤波电路；

所述的USB供电电路模块由二线接线端子J2、切换按钮S1、二极管D1、二极管D2、场效应管Q1组成；所述场效应管Q1为增强型场效应管MOSFETP；所述二线接线端子J2的一号端子接地，其二号端子连接切换按钮S1一端的二号、三号引脚；所述切换按钮S1的另一端引脚中的四号引脚接地，其一号引脚连接二极管D1和二极管D2的负极；所述二极管D2的正极连接场效应管Q1的漏极；所述场效应管Q1的源极连接干电池J3的正极；所述场效应管Q1的栅极连接电阻R2和电阻R3连接点；所述二极管D1的正极连接电阻R1与二线接线端子J1一号端子的连接点；

所述的电源转换电路模块包括12V电源转换电路模块；所述12V电源转换电路模块包括升降压模块芯片UP1、二线接线端子P1、电容CP1、电容CP2、电容CP3、电容C1、电感LP1、电感L3、电感L4、电感L5、电阻RP1、电阻RP2、电阻RP4、电阻R16、稳压二极管D1、稳压二极管DP1；所述升降压模块芯片UP1为 LM2577集成芯片; 所述升降压模块芯片UP1的COMP引脚与电阻RP1一端连接，电阻RP1另一端与电容CP1一端连接，所述电容CP1另一端接地；所述升降压模块芯片UP1的GND引脚接地；所述升降压模块芯片UP1的VIN引脚连接电容CP2的一端和电感LP1的一端，同时其VIN引脚连接二线接线端子P1的一号端子，所述二线接线端子P1的二号端子连接电容CP2的另一端并接地；所述升降压模块芯片UP1的FB引脚连接电阻RP2一端，所述电阻RP2另一端接地；所述升降压模块芯片UP1的SWITCH引脚连接稳压二极管D1的正极和电感LP1的另一端，所述稳压二极管D1的负极连接极性电容CP3的正极，所述极性电容CP3的负极接地；所述极性电容CP3与电容C1并联，其并联接点与电阻RP4串联；所述电阻RP4与电阻R16串联，其串联接点与升降压模块芯片UP1的FB引脚和电阻RP2的接点连接；所述电阻RP4与电容C1的连接点连接稳压二极管DP1的正极，所述稳压二极管DP1的负极串联电感L3，所述电感L3串联电感L4，所述电感L4串联电感L5一端，所述电感L5另一端连接12V电压输出端。

如图 5、图 6、图 8所示，本发明所述的可显示硅材料电阻率及PN型的便携式测量装置，其特征在于所述集成电路板600的基准电压模块包括基准方波发生芯片U1、电阻RP6、电阻RP7、电阻RP8、电阻RP9、电阻RP10、电容CP4、电容C3、电容C4；所述基准方波发生芯片U1为SG3525集成芯片; 所述基准方波发生芯片U1的一号引脚连接电阻RP8的一端，所述电阻RP8的另一端接地；所述基准方波发生芯片U1的二号引脚连接电阻RP7的一端，所述电阻RP7的另一端连接电阻RP8的接地端；所述基准方波发生芯片U1的五号引脚连接电容C3的一端，所述电容C3的另一端连接电阻RP8的接地端；所述基准方波发生芯片U1的六号引脚连接电阻RP9的一端，所述电阻RP9的另一端连接电阻RP8的接地端；所述基准方波发生芯片U1的七号引脚连接电阻RP10的一端，所述电阻RP10的另一端连接基准方波发生芯片U1的五号引脚；所述基准方波发生芯片U1的八号引脚连接电容CP4的正极，所述电容CP4的负极连接电阻RP8的接地端；所述基准方波发生芯片U1的八号引脚连接电容CP4的正极，所述电容CP4的负极连接电阻RP8的接地端；所述基准方波发生芯片U1的十号引脚连接电容C4的一端并接地，所述电容C4的另一端连接12V电源转换电路模块的12V电压输出端；所述基准方波发生芯片U1的十二号引脚接地；所述基准方波发生芯片U1的十三号引脚连接12V电源转换电路模块的12V电压输出端；所述基准方波发生芯片U1的十五号引脚连接12V电源转换电路模块的12V电压输出端；所述基准方波发生芯片U1的十六号引脚连接电阻RP6的一端，所述电阻RP6的另一端连接所述基准方波发生芯片U1的二号引脚；

所述恒流源模块为+5V电源转换电路，包括降压模块芯片U2、电容CP5、电容CP6、电阻R18、电感L6、电阻R19；所述降压模块芯片U2为LM1117-5集成芯片; 所述降压模块芯片U2的VIN引脚连接12V电源转换电路模块的12V电压输出端；所述降压模块芯片U2的VIN引脚连接电容CP5的一端，所述电容CP5的另一端接地；所述降压模块芯片U2的GND引脚接地；所述降压模块芯片U2的VOUT引脚连接电容CP6的一端，所述电容CP6的另一端接地；所述降压模块芯片U2的VOUT引脚连接电阻R18一端，所述电阻R18另一端串联电感L6，所述电感L6串联电阻R19，所述电感L7另一端连接5V电压输出端；

所述16位双路差分输入采集电路，包括差分输入采集接口P3、测量比较模块及类型提示灯电路；所述差分输入采集接口P3,包括AIN1+、AIN1-、AIN2+、AIN2-四个接口，AIN2+、AIN2-二个接口引脚分别接在恒流源模块的电阻R19两端；所述测量比较电路模块及类型提示灯电路，包括三线接线端子P2、比较器芯片JP1、比较器芯片JP2、发光二极管LED1、发光二极管LED2、发光二极管LED3、可变电阻感R4、电阻R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R20、R21、电容C2、C3、C4、C5、C6、电感L3、稳压管DP2、DP3、DP4、DP5；

所述比较器芯片JP1、比较器芯片JP2型号均为LM393集成芯片，在集成电路板（600）的双面两侧对称布置；所述发光二极管LED1为红色LED灯，所述发光二极管LED2为绿色LED灯，所述发光二极管LED3为黄色LED灯；

所述比较器芯片JP1的一号引脚连接其七号引脚后依次串联发光二极管LED1、电阻R10、VCC_12V电源接口，其二号引脚连接VCC_5V电源接口后连接其五号引脚，其三、六号引脚短接，其四号引脚接地，其八号引脚连接VCC_12V电源接口，其三、六号引脚短接后连接电阻R9一端，且电阻R9另一端连接VCC_5V电源接口，且其三、六号引脚短接点连接电感L3，连接电感L3依次连接稳压管DP2、DP3、VCC_12V电源接口、可变电阻感R4、电阻R7、R8后接地；稳压管DP4、DP5串联支路、电容C2、C3三者均连接电感L3与稳压管DP4的连接点后接地；

所述比较器芯片JP2的一号引脚依次串联发光二极管LED2、电阻R10、VCC_12V电源接口，其二号引脚依次连接电阻R13、R15、R16、R17、三线接线端子P2的VCC_5V三号引脚，且其二号引脚连接电容C4后接地，三号引脚串联电容C5后与其二号引脚连接，其四号引脚接地，其五号引脚连接比较器芯片JP1的一号引脚，其六号引脚连接串联电阻R14后连接三线接线端子P2的VCC_5V三号引脚，且六号引脚连接电容C6后接地，其七号引脚依次连接发光二极管LED3、电阻R12、VCC_12V电源接口；VCC_5V电源接口后连接其五号引脚，其三、六号引脚短接，其四号引脚接地，其八号引脚连接VCC_12V电源接口；

电阻R16两端分别串联电阻R20、R21后依次连接差分输入采集接口P3的AIN1+、AIN1-接口。

如图 7所示，所述发声器（602）包括三极管Q1、蜂鸣器LS1、电阻R5、R6；所述三极管Q1为NPN型，其发射极接地，基极连接电阻R5后连接单片机，集电极连接连接蜂鸣器LS1的一号引脚，且其一号引脚连接电阻R6后连接其二号引脚并接地。

如图 1、图 2所示，本发明所述的一种可显示硅材料电阻率及PN型的便携式测量装置，单片机STM32所用的存储芯片U9型号为M95M01，所用的JTAG程序模块芯片为JTAG芯片，所用的数码管驱动芯片为75HC595芯片,所用的1位数码管显示电阻率范围数码管为DpyAmber-CA；保护盖1、中间套筒2、供电套筒3采用铝合金材料。

实施例1

使用本装置测量硅材料电阻率及PN型步骤如下：

步骤1：开机，打开探针保护帽，打开装置顶端电源开关，这时开关内的提示灯会常亮，数码管显示初始值０，开机正常。

步骤2：测量硅材料电阻率及PN型，把装置的探针垂直接触被测硅材料表面，并以一定力度按压装置，使探针收缩５ＭＭ左右，这时即可显示结果：

LED灯亮起，显示相应PN型，LED颜色代表PN型见表1；

表1

LED灯颜色	代表PN型
		白	P型
红	重掺型
		蓝	N型

蜂鸣器响起的频率代表电阻率范围见表2；

表2

频率	电阻率范围(单位：Ω·cm)
		0.5KHZ	0.1--0.5
1KHZ	0.01-0.1
		1.5KHZ	0.001--0.01
2KHZ	<0.001

数码管显示数值代表电阻率范围见表3，当无法准确测出PN型时数码管不显示电阻率范围。

表3

数码管显示	代表电阻率范围
		0	<0.001
1	0.001--0.005
		2	0.005-0.01
3	0.01--0.05
		4	0.05--0.1
5	0.1-0.5
		6	0.5--1
7	1--5
		8	5--20
9	>20

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：常温下，本发明测量装置的测试范围为0.001-200ΩCM，测试精度为1%，可单手操作，只需把探针接触硅材料，即可显示相应PN型提示灯和电阻率范围，方便快捷。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种可显示硅材料电阻率及PN型的便携式测量装置，外部形状呈笔筒形，包括保护盖（100）、中间套筒（200）、供电套筒（300）、切换开关（400）、探针（500）、集成电路板（600）、数码管（601）、发声器（602）、提示灯（603）、电源供电电路板（700）、 USB插孔（701）、锂电池盒（702），其特征在于：所述保护盖（100）的开口一侧设置中间套筒（200），所述中间套筒（200）与保护盖（100）螺纹连接；所述中间套筒（200）另一侧设置供电套筒（300），所述供电套筒（300）与中间套筒（200）螺纹连接；所述供电套筒（300）的末端孔内设置切换开关（400）；所述中间套筒（200）外侧面中部位置设置数码管（601），数码管（601）一侧设置有红、黄、绿三个提示灯（603），另一侧设置有发声器（602）；所述中间套筒（200）内部设置集成电路板（600），所述集成电路板（600）一端连接探针（500），所述探针（500）设在保护盖（100）内部；所述探针（500）由一号探针、二号探针、三号探针组成；所述集成电路板（600）另一端连接电源供电电路板（700），所述电源供电电路板（700）设置在供电套筒（300）内部并与切换开关（400）连接，所述电源供电电路板（700）上设置有USB插孔（701）、锂电池盒（702）和切换按钮S1；所述集成电路板（600）均与数码管（601）、发声器（602）、提示灯（603）电连接；所述电源供电电路板（700）上设置的切换按钮S1与切换开关（400）机械连接，组成按钮切换开关；

所述集成电路板（600）为双面板，包括单片机STM32、均与单片机STM32相连接的BOOT状态开关电路、数码管驱动芯片、发声器、JTAG程序模块、模数转换模块；所述数码管驱动芯片输出接口连接数码管显示电路；

所述电源供电电路板（700）包括电源转换模块、USB供电电路模块、电池供电电路；所述电源转换模块一端与单片机STM32电连接，另一端分别与USB供电电路模块、电池供电电路电连接；

模数转换模块输入接口分别连接基准电压模块、稳压电路模块、16位双路差分输入采集电路；所述16位双路差分输入采集电路依次连接恒流源模块、三探针；

所述的电池供电电路包括电池盒（702）及锂电池二线端子J3、光电耦合开关U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、二线接线端子J1；所述光电耦合开关U1为TLP521可控制的光电藕合器件；所述锂电池二线端子J3的正极连接光电耦合开关U1的集电极，所述光电耦合开关U1的发射极与电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另一端与电阻R3一端串联，电阻R3另一端接地；所述光电耦合开关U1的正极与电阻R1一端连接，所述电阻R1另一端与二线接线端子J1一号端子连接；所述光电耦合开关U1的负正极与电容C1一端连接后，再与所述二线接线端子J1的二号端子连接并接地；所述电容C1的另一端与光电耦合开关U1的正极与电阻R1一端的接点连接；所述电容C1与电阻R1组成稳压整流RC滤波电路；

所述的USB供电电路模块由二线接线端子J2、切换按钮S1、二极管D1、二极管D2、场效应管Q1组成；所述场效应管Q1为增强型场效应管MOSFETP；所述二线接线端子J2的一号端子接地，其二号端子连接切换按钮S1一端的二号、三号引脚；所述切换按钮S1的另一端引脚中的四号引脚接地，其一号引脚连接二极管D1和二极管D2的负极；所述二极管D2的正极连接场效应管Q1的漏极；所述场效应管Q1的源极连接干电池J3的正极；所述场效应管Q1的栅极连接电阻R2和电阻R3连接点；所述二极管D1的正极连接电阻R1与二线接线端子J1一号端子的连接点；

所述的电源转换模块包括12V电源转换电路模块；所述12V电源转换电路模块包括升降压模块芯片UP1、二线接线端子P1、电容CP1、电容CP2、电容CP3、电容C1、电感LP1、电感L3、电感L4、电感L5、电阻RP1、电阻RP2、电阻RP4、电阻R16、稳压二极管D1、稳压二极管DP1；所述升降压模块芯片UP1为 LM2577集成芯片； 所述升降压模块芯片UP1的COMP引脚与电阻RP1一端连接，电阻RP1另一端与电容CP1一端连接，所述电容CP1另一端接地；所述升降压模块芯片UP1的GND引脚接地；所述升降压模块芯片UP1的VIN引脚连接电容CP2的一端和电感LP1的一端，同时其VIN引脚连接二线接线端子P1的一号端子，所述二线接线端子P1的二号端子连接电容CP2的另一端并接地；所述升降压模块芯片UP1的FB引脚连接电阻RP2一端，所述电阻RP2另一端接地；所述升降压模块芯片UP1的SWITCH引脚连接稳压二极管D1的正极和电感LP1的另一端，所述稳压二极管D1的负极连接极性电容CP3的正极，所述极性电容CP3的负极接地；所述极性电容CP3与电容C1并联，其并联接点与电阻RP4串联；所述电阻RP4与电阻R16串联，其串联接点与升降压模块芯片UP1的FB引脚和电阻RP2的接点连接；所述电阻RP4与电容C1的连接点连接稳压二极管DP1的正极，所述稳压二极管DP1的负极串联电感L3，所述电感L3串联电感L4，所述电感L4串联电感L5一端，所述电感L5另一端连接12V电压输出端；

所述的基准电压模块包括基准方波发生芯片U1、电阻RP6、电阻RP7、电阻RP8、电阻RP9、电阻RP10、电容CP4、电容C3、电容C4；所述基准方波发生芯片U1为SG3525集成芯片； 所述基准方波发生芯片U1的一号引脚连接电阻RP8的一端，所述电阻RP8的另一端接地；所述基准方波发生芯片U1的二号引脚连接电阻RP7的一端，所述电阻RP7的另一端连接电阻RP8的接地端；所述基准方波发生芯片U1的五号引脚连接电容C3的一端，所述电容C3的另一端连接电阻RP8的接地端；所述基准方波发生芯片U1的六号引脚连接电阻RP9的一端，所述电阻RP9的另一端连接电阻RP8的接地端；所述基准方波发生芯片U1的七号引脚连接电阻RP10的一端，所述电阻RP10的另一端连接基准方波发生芯片U1的五号引脚；所述基准方波发生芯片U1的八号引脚连接电容CP4的正极，所述电容CP4的负极连接电阻RP8的接地端；所述基准方波发生芯片U1的八号引脚连接电容CP4的正极，所述电容CP4的负极连接电阻RP8的接地端；所述基准方波发生芯片U1的十号引脚连接电容C4的一端并接地，所述电容C4的另一端连接12V电源转换电路模块的12V电压输出端；所述基准方波发生芯片U1的十二号引脚接地；所述基准方波发生芯片U1的十三号引脚连接12V电源转换电路模块的12V电压输出端；所述基准方波发生芯片U1的十五号引脚连接12V电源转换电路模块的12V电压输出端；所述基准方波发生芯片U1的十六号引脚连接电阻RP6的一端，所述电阻RP6的另一端连接所述基准方波发生芯片U1的二号引脚；

所述恒流源模块为+5V电源转换电路，包括降压模块芯片U2、电容CP5、电容CP6、电阻R18、电感L6、电阻R19；所述降压模块芯片U2为LM1117-5集成芯片; 所述降压模块芯片U2的VIN引脚连接12V电源转换电路模块的12V电压输出端；所述降压模块芯片U2的VIN引脚连接电容CP5的一端，所述电容CP5的另一端接地；所述降压模块芯片U2的GND引脚接地；所述降压模块芯片U2的VOUT引脚连接电容CP6的一端，所述电容CP6的另一端接地；所述降压模块芯片U2的VOUT引脚连接电阻R18一端，所述电阻R18另一端串联电感L6，所述电感L6串联电阻R19，所述电感L7另一端连接5V电压输出端；

所述16位双路差分输入采集电路，包括差分输入采集接口P3、测量比较模块及类型提示灯电路；所述差分输入采集接口P3,包括AIN1+、AIN1-、AIN2+、AIN2-四个接口，AIN2+、AIN2-二个接口引脚分别接在恒流源模块的电阻R19两端；所述测量比较模块及类型提示灯电路，包括三线接线端子P2、比较器芯片JP1、比较器芯片JP2、发光二极管LED1、发光二极管LED2、发光二极管LED3、可变电阻感R4、电阻R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R20、R21、电容C2、C3、C4、C5、C6、电感L3、稳压管DP2、DP3、DP4、DP5；

所述比较器芯片JP1、比较器芯片JP2型号均为LM393集成芯片，在集成电路板（600）的双面两侧对称布置；所述发光二极管LED1为红色LED灯，所述发光二极管LED2为绿色LED灯，所述发光二极管LED3为黄色LED灯；

所述比较器芯片JP1的一号引脚连接其七号引脚后依次串联发光二极管LED1、电阻R10、VCC_12V电源接口，其二号引脚连接VCC_5V电源接口后连接其五号引脚，其三、六号引脚短接，其四号引脚接地，其八号引脚连接VCC_12V电源接口，其三、六号引脚短接后连接电阻R9一端，且电阻R9另一端连接VCC_5V电源接口，且其三、六号引脚短接点连接电感L3，连接电感L3依次连接稳压管DP2、DP3、VCC_12V电源接口、可变电阻感R4、电阻R7、R8后接地；稳压管DP4、DP5串联支路、电容C2、C3三者均连接电感L3与稳压管DP4的连接点后接地；

所述比较器芯片JP2的一号引脚依次串联发光二极管LED2、电阻R10、VCC_12V电源接口，其二号引脚依次连接电阻R13、R15、R16、R17、三线接线端子P2的VCC_5V三号引脚，且其二号引脚连接电容C4后接地，三号引脚串联电容C5后与其二号引脚连接，其四号引脚接地，其五号引脚连接比较器芯片JP1的一号引脚，其六号引脚连接串联电阻R14后连接三线接线端子P2的VCC_5V三号引脚，且六号引脚连接电容C6后接地，其七号引脚依次连接发光二极管LED3、电阻R12、VCC_12V电源接口；VCC_5V电源接口后连接其五号引脚，其三、六号引脚短接，其四号引脚接地，其八号引脚连接VCC_12V电源接口；

电阻R16两端分别串联电阻R20、R21后依次连接差分输入采集接口P3的AIN1+、AIN1-接口。

2.根据权利要求1所述的一种可显示硅材料电阻率及PN型的便携式测量装置，其特征在于：所述的发声器包括三极管Q1、蜂鸣器LS1、电阻R5、R6；所述三极管Q1为NPN型，其发射极接地，基极连接电阻R5后连接单片机，集电极连接连接蜂鸣器LS1的一号引脚，且其一号引脚连接电阻R6后连接其二号引脚并接地。

3.根据权利要求1所述的一种可显示硅材料电阻率及PN型的便携式测量装置，其特征在于：单片机STM32所用的存储芯片U9型号为M95M01，所用的JTAG程序模块芯片为JTAG芯片，所用的数码管驱动芯片为75HC595芯片,所用的1位数码管显示电阻率范围数码管为DpyAmber-CA。

4.根据权利要求1所述的一种可显示硅材料电阻率及PN型的便携式测量装置，其特征在于：保护盖（100）、中间套筒（200）、供电套筒（300）采用铝合金材料。

5.一种根据权利要求1～4任一项所述的可显示硅材料电阻率及PN型的便携式测量装置的使用方法，其特征在于：包括开机方法、硅材料电阻率及PN型测量方法，

开机方法：打开探针保护帽，打开装置顶端电源开关，这时开关内的提示灯会常亮，数码管显示初始值０，开机正常；

硅材料电阻率及PN型测量方法：把装置的探针垂直接触被测硅材料表面，并以一定力度按压装置，使探针收缩５mm左右，这时即可显示结果；LED灯亮起，显示相应PN型，LED颜色代表PN型；蜂鸣器响起的频率代表电阻率范围；数码管显示数值代表电阻率范围。