CN106646289B - 一种磁致伸缩材料磁特性采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种磁致伸缩材料磁特性采集装置。该装置包括液晶显示控制模块、单片机模块、USB采集卡和运放电路模块；所述的运放电路模块包括八组运算放大电路、开关电压调节器、功率二极管、电压调节器；开关电压调节器与电压调节器相连，功率二极管、电压调节器分别与各组运算放大电路相连，各组运算放大电路分别与前面板输入接口、后面板输出接口、单片机、USB采集卡相连。本发明可以更加方便地对磁致伸缩材料特性进行处理，便于对测试材料进行性能分析，很好地解决了当前设备的不足。

Description

一种磁致伸缩材料磁特性采集装置

技术领域

本发明属于一种磁致伸缩材料磁特性的数据采集处理领域，特别涉及一种以铁基磁致伸缩材料为主要对象的磁致伸缩材料磁特性数据的采集装置。

背景技术

磁致伸缩材料是一种新型的功能材料。该材料在磁场和应力的作用下发生长度和磁感应强度(或者磁化强度)的变化，可广泛应用在致动器、传感器、精密测量与控制、能量转换等领域。磁致伸缩材料主要有磁致伸缩和逆磁致伸缩两种效应。磁致伸缩效应指材料在磁场作用下发生磁致伸缩和磁化强度的变化，逆磁致伸缩效应指材料在应力作用下发生磁致伸缩和磁化强度的变化。磁致伸缩材料的磁特性测试与分析可为研究设计新型传感器、换能器、致动器等提供基础数据支持。磁特性测试与分析的关键环节是与磁特性相关的实验数据的采集，因此，一种磁致伸缩材料的磁特性采集装置是研究磁致伸缩材料的基本实验装置，开发磁特性采集装置可推动磁致伸缩材料的发展。

表征磁致伸缩材料磁致伸缩效应的磁特性主要有：磁场、应变、应力、磁感应强度。进行磁致伸缩材料磁特性测量时除了上述四个量对应的电压量外，还需要测量激励电压、检测电压等物理量。目前，用于磁致伸缩材料的磁特性采集大多采用示波器。但是由于示波器的通道数量限制，同组数据不能同时采集处理；另外，示波器采集的数据为原始数据，需要进行相应变换，才能得到新数据进行图像合成，处理过程比较复杂，耽误时间，效率低下。使用USB采集卡也可以把磁致伸缩材料的磁特性采集至计算机，但由于不同磁特性波形的幅值差距过大(最大差距近似100倍)，幅值过小的波形只能显示为直线，计算机上显示的波形不能直观观察波形动态过程。进行磁致伸缩材料的磁特性采集实验需要一种能够对微弱信号进行直观观察，可以对信号进行放大并显示，并且能够直接输出磁致伸缩材料磁特性曲线的磁特性采集与处理装置。

发明目的

本发明的目的是针对现有的低饱和磁场的磁致伸缩材料磁特性测量系统参数采集处理能力的不足，通过设计发明了一种磁致伸缩材料磁特性信号采集装置，此装置主要包括液晶显示控制模块，能够显示由单片机发送的数据波形；单片机模块，能够发送控制运放增益的信号，并且发送波形数据至液晶显示控制模块；运放电路模块，能够根据单片机发出的指令放大接收的波形；USB采集卡，能够将波形数据传输至PC机，并处理采集得到的数据。本发明满足了磁致伸缩材料磁特性采集实验特殊性所带来的综合性需求，具有稳定可靠的优点。

本发明采用的技术方案是：

一种磁致伸缩材料磁特性采集装置，包括液晶显示控制模块、单片机模块、USB采集卡、和运放电路模块；

所述的液晶显示控制模块，其组成包括液晶显示控制器、串行闪存、字库芯片、低压差电压调节器、电阻式触摸屏、升压转换器、直流高频升压转换器、肖特基二极管、贴片稳压管、二极管和电阻触摸控制芯片；其中，低压差电压调节器、串行闪存、字库芯片分别和液晶显示控制器相连，液晶显示控制器、低压差电压调节器、升压转换器、电阻触摸控制芯片、贴片稳压管、肖特基二极管分别和电阻式触摸屏相连；二极管和贴片稳压管相连，二极管、肖特基二极管分别和直流高频升压转换器相连；液晶显示控制器、电阻触摸控制芯片分别与单片机模块的单片机相连；串行闪存、字库芯片、电阻触摸控制芯片分别和低压差电压调节器相连；

所述的单片机模块，包括单片机、只读存储器、低压降小功率电源、功能监控器、信号收发器、低压差电压调节器、光敏二极管和SD卡座；其中，单片机为核心，其他器件均与其相连；只读存储器、功能监控器、信号收发器、光敏二极管、SD卡座分别和低压差电压调节器相连；

所述的运放电路模块包括八组运算放大电路、开关电源、开关电压调节器、功率二极管、电压调节器；开关电源分别与开关电压调节器和功率二极管相连，开关电压调节器与电压调节器相连，功率二极管、电压调节器分别与各组运算放大电路相连，各组运算放大电路分别与前面板信号输入接口、后面板信号输出接口、单片机、USB采集卡相连；开关电压调节器分别与液晶显示控制模块的低压差电压调节器、升压转换器、直流高频升压转换器以及单片机模块的低压降小功率电源、低压差电压调节器相连。

所述八组运算放大电路的每一组运算放大电路结构相同，所述的运算放大电路为三级运放子电路，三级运放子电路依次连接；其中，第一级运放子电路包括一个运算放大芯片；第二级运放子电路包括两个串联的运算放大芯片；第三级运放子电路包括两个运算放大芯片，它们分别与第二级运放子电路中的第二个运算放大芯片的输出端连接。

所述八组运算放大电路具体为：第一级运放子电路的运算放大芯片的2、3号引脚第一路分别接电阻R10、R11，R10、R11的另一端连接装置外部的前面板信号输入接口；第一级运放子电路的运算放大芯片的2、3号引脚第二路分别接电阻R12、R13，R12、R13另一端接地；第一级运放子电路的运算放大芯片的2、3号引脚第三路各接一个电容C10、C12，C10、C12另一端接地；第一级运放子电路的运算放大芯片的2、3号引脚之间还接有电容C11；第一级运放子电路的运算放大芯片的6号引脚接电阻R17；电阻R17另一端与第二级运放子电路中的第一个运算放大芯片中的10号引脚相连，同时R17与第二级运放子电路中的第一个运算放大芯片中的10号引脚之间的线路连接电容C14的一端，电容C14的另一端接地；第二级运放子电路中的第一个运算放大芯片中的7号引脚接电阻R14的一端，电阻R14的另一端与第二级运放子电路中的第二个运算放大芯片中的10号引脚相连，同时R14与第二级运放子电路中的第二个运算放大芯片中的10号引脚之间的线路连接电容C13的一端连接，电容C13另一端接地；第二级运放子电路的两个运算放大芯片中的4、5、6号引脚均分别与单片机模块中的单片机相连；第二级运放子电路中的第二个运算放大芯片中的7号引脚分三路输出，其中第一路接第三级运放子电路中的第一个运算放大芯片中的3号引脚，第三级运放子电路中的第一个运算放大芯片中的1号引脚作为输出分为两路，一路接采集装置的后面板信号输出接口，一路反馈接本身的2号引脚；第二级运放子电路中的第二个运算放大芯片中的7号引脚第二路接入单片机模块中的单片机；第二级运放子电路中的第二个运算放大芯片中的7号引脚第三路接电阻R15的一端，电阻R15的另一端接第三级运放子电路中的第二个运算放大芯片中的2号引脚，同时R15与第三级运放子电路中的第二个运算放大芯片中的2号引脚之间线路连接电阻R16的一端，电阻R16的另一端接地；第三级运放子电路中的第二个运算放大芯片中的6号引脚接入USB采集卡的八路AI引脚，通过USB采集卡的USB输出接口接入PC机。

所述的磁致伸缩材料磁特性采集装置，为三层整体封装，上层为液晶显示控制模块，中层为单片机模块，下层包括USB采集卡和运放电路模块，USB采集卡外接PC机；

与现有技术相比，本发明的突出实质性特点和显著的进步如下：

1、本发明采用基于硬件对模拟信号采集显示控制及处理的技术，可以同时可接收八通道信号并进行处理，将模拟信号转化为波形图显示。

2、可把数据存储在计算机中进行Matlab绘图，可方便快捷地分析材料特性，制作磁特性曲线图也更为准确，综合处理数据能力比较可靠。

3、现有的示波器通道数量一般最多为4通道，并且传输计算及处理数据过程复杂，耽误时间。现有的USB采集卡只能直接把数据输入计算机，无法直观的观察、控制所需数据，只能显示单一数据与时间的关系，参数与参数之间的关系不能显示。本专利硬件上增加了液晶显示控制模块、单片机模块、运放电路模块，可以直观地将测试波形显示在采集装置前面板上，根据需求触摸电阻式触摸屏，在屏幕中显示出所需通道的波形，改变扫描频率和运放增益，用来放大幅值较小的波形，可以观察波形数据是否接近理论值，从而克服了采集卡采集的数据幅值差距过大以至于幅值较小的波形无法判断是否正常的问题。

4、运放电路所选用的运放芯片性价比高，性能优越，输出功率大，同时可以过滤杂质波形，最终可以采集得到光滑的波形。

5、USB采集卡软件增加了Matlab处理磁致伸缩材料磁特性关系的功能，可以更加方便地对磁致伸缩材料特性进行处理，便于对测试材料进行性能分析，很好地解决了前面设备的不足。

附图说明：

图1采集装置的模块构成图。

图2采集装置模块器件连接图。

图3采集装置下层运放电路模块连线图。

图4为Matlab处理数据框图。

图5为处理结果图，其中图5(a)为测量得到的磁感应强度与时间图；图5(b)为测量得到的磁场强度与时间图；图5(c)为测量得到的磁滞回线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行说明，但它们不是对本发明作任何限制。

本发明的磁致伸缩材料磁特性采集装置的模块构成图如图1所示，包括上、中、下三层整体封装。上层为液晶显示控制模块，中层为单片机模块，下层包括USB采集卡和运放电路模块，USB采集卡外接PC机。

图2为该磁致伸缩材料磁特性采集装置器件连接图。

所述的上层为液晶显示控制模块，主要功能为驱动屏幕，显示波形数据，判断触摸点位，传输触摸信号至液晶显示控制器和单片机。其组成包括液晶显示控制器、串行闪存、字库芯片、低压差电压调节器、电阻式触摸屏、升压转换器、直流高频升压转换器、肖特基二极管、贴片稳压管、二极管和电阻触摸控制芯片；其中，低压差电压调节器、串行闪存、字库芯片分别和液晶显示控制器相连，液晶显示控制器、低压差电压调节器、升压转换器、电阻触摸控制芯片、贴片稳压管、肖特基二极管分别和电阻式触摸屏相连；二极管和贴片稳压管相连，二极管、肖特基二极管分别和直流高频升压转换器相连；液晶显示控制器、电阻触摸控制芯片分别与单片机模块的单片机相连；串行闪存、字库芯片、电阻触摸控制芯片分别和低压差电压调节器相连；

所述的液晶显示控制器使用的型号为RA8875，所述串行闪存使用型号为MX25L128/256，所述字库芯片使用型号为GT23L24，所述电阻式触摸屏型号为TFTLCD(18bit)。串行闪存和字库芯片分别与液晶显示控制器连接，提供字库显示；液晶显示控制器与电阻式触摸屏的接口相连，可以传输图像信号显示，同时接受电阻式触摸屏的触摸信号；

所述低压差电压调节器的具体型号为LM1117-3.3，为液晶显示控制器和电阻式触摸屏提供电压。

所述升压转换器的具体型号为MP3302DJ，为电阻式触摸屏提供电压。

所述直流高频升压转换器的具体型号为TPS61040，所述二极管的具体型号为BAT54S，所述贴片稳压管的具体型号为ZMM4.7和ZMM3.9，为电阻式触摸屏提供电压，所述肖特基二极管的具体型号为MBR0520，为电阻式触摸屏提供电压。

所述电阻触摸控制芯片为四线制电阻触摸控制芯片，具体型号为XPT2046，为单片机发送触摸位置信号。

所述的单片机模块，包括单片机、只读存储器、低压降小功率电源、功能监控器、信号收发器、低压差电压调节器、光敏二极管和SD卡座；其中，单片机为核心，其他器件均与其相连；只读存储器、功能监控器、信号收发器、光敏二极管、SD卡座分别和低压差电压调节器相连；

所述SD卡座与单片机相连，作为单片机数据存储输出。

所述低压差电压调节器的具体型号为LM1117-3.3，为单片机及单片机附属器件提供电压。

所述功能监控器的具体型号为MAX706ESA，负责启动和重启单片机，同时监测单片机的运行状态。

所述只读存储器的具体型号为ATT25512，与单片机相连，为单片机存储信息。

所述低压降小功率电源的具体型号为ADR366，与单片机相连，为单片机提供电压输出。

所述光敏二极管的具体型号为Photo Sen，连接单片机用来当作运行状态指示。

所述信号收发器的具体型号为MAX3232CSE，连接单片机用以系统调试信息打印，检查调试软件使用情况。

所述单片机的具体型号为MK60DN512ZVLQ10，由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成，其中引脚PTB0、PTB1、PTB4、PTB5、PTC8、PTC9、PTC10、PTC11分别连接至下层八组运放电路中每组的二级子电路第二个芯片AD825X的7号引脚，接收运放电路传送的模拟信号数据；单片机引脚PTA5、PTA6、PTA7、PTA8、PTA9、PTA10、PTA12、PTA13、PTA14、PTA15、PTA16、PTA17与下层八组运放电路中每组的二级子电路两个芯片AD825X的4、5、6号引脚相连，其中PTA5、PTA6、PTA7、PTA8、PTA9、PTA10、PTA12、PTA13这8个引脚每个引脚分成两路分别接八组运放电路中每组的二级子电路两个芯片AD825X的6号引脚；PTA14、PTA15、PTA16、PTA17这4个引脚每个引脚分成八路，分别接下层八组运放电路中每组的二级子电路两个芯片AD825X的4、5号引脚。

所述的下层包括USB采集卡和运放电路模块，功能为放大信号，接收并传输信号至单片机和PC机。

所述USB采集卡使用的型号为USB5953，作用为传输数据至PC机，使用8路单端AI作为信号输入，分别与下层八组运放电路中每组的三级子电路第二个芯片INA128的6号引脚相连。USB接口接入PC机，使用PC机应用USB采集卡软件实现处理采集数据。

所述的运放电路模块包括八组运算放大电路、开关电源、开关电压调节器、功率二极管、电压调节器。

所述八组运算放大电路的每一组运算放大电路相同，均分为三级运放子电路，三级运放子电路依次连接。其中，一级运放子电路的运算放大芯片作用为接收模拟信号，提升电路运行可靠性，型号为INA128；二级运放子电路的作用为放大、输出模拟信号，使用了两个型号为AD825X的运算放大芯片串联连接；三级运放子电路的作用为输出模拟信号，包括两个运放芯片，分别与二级运放子电路中的第二个运放芯片的输出端连接，具体型号为TL072和INA128。

所述开关电源的型号为金阳升的S-120-24。开关电源与开关电压调节器和功率二极管相连，为其提供24V直流电压。所述开关电压调节器的具体型号为LM2596-5.0。所述功率二极管的具体型号为PWA2412D-6W。所述电压调节器的具体型号为REF33xx。开关电压调节器分别与运放电路模块中的电压调节器、液晶显示控制模块的低压差电压调节器、升压转换器、直流高频升压转换器以及单片机模块中的低压降小功率电源、低压差电压调节器相连，为其提供+5V电压输入。

图3所示为采集装置下层运算放大电路模块连线图，主要包括八组运算放大电路、开关电源、开关电压调节器，功率二极管和电压调节器，其中，开关电压调节器与电压调节器相连，功率二极管、电压调节器分别与各组运算放大电路相连，各组运算放大电路分别与前面板信号输入接口、后面板信号输出接口、单片机、USB采集卡相连。

所述八组运算放大电路，支持八路不同的信号输入，以其中一路为例介绍。运算放大电路包括三级运放子电路，一级运放子电路为一个INA128运放芯片，二级运放子电路为两个AD825X运放芯片串联，三级运放子电路包括TL072和INA128各一个运放芯片。一级运放芯片INA128的2、3号引脚第一路分别各接一个2kΩ电阻，记为R10、R11。R10、R11的另一端连接外部的前面板信号输入接口；一级运放芯片的2、3号引脚第二路各接一个5.1MΩ电阻，记为R12、R13，R12、R13另一端接地。R12、R13可以提供平衡的信号输入以及更好的高频共模抑制；一级运放芯片的2、3号引脚第三路各接一个10pF电容，记为C10、C12，C10、C12另一端接地；一级运放芯片的2、3号之间接100pF电容，记为C11。6号引脚作为一级运放芯片的输出，接100Ω电阻，记为R17；R17另一端与二级运放子电路第一个芯片AD825X的10号引脚相连，同时R17与二级运放子电路第一个芯片AD825X的10号引脚之间的线路连接10pF电容C14的一端，电容C14的另一端接地；二级运放子电路第一个芯片AD825X的7号引脚接100Ω电阻R14的一端，电阻R14的另一端与二级运放子电路第二个芯片AD825X的10号引脚相连，同时R14与二级运放子电路第二个芯片AD825X的10号引脚之间的线路连接10pF电容C13的一端连接，电容C13另一端接地。第二级运放子电路的两个运算放大芯片中的4、5、6号引脚均分别与单片机模块中的单片机相连；二级运放子电路第二个芯片AD825X的7号引脚分三路输出，其中第一路接三级运放子电路第一个芯片的TL072的3号引脚，TL072的1号引脚作为输出分为两路，一路接采集装置后面板信号输出接口，一路反馈接自身的2号引脚；二级运放子电路第二个芯片AD825X的7号引脚第二路接入单片机模块中的单片机；二级运放子电路第二个芯片AD825X的7号引脚第三路接70K电阻R15的一端，电阻R15的另一端接三级运放子电路的芯片INA128的2号引脚，同时R15与三级运放芯片INA128的3号引脚之间线路连接10K电阻R16的一端，电阻R16的另一端接地；INA128的6号引脚接入USB采集卡的八路AI引脚，通过USB采集卡的USB输出接口接入PC机。

所述电阻使用五色环电阻，用于运放芯片输入部分的电阻作用为提高输入信号电压，同时使运放不产生失调电压。所述电容使用CBB电容，用于过滤杂波噪声，使波形更精确。其余七路运算放大电路与第一路的器件构成和连接方式完全一致，整体构成运算放大模块。一般运放电路使用方法类似于本发明运放电路中的第二级子电路和第三级子电路联合使用，缺点是容易造成升温，导致信号的传输不稳定，同时影响运放芯片的使用寿命甚至烧毁芯片，本发明增加了第一级子电路运放芯片INA128，并且设计了电路中电阻和电容的连接配合，有效的提高了芯片的共模抑制比，平衡了输入信号电压，提高了运放电路的工作可靠性和精确度。

输出信号O总共分三路，第一路为a，一共8组O1a到O8a，输出至后面板信号输出接口，第二路为b，O1b到O8b，输出至单片机模块的单片机，第三路为c，O1c到O8c，输出至USB采集卡，这些代称为自定义，Oxa定义为“直接输出信号”，Oxb为“单片机信号”，Oxc为“USB采集卡信号”

所述开关电源使用的型号为金阳升的S-120-24，可将交流220V电压转为直流24V电压。开关电源的VIN引脚接220V交流电压，VOUT引脚接型号为IN4001的二极管，记为D1，D1另一侧分为两路，一路连接型号为LM2596-5.0的开关电压调节器的+VIN引脚，D1另一侧第二路连接型号为PWA2412D-6W的功率二极管的+Vin引脚。

所述开关电压调节器的+VIN引脚连接D1另一侧的同时，另外引出一路接220uF/35V电容C1，C1另一侧接地。开关电压调节器的OUT引脚一路接IN5822接地，一路接68uH电感L1与FEED引脚相连共同输出+5V电压，用以电压调节器供电，同时接220uF/16V电容C3接地。所述电容使用CBB电容，用于过滤杂波噪声。

所述功率二极管的+Vin引脚接二极管D1另一路的同时，+Vin引脚另外引出一路接220uF/35V电容C2，C2另一侧接地，功率二极管的-Vo输出-12V电压，+Vo输出+12V电压，用来给所有运算放大芯片供电。所述电容使用CBB电容，用于过滤杂波噪声。

所述电压调节器的具体型号为REF33xx，Vin引脚接开关电压调节器的OUT引脚提供的+5V电压，电压调节器的Vout引脚一路输出Vref用以第三级运算放大芯片INA128供电，一路接0.1uF电容C103，C103另一端接地，一路接10uF/10V电容C8接地。所述电容使用CBB电容，用于过滤杂波噪声。

所述器件检测正常运行，整体封装后，可进行磁致伸缩材料的信号采集实验。

被测试材料为磁致伸缩材料铁镓合金，通过测量设备测量合金的磁通、磁场强度以及动态应变值。测量设备产生的模拟信号通过采集装置的下层的运放模块，运放电路的输出分为三路，一路接采集装置的后面板信号输出接口，可供示波器等设备采集显示对比；另一路将信号输入单片机，单片机将信号传输至上层的液晶控制芯片，液晶控制芯片将数据最终传输至电阻触摸屏幕上以供观测；第三路信号通过USB采集卡传输至计算机用来处理数据并绘制磁特性曲线。电阻式触摸屏上可显示内容为：一条通道的波形图；选择显示不同通道波形的触摸区域；扫描频率增大、减小触摸区域；运放增益增大、减小触摸区域。液晶显示控制器RA8875的XP、YP、YN、XN引脚所在模块可判断电阻式触摸屏触摸位置，点击选择要显示的通道波形会在该通道前显示黑点，之前显示的通道的黑点会消失；触摸扫频、增益的增减区域，会有短暂的下凹图像显示，下凹一次表示一次触摸被识别。由电阻控制芯片XPT2046判断电阻式触摸屏触摸位置，发送信号至单片机MK60DN512ZVLQ10，由单片机发出控制指令，控制扫描频率、控制运放增益以及向液晶显示控制器RA8875发送显示不同通道波形的数据，运放芯片收到增益信号后，对信号进行相应的调控，调控后的信号通过单片机传输至液晶显示控制器，最终显示在电阻式触摸屏上。

具体磁致伸缩动态磁特性采集步骤为：

本实施例中被测量的低饱和磁场的磁致伸缩材料采用Fe-Ga合金棒材，该材料直径10mm，长度40mm，Fe-Ga合金成份为多晶Fe₈₃Ga₁₇。采用Lakeshore 480型磁通计，朗斯LC1004型动态应变仪，A1321LUA型霍尔芯片，7101型功率放大器，TFG6920A型信号发生器。进行Fe-Ga合金磁致伸缩动态磁特性采集实验。

信号发生器接功率放大器，功放输出峰-峰值60V交流电压接励磁线圈，将圆柱形铁镓合金棒材置于励磁线圈的交变磁场中，此时，铁镓合金会产生动态的磁致伸缩应变。

铁镓合金上缠40圈铜导线，接磁通计，用于测量通过材料的磁通，磁通计的模拟信号输出端连接采集装置的CH1接口；铁镓合金上贴应变片，应变片通过桥盒连接动态应变仪，用于测量材料的应变系数，动态应变仪的模拟信号输出端连接采集装置的CH2接口；霍尔元件垂直于材料侧表面即垂直于磁场方向固定于材料旁边，用于测量材料的磁场强度，霍尔元件的AB端(A正B负)接5V电源，CB端电压作为模拟信号输出(C正B负)，接采集装置CH3通道。功放输出的检测波形为功放输出波形的十分之一，接入采集装置的CH4通道。采集装置的USB接口连接计算机。

连线检查无误后，打开设备电源开关，预热3分钟后进行实验。设置信号发生器参数，使其产生峰峰值为1V，频率为10Hz的正弦波，正弦波输入至功放进行放大，可通过触摸采集装置电阻式触摸屏，选择显示CH4通道波形，旋转功放的增益旋钮，使波形峰值达到正负3V，则实际输出正负30V。此时，测量采集试验已开始进行，磁通计发出的模拟信号幅值较小，可通过触摸采集装置电阻式触摸屏，选择显示CH1通道磁通波形，由于装置的总量程为正负10V，此时磁通波形近似直线，不能确定磁通计是否正常运行，通过触摸电阻式触摸屏的扫频、增益区域，适当调节波形大小，波形幅值扩大十倍后，其幅值近似为5V，则可很方便的计算出原始波形的幅值为0.5V，与理论值接近，且可以清楚显示为正弦波形，可确认磁通计工作正常，控制增益恢复原始波形，相同的方法可确认应变的波形是否正常。之后在PC机上进行USB采集卡软件操作。

图4为应用Matlab处理数据框图。应用Visual Studio 2005对USB采集卡软件和Matlab进行混编，使采集卡软件菜单多出Matlab绘图功能，主要功能包括：可选择路径读取原始数据，对原始数据进行线性变化，得到所需数据后，进行图形绘制。打开采集卡软件，打开“文件操作”，点“新建数据文件”，建好文件后，设置显示CH0至CH3通道，对应于采集装置接收的CH1至CH4通道波形，也可设置采样频率和峰值电压，点击“开始数据采集”，等待数据波形走过2个周期后点击“停止数据采集”，打开“文件操作”，点“关闭数据文件”，点“数据文件转换”可将文件数据转换为EXCEL或TXT格式，打开“文件操作”，选择“Matlab曲线”，选择对应参数的输入数据路径，点“拟合曲线”此时软件会打开Matlab，并运行之前保存的“litTest.m文件”处理数据，最后出现cfTool拟合工具框，选择拟合的参数自动出现图像，如图5所示。

本装置运行中涉及的软件或协议均为公知技术。

图5为处理结果图，其中图5(a)为采集装置采集到的磁感应强度与时间的关系，图5(b)为采集装置采集到的磁场与时间的关系，图5(c)为软件处理后的磁感应强度与磁场关系图。采集结果与理论结果基本一致，波形效果好。

本实施例采集装置，所涉及的元器件均由公知的商购途径获得。

本装置未尽事宜为公知技术。

Claims (4)

1.一种磁致伸缩材料磁特性采集装置，其特征为该装置包括液晶显示控制模块、单片机模块、USB采集卡、和运放电路模块；

所述的液晶显示控制模块，其组成包括液晶显示控制器、串行闪存、字库芯片、低压差电压调节器、电阻式触摸屏、升压转换器、直流高频升压转换器、肖特基二极管、贴片稳压管、二极管和电阻触摸控制芯片；其中，低压差电压调节器、串行闪存、字库芯片分别和液晶显示控制器相连，液晶显示控制器、低压差电压调节器、升压转换器、电阻触摸控制芯片、贴片稳压管、肖特基二极管分别和电阻式触摸屏相连；二极管和贴片稳压管相连，二极管、肖特基二极管分别和直流高频升压转换器相连；液晶显示控制器、电阻触摸控制芯片分别与单片机模块的单片机相连；串行闪存、字库芯片、电阻触摸控制芯片分别和低压差电压调节器相连；

所述的单片机模块，包括单片机、只读存储器、低压降小功率电源、功能监控器、信号收发器、低压差电压调节器、光敏二极管和SD卡座；其中，单片机为核心，其他器件均与其相连；只读存储器、功能监控器、信号收发器、光敏二极管、SD卡座分别和低压差电压调节器相连；

所述的运放电路模块包括八组运算放大电路、开关电源、开关电压调节器、功率二极管、电压调节器；开关电源分别与开关电压调节器和功率二极管相连，开关电压调节器与电压调节器相连，功率二极管、电压调节器分别与各组运算放大电路相连，各组运算放大电路分别与前面板信号输入接口、后面板信号输出接口、单片机、USB采集卡相连；开关电压调节器分别与液晶显示控制模块的低压差电压调节器、升压转换器、直流高频升压转换器以及单片机模块的低压降小功率电源、低压差电压调节器相连。

2.如权利要求1所述的磁致伸缩材料磁特性采集装置，其特征为所述八组运算放大电路的每一组运算放大电路结构相同，所述的运算放大电路为三级运放子电路，三级运放子电路依次连接；其中，第一级运放子电路包括一个运算放大芯片；第二级运放子电路包括两个串联的运算放大芯片；第三级运放子电路包括两个运算放大芯片，它们分别与第二级运放子电路中的第二个运算放大芯片的输出端连接。

3.如权利要求1所述的磁致伸缩材料磁特性采集装置，其特征为所述八组运算放大电路具体为：第一级运放子电路的运算放大芯片的2、3号引脚第一路分别接电阻R10、R11，R10、R11的另一端连接装置外部的前面板信号输入接口；第一级运放子电路的运算放大芯片的2、3号引脚第二路分别接电阻R12、R13，R12、R13另一端接地；第一级运放子电路的运算放大芯片的2、3号引脚第三路各接一个电容C10、C12，C10、C12另一端接地；第一级运放子电路的运算放大芯片的2、3号引脚之间还接有电容C11；第一级运放子电路的运算放大芯片的6号引脚接电阻R17；电阻R17另一端与第二级运放子电路中的第一个运算放大芯片中的10号引脚相连，同时R17与第二级运放子电路中的第一个运算放大芯片中的10号引脚之间的线路连接电容C14的一端，电容C14的另一端接地；第二级运放子电路中的第一个运算放大芯片中的7号引脚接电阻R14的一端，电阻R14的另一端与第二级运放子电路中的第二个运算放大芯片中的10号引脚相连，同时R14与第二级运放子电路中的第二个运算放大芯片中的10号引脚之间的线路连接电容C13的一端连接，电容C13另一端接地；第二级运放子电路的两个运算放大芯片中的4、5、6号引脚均分别与单片机模块中的单片机相连；第二级运放子电路中的第二个运算放大芯片中的7号引脚分三路输出，其中第一路接第三级运放子电路中的第一个运算放大芯片中的3号引脚，第三级运放子电路中的第一个运算放大芯片中的1号引脚作为输出分为两路，一路接采集装置的后面板信号输出接口，一路反馈接本身的2号引脚；第二级运放子电路中的第二个运算放大芯片中的7号引脚第二路接入单片机模块中的单片机；第二级运放子电路中的第二个运算放大芯片中的7号引脚第三路接电阻R15的一端，电阻R15的另一端接第三级运放子电路中的第二个运算放大芯片中的2号引脚，同时R15与第三级运放子电路中的第二个运算放大芯片中的2号引脚之间线路连接电阻R16的一端，电阻R16的另一端接地；第三级运放子电路中的第二个运算放大芯片中的6号引脚接入USB采集卡的八路AI引脚，通过USB采集卡的USB输出接口接入PC机。

4.如权利要求1所述的磁致伸缩材料磁特性采集装置，其特征为所述的磁致伸缩材料磁特性采集装置，为三层整体封装，上层为液晶显示控制模块，中层为单片机模块，下层包括USB采集卡和运放电路模块，USB采集卡外接PC机。

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