CN107065968A - 一种快速自修复材料的固化设备用温控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种快速自修复材料的固化设备用温控系统，其特征在于，主要由微处理器，均与微处理器相连接的温度采集处理系统、数据存储模块、显示屏、继电器和报警器，以及与数据存储模块相连接的数据录入器组成。本发明通过温度采集处理系统对自修复材料的固化设备的固化箱内的温度进行采集，该温度采集处理系统并能对温度信号进行很好的处理，使型号更稳定、更准确，从而确保了自修复材料的固化设备对自修复材料的固化质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种控制系统，具体的说，是一种快速自修复材料的固化设备用温控系统。
背景技术
自修复型材料属于智能材料的一类，仿照生物体损伤自愈合的功能，通过材料内部的自诊断和自响应机制，及时修复材料在成型加工或使用过程产生的微小裂纹，避免其进一步扩展。近年来本课题组针对结构用自修复型材料的强度恢复问题，综合利用高分子化学、高分子物理、材料力学等学科的理论和方法，设计、合成了一系列固态外植型和本征型自修复材料。而固态外植型和本征型自修复材料的自修复的性能的好坏则取决于自修复材料的固化质量，
然而，现有的自修复材料的固化设备多采用机械式的恒温器作为固化设备的温控系统。可是这种机械式的恒温器的温控开关为双金属弹片，该双金属弹片在高温中长期工作易变形，即恒温器对固化设备的固化温度控制时易出现误差，导致固化设备的固化温度与自修复材料所需的固化温度不一致，致使自修复材料的固化质量差，从而严重的影响了自修复材料的使用效果。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的自修复材料固化设备采用的温控系统对温度控制的准确性较差的缺陷，提供的一种快速自修复材料的固化设备用温控系统。
本发明通过以下技术方案来实现：一种快速自修复材料的固化设备用温控系统，主要由微处理器，均与微处理器相连接的温度采集处理系统、数据存储模块、显示屏、继电器和报警器，以及与数据存储模块相连接的数据录入器组成；所述数据存储模块还与显示屏相连接；所述温度采集处理系统由电源模块MK，以及均与电源模块MK相连接的温度传感器、信号滤波电路、信号放大器、信号频率调理电路、AD转换器和数字信号滤波器组成；所述信号频率调理电路由输入端与信号放大器相连接的信号增益调节电路，和输入端与信号增益调节电路输出端相连接的谐波抑制电路组成；所述谐波抑制电路的输出端与AD转换器相连接。
进一步的，所述信号滤波电路由放大器P1，三极管VT，正极与放大器P1的正极相连接、负极与温度传感器相连接的极性电容C1，一端与极性电容C1的正极相连接、另一端与电源模块MK相连接的电阻R1，一端与放大器P1的正极相连接、另一端接地的电阻R2，一端与放大器P1的正极相连接、另一端与放大器P1的输出端相连接的电阻R3，正极与放大器P1的正极相连接、负极与放大器P1的输出端相连接的极性电容C2，P极与放大器P1的负极相连接、N极经电阻R4后与三极管VT的基极相连接的二极管D，正极与三极管VT的集电极相连接、负极接地的极性电容C3，正极与放大器P1的输出端相连接、负极经电阻R5后与三极管VT的发射极相连接的极性电容C4，以及一端与放大器P1的输出端相连接、另一端作为信号滤波电路的输出端并与信号放大器相连接的电阻R6组成；所述放大器P1的正电极与电源模块MK相连接，该放大器P1的负电极接地。
为了对信号的频率和带宽进行调节，使信号更稳定、更平稳，所述信号增益调节电路由放大器P2，一端与放大器P2的正极相连接、另一端与信号放大器相连接的电阻R7，正极与放大器P2的负极相连接、负极接地的极性电容C5，负极与放大器P2的输出端相连接、正极经可调电阻R8后与极性电容C5的负极相连接的极性电容C6，以及串接在极性电容C6的正极与负极之间的电阻R9组成；所述放大器P2的输出端作为信号增益调节电路的输出端并与谐波抑制电路相连接。
所述谐波抑制电路由放大器P3，负极接地、正极顺次经电阻R10和电阻R11后与放大器P3的正极相连接的极性电容C7，负极与放大器P2的输出端相连接、正极经电阻R12后与放大器P3的负极相连接的极性电容C8，负极与极性电容C8的正极相连接、正极与放大器P3的正极相连接的极性电容C9，以及一端与放大器P3的负极相连接、另一端接地的电阻R13组成；所述极性电容C7的正极与极性电容C8的负极相连接；所述放大器P3的输出端作为谐波抑制电路的输出端并与AD转换器相连接。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
(1)本发明通过温度采集处理系统对自修复材料的固化设备的固化箱内的温度进行采集，该温度采集处理系统并能对温度信号进行很好的处理，使型号更稳定、更准确，从而确保了自修复材料的固化设备对自修复材料的固化质量。
(2)本发明的温度采集处理系统设置了能对温度信号中的无用电流信号进行消除或抑制的信号滤波电路，从而提高了微处理器接收的信号的准确性有效的提高了本发明对自修复材料的固化设备的固化温度控制的准确性。
(3)本发明的温度采集处理系统还设置了信号频率调理电路，该信号频率调理电路能对信号中的高频干扰谐波进行消除或抑制，该电路并能对信号中的低频信号进行相位补偿，使信号频率段的相位变化更平缓。
附图说明
图1为本发明的整体框图。
图2为本发明的温度采集处理系统的整体框图。
图3为本发明的信号滤波电路的电路结构示意图。
图4为本发明的信号频率调理电路的电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，本发明主要由微处理器，均与微处理器相连接的温度采集处理系统、数据存储模块、显示屏、继电器和报警器，以及与数据存储模块相连接的数据录入器组成；所述数据存储模块还与显示屏相连接。
具体的，该微处理器采用了AT89C51单片机来实现，该单片机的P1管脚与数据存储模块相连接，P3管脚与显示屏相连接，P1.4管脚与报警器相连接，P0管脚与温度采集处理系统相连接，P1.5管脚与继电器相连接，VCC管脚与电源相连接。本发明的电源为12V直流电压，该12V直流电压给整个系统供电。其中，继电器采用了美格尔生产的MGR-1D4860型单相固态继电器，该继电器的环境温度为-30℃～+75℃，其使用寿命较长。该继电器与固化设备的加热器的加热管的电极端电连接。所述的显示屏则用于对实际温度和存储温度的显示，以便于操作者能更好的了解固化设备对自修复材料的固化情况。
其中，所述的温度采集处理系统的温度传感器内的热电偶的阻值能随着固化腔内温度的变化而变化，即温度传感器输出的信号能随着固化腔内温度的变化而变化，并且该温度采集处理系统能对信号中的无用电流信号进行消除或抑制，并能对信号的频率和带宽进行调节，使信号更稳定、更平稳。该温度采集处理系统并将处理后的信号传输给微处理器。该微处理器将接收的信号转换为数据信号，微处理器内的数据识别器对数据信号进行处理后得到一个温度值，微处理器内的比较器将得到的温度值与数据存储模块内存储的温度值进行比对。本发明的存储模块采用了泽耀科技公司生产的AS01-ML01DP3存储模块，该存储模块内预存有自修复材料固化所需的温度值。自修复材料固化所需的温度值则是通过数据录入器后存储到存储模块内的，该数据录入器为上海益华电脑研究所与美国Super--R公司合作研制HT-1型电子数据录入器，该数据录入器的数据分解速度快、准确。
运行时，接通电源时温度控制系统得电，微处理器输出控制电流给继电器，继电器的常闭触点为闭合状态，固化设备的加热器得电，加热器为固化设备的固化腔内的空气加热。当温度采集处理系统传输的信号经微处理器处理后得得得的温度值与存储模块内预存的温度值相同时，微处理器则停止输出控制电流给继电器，继电器失电释放，继电器的常闭触点断开，固化设备的加热器失电，加热器停止加热，使固化设备的固化腔内的热空气的温度不再升高，此时，固化设备的固化腔内的热空气的温度与存储模块内预存的温度值一致，从而使固化设备的固化腔内的温度能很好的保持在自修复材料固化所需的温度值内，很好的提高了自修复材料固化的质量。
如图2所示，所述温度采集处理系统由电源模块MK，以及均与电源模块MK相连接的温度传感器、信号滤波电路、信号放大器、信号频率调理电路、AD转换器和数字信号滤波器组成。其中，所述电源模块MK本发明优先采用了广州中逸科技有限公司的78XX系列的电源模块，该电源模块MK的输出电压为12V，其电源模块MK为温度采集处理系统供电。
实施时，该温度传感器采用了上海琴都智慧科技公司生产的KM37V-10-05型温度传感器，该温度传感器设置在固化设备的固化箱内壁上，用于对固化箱内的温度进行监测，该温度传感器并将监测到的温度信号传输给信号滤波电路。该信号滤波电路如图3所示，其由放大器P1，三极管VT，正极与放大器P1的正极相连接、负极与温度传感器相连接的极性电容C1，一端与极性电容C1的正极相连接、另一端与电源模块MK相连接的电阻R1，一端与放大器P1的正极相连接、另一端接地的电阻R2，一端与放大器P1的正极相连接、另一端与放大器P1的输出端相连接的电阻R3，正极与放大器P1的正极相连接、负极与放大器P1的输出端相连接的极性电容C2，P极与放大器P1的负极相连接、N极经电阻R4后与三极管VT的基极相连接的二极管D，正极与三极管VT的集电极相连接、负极接地的极性电容C3，正极与放大器P1的输出端相连接、负极经电阻R5后与三极管VT的发射极相连接的极性电容C4，以及一端与放大器P1的输出端相连接、另一端作为信号滤波电路的输出端并与信号放大器相连接的电阻R6组成；所述放大器P1的正电极与电源模块MK相连接，该放大器P1的负电极接地。
具体的，该放大器P1为用于对信号中的无用信号进行放大的OP364型放大器，以便于后面的电路对信号中的微弱无用信号频率进行消除或抑制。该电阻R1和电阻R2均为2.3M的分压电阻，电阻R3为100kΩ的限流电阻，电阻R4的阻值为470kΩ，电阻R5的阻值为220kΩ，且该电阻R4和电阻R5均为限流电阻，极性电容C1和极性电容C2以及极性电容C3均为0.1μF的退耦电容，极性电容C4的容值为100μF，二极管D为1N4013的二极管，三极管VT为3AX81的三极管。其中，该三极管VT、二极管D、极性电容C4、电阻R4和电阻R5形成了反馈限制器，该反馈限制器用于对放大器P1放大后的信号的电流进行限制，并将电流信号反馈给极性电容C2和电阻R3形成的滤波器进行滤波，从而使信号滤波电路实现了对温度传感器输出的信号中的无用信号频率进行有效的消除或抑制。
同时，信号滤波电路将滤波处理后的信号传输给信号放大器。该信号放大器优先采用了深圳市瀚芯龙科技公司的型号为LM2904DR的双通运算放大器，该放大器对滤波后的混频信号的带宽进行放大，使输出信号与采样信号一致，信号放大器则将处理后的信号传输给信号频率调理电路。该信号频率调理电路如图4所示，其由信号增益调节电路和谐波抑制电路组成。其中，所述信号增益调节电路由放大器P2，一端与放大器P2的正极相连接、另一端与信号放大器相连接的电阻R7，正极与放大器P2的负极相连接、负极接地的极性电容C5，负极与放大器P2的输出端相连接、正极经可调电阻R8后与极性电容C5的负极相连接的极性电容C6，以及串接在极性电容C6的正极与负极之间的电阻R9组成；所述放大器P2的输出端作为信号增益调节电路的输出端并与谐波抑制电路相连接。
具体的，该放大器P2为OP27型的运算放大器，电阻R7为用于输入阻抗的12kΩ电阻，可调电阻R8的阻值为0～1M，电阻R9的阻值为4.7M，极性电容C5为1μF充分电容，极性电容C6为0.1μF的滤波电容。其中，可调电阻R8和电阻R9为放大器P2的负反馈电阻，其将放大器P2输出端的电压反馈回放大器P2的输入端与输入信号进行相减，从而限制放大器P2的对信号频率的增益，稳定了放大器P2的工作点，防止放大器P2进入截止或饱和导通的非工作状态，而改变可调电阻R8的阻值则可得到所需的信号频率增益点。因此，信号增益调节电路实现了对信号频率的增益控制。
同时，经信号增益调节电路对信号频率增益控制后的信号被传输给谐波抑制电路，该谐波抑制电路如图4所示，其由放大器P3，负极接地、正极顺次经电阻R10和电阻R11后与放大器P3的正极相连接的极性电容C7，负极与放大器P2的输出端相连接、正极经电阻R12后与放大器P3的负极相连接的极性电容C8，负极与极性电容C8的正极相连接、正极与放大器P3的正极相连接的极性电容C9，以及一端与放大器P3的负极相连接、另一端接地的电阻R13组成；所述极性电容C7的正极与极性电容C8的负极相连接；所述放大器P3的输出端作为谐波抑制电路的输出端并与AD转换器相连接。
具体的，该放大器P3为OP27型运算放大器，该放大器P3用于对输出信号的频率进行放大；电阻R10的阻值为100kΩ，电阻R11的阻值为470kΩ，且电阻R10和电阻R11均为高阻抗电阻；电阻R12为10kΩ的负反馈电阻，电阻R13为120kΩ的限流电阻；极性电容C7的容值为10μF，极性电容C8和极性电容C9均为0.1μF的滤波电容。其中，极性电容C8、极性电容C9、电阻R10和电阻R11形成了低通滤波网，该低通滤波网可以很好的去除信号中的高频干扰谐波。放大器P3和电阻R12形成了频率补偿器，该频率补偿器能对输出的有效信号中的低频信号进行相位补偿，使信号频率段的相位变化更平缓，很好的防止了信号的波形发生畸变，从而使输出信号更稳定、更准确。
同时，信号增益调节电路将调理后的信号传输给AD转换器。该AD转换器本发明优先采用了深圳科胜德电子科技公司生产的AD9280ARS型AD转换器，AD转换器对温度传感器所传输的电流信号进行处理后将其转换为数据信号，AD转换器将转换后的数据信号传输给数字信号滤波器。该数字信号滤波器对输入的数字信号中的干扰信号进行消息或抑制，使温度采集处理系统输出的数字信号更准确，从而通过了本发明对自修复材料的固化设备的固化温度控制的准确性。
按照上述实施例，即可很好的实现本发明。
Claims (4)
1.一种快速自修复材料的固化设备用温控系统，其特征在于，主要由微处理器，均与微处理器相连接的温度采集处理系统、数据存储模块、显示屏、继电器和报警器，以及与数据存储模块相连接的数据录入器组成；所述数据存储模块还与显示屏相连接；所述温度采集处理系统由电源模块MK，以及均与电源模块MK相连接的温度传感器、信号滤波电路、信号放大器、信号频率调理电路、AD转换器和数字信号滤波器组成；所述信号频率调理电路由输入端与信号放大器相连接的信号增益调节电路，和输入端与信号增益调节电路输出端相连接的谐波抑制电路组成；所述谐波抑制电路的输出端与AD转换器相连接。
2.根据权利要求1所述的一种快速自修复材料的固化设备用温控系统，其特征在于，所述信号滤波电路由放大器P1，三极管VT，正极与放大器P1的正极相连接、负极与温度传感器相连接的极性电容C1，一端与极性电容C1的正极相连接、另一端与电源模块MK相连接的电阻R1，一端与放大器P1的正极相连接、另一端接地的电阻R2，一端与放大器P1的正极相连接、另一端与放大器P1的输出端相连接的电阻R3，正极与放大器P1的正极相连接、负极与放大器P1的输出端相连接的极性电容C2，P极与放大器P1的负极相连接、N极经电阻R4后与三极管VT的基极相连接的二极管D，正极与三极管VT的集电极相连接、负极接地的极性电容C3，正极与放大器P1的输出端相连接、负极经电阻R5后与三极管VT的发射极相连接的极性电容C4，以及一端与放大器P1的输出端相连接、另一端作为信号滤波电路的输出端并与信号放大器相连接的电阻R6组成；所述放大器P1的正电极与电源模块MK相连接，该放大器P1的负电极接地。
3.根据权利要求2所述的一种快速自修复材料的固化设备用温控系统，其特征在于，所述信号增益调节电路由放大器P2，一端与放大器P2的正极相连接、另一端与信号放大器相连接的电阻R7，正极与放大器P2的负极相连接、负极接地的极性电容C5，负极与放大器P2的输出端相连接、正极经可调电阻R8后与极性电容C5的负极相连接的极性电容C6，以及串接在极性电容C6的正极与负极之间的电阻R9组成；所述放大器P2的输出端作为信号增益调节电路的输出端并与谐波抑制电路相连接。
4.根据权利要求3所述的一种快速自修复材料的固化设备用温控系统，其特征在于，所述谐波抑制电路由放大器P3，负极接地、正极顺次经电阻R10和电阻R11后与放大器P3的正极相连接的极性电容C7，负极与放大器P2的输出端相连接、正极经电阻R12后与放大器P3的负极相连接的极性电容C8，负极与极性电容C8的正极相连接、正极与放大器P3的正极相连接的极性电容C9，以及一端与放大器P3的负极相连接、另一端接地的电阻R13组成；所述极性电容C7的正极与极性电容C8的负极相连接；所述放大器P3的输出端作为谐波抑制电路的输出端并与AD转换器相连接。
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| 袁泉: "《近代物理基础》", 30 September 2016, 东北大学出版社 * |
| 邓皓: "《电子产品调试与检测》", 31 July 2013, 高等教育出版社 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109887255A (zh) * | 2019-04-03 | 2019-06-14 | 中国人民解放军32181部队 | 便携式监测装备状态的通用终端及监测方法 |
| CN110416849A (zh) * | 2019-07-25 | 2019-11-05 | 东莞市玖木通实业有限公司 | 一种具有温度过温保护功能的数据线 |
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