CN107884434B - 一种基于超声波的智能金属线胀系数测量装置 - Google Patents

Abstract

一种基于超声波的智能金属线胀系数测量装置，包括金属线胀系数测试仪、加热装置、声波装置、万向轴、夜视摄像头、温度检测仪、显示器及处理器，金属线胀系数测试仪包括底板、外筒、顶盖及固定装置，外筒设置于底板上方，顶盖设置于外筒上方，固定装置设置于外筒与底板中心，加热装置包括加热器及加热管，加热器设置于底板下方，加热管设置于外筒内腔表面，声波装置设置于顶盖下方，万向轴设置于声波装置与顶盖连接处，夜视摄像头设置于顶盖下方并与顶盖下表面保持同一水平线，温度检测仪设置于外筒内部，显示器与声波装置、加热装置及温度检测仪连接，处理器设置于显示器内部并与加热器、声波装置、万向轴、夜视摄像头、温度检测仪及显示器连接。

Description

一种基于超声波的智能金属线胀系数测量装置

技术领域

本发明涉及线胀系数测量领域，特别涉及一种基于超声波的智能金属线胀系数测量装置。

背景技术

“热胀冷缩”是许多物体都具有的特性，是由于物体内部分子热运动加剧或减弱从而使物质分子平均艰巨变大或变小造成的，热膨胀虽然不大，但可以产生很大的应力。因此，在工程设计，机械制造，材料加工等过程中都要充分考虑。一般情况，固体在各个方向上的膨胀规律相同，因此可以用固体在一个方向上的线膨胀规律来表征它的体膨胀。国内现有的检测方法一般是通过千分尺、传统的光杠杆等工具进行目测，这些方法不仅效率低，而且误差大。

超声波是声波的一部分，是人耳听不见、频率高于20KHZ的声波，它和声波有共同之处，即都是由物质振动而产生的，并且只能在介质中传播；同时，它也广泛地存在于自然界，许多动物都能发射和接收超声波，其中以蝙蝠最为突出，它能利用微弱的超声回波在黑暗中飞行并捕捉食物。但超声还有它的特殊性质'如具有较高的频率与较短的波长，所以，它也与波长很短的光波有相似之处。超声波由于它的波长较短，当它通过小孔（大于波长的孔）时，会呈现出集中的一束射线向一定方向前进。又由于超声方向性强，所以可定向采集信息。

然，如何将超声波应用于测量金属的线胀系数上，能够及时准确的测量出金属的线胀系数并且减小常规线胀系数测量装置的体积是目前急需解决的问题。

发明内容

发明目的：为了克服背景技术中的缺点，本发明实施例提供了一种基于超声波的智能金属线胀系数测量装置，能够有效解决上述背景技术中涉及的问题。

技术方案：

一种基于超声波的智能金属线胀系数测量装置，包括金属线胀系数测试仪、加热装置、声波装置、万向轴、夜视摄像头、温度检测仪、显示器以及处理器，所述金属线胀系数测试仪包括底板、外筒、顶盖以及固定装置，所述外筒设置于所述底板上方位置并与所述底板连接，所述顶盖设置于所述外筒上方位置，所述固定装置设置于所述外筒与底板中心位置，用于固定待测量金属棒；所述加热装置包括加热器以及加热管，所述加热器设置于所述底板下方位置，用于加热所述加热管；所述加热管设置于所述外筒内腔表面位置，用于加热待测量金属棒；所述声波装置设置于所述顶盖下方位置，用于发射并接收超声波；所述万向轴设置于所述声波装置与顶盖连接处并分别与所述声波装置以及顶盖连接，用于控制所述声波装置进行旋转；所述夜视摄像头设置于所述顶盖下方位置并与所述顶盖下表面保持同一水平线，用于摄取顶盖下方金属棒影像；所述温度检测仪设置于所述外筒内部位置，用于检测所述外筒内部加热温度信息；所述显示器与所述处理器连接，用于显示测量的金属线胀系数以及温度信息；所述处理器设置于所述显示器内部位置并与固定装置、加热器、声波装置、万向轴、夜视摄像头、温度检测仪以及显示器连接，用于控制电子器件运行以及计算金属线胀系数。

作为本发明的一种优选方式，所述金属线胀系数测试仪还包括旋转装置，所述旋转装置设置于所述固定装置的下方位置并与所述处理器连接，用于将待测量金属棒进行旋转。

作为本发明的一种优选方式，所述加热管设置有加热线圈，所述加热线圈均匀设置于所述加热管内表面位置并与加热器连接，用于均匀加热金属棒。

作为本发明的一种优选方式，所述外筒包括自动伸缩孔，所述自动伸缩孔设置于所述外筒侧壁位置并与所述处理器连接，用于将外筒内部的热量散出。

作为本发明的一种优选方式，还包括吸音棉，所述吸音棉设置于所述固定装置外表面位置，用于吸收超声波。

作为本发明的一种优选方式，所述声波装置包括伸缩发射口，所述伸缩发射口设置于所述声波装置声波发射位置并与所述处理器连接，用于调节发射口与金属棒直径一致。

作为本发明的一种优选方式，所述处理器内部设置有加热开关模块以及加热控制模块，所述加热开关模块用于开启以及关闭所述加热器；所述加热控制模块用于控制所述加热器的加热温度。

作为本发明的一种优选方式，所述处理器内部还设置有温度采集模块以及温度显示模块，所述温度采集模块用于采集温度检测仪检测的温度信息；所述温度显示模块用于将采集的温度信息显示于所述显示屏内。

作为本发明的一种优选方式，所述处理器内部还设置有声波控制模块、声波采集模块以及声波处理模块，所述声波控制模块用于控制声波装置发射以及接收超声波；所述声波采集模块用于采集金属棒反弹的声波信息；所述声波处理模块用于根据采集的声波信息计算所述金属棒的线胀系数。

作为本发明的一种优选方式，所述声波处理模块计算金属棒全长的步骤为：在当前室内温度下，声波控制模块控制声波装置发射超声波，声波采集模块控制声波装置接收超声波，声波处理模块获得当前室内温度声波装置与金属棒的距离，并将存储的声波装置与底板的距离减去当前室内温度下声波装置与金属棒的距离，即得到金属棒全长。

本发明实现以下有益效果：1.在将待测量的金属棒放入金属线胀系数测试仪内后，处理器控制声波装置发射超声波检测所述金属棒在当前室内温度下所述金属棒与声波装置的距离，然后计算所述金属棒的全长，计算全长后，所述处理器控制加热管将金属棒进行加热，并利用声波装置实时获取所述金属棒每高于室内温度一摄氏度的情况下的金属棒全长，然后将加热的金属棒全长减去室内温度下金属棒的全长计算出所述金属棒在各个温度下的伸出量，伸出量获取完成后，所述处理器根据所述温度变化以及金属棒对应的伸出量计算出该金属棒的线胀系数并将其显示与显示屏内。

2.在控制加热器进行加热时，所述处理器利用加热器控制加热线圈同步加热并控制旋转装置启动将所述金属棒进行匀速旋转，使其均匀受热，在测量完成后控制自动伸缩孔开启进行散热。

3.在所述声波装置准备发射超声波时，所述处理器控制夜视摄像头获取金属棒影像并根据所述影像控制万向轴将超声波发射器与金属棒保持同一垂直线，然后控制伸缩发射口调整至与所述金属棒一致直径。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并于说明书一起用于解释本公开的原理。图1为本发明其中一个示例提供的智能金属线胀系数测量装置的剖视图；

图2为本发明其中一个示例提供的智能金属线胀系数测量装置控制方法的流程图；

图3为本发明其中一个示例提供的线圈加热以及自动伸缩孔控制方法的流程图；

图4为本发明其中一个示例提供的智能金属线胀系数测量装置的电子器件连接图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例一

参考图1-2，图4所示，图1为本发明其中一个示例提供的智能金属线胀系数测量装置的剖视图；图2为本发明其中一个示例提供的智能金属线胀系数测量装置控制方法的流程图；图4为本发明其中一个示例提供的智能金属线胀系数测量装置的电子器件连接图。

具体的，本实施例提供一种基于超声波的智能金属线胀系数测量装置，包括金属线胀系数测试仪、加热装置、声波装置3、万向轴4、夜视摄像头5、温度检测仪6、显示器7以及处理器8，其特征在于，所述金属线胀系数测试仪包括底板10、外筒11、顶盖12以及固定装置13，所述外筒11设置于所述底板10上方位置并与所述底板10连接，所述顶盖12设置于所述外筒11上方位置，所述固定装置13设置于所述外筒11与底板10中心位置，用于固定待测量金属棒；所述加热装置包括加热器20以及加热管21，所述加热器20设置于所述底板10下方位置，用于加热所述加热管21；所述加热管21设置于所述外筒11内腔表面位置，用于加热待测量金属棒；所述声波装置3设置于所述顶盖12下方位置，用于发射并接收超声波；所述万向轴4设置于所述声波装置3与顶盖12连接处并分别与所述声波装置3以及顶盖12连接，用于控制所述声波装置3进行旋转；所述夜视摄像头5设置于所述顶盖12下方位置并与所述顶盖12下表面保持同一水平线，用于摄取顶盖12下方金属棒影像；所述温度检测仪6设置于所述外筒11内部位置，用于检测所述外筒11内部加热温度信息；所述显示器7与所述处理器8连接，用于显示测量的金属线胀系数以及温度信息；所述处理器8设置于所述显示器7内部位置并与固定装置13、加热器20、声波装置3、万向轴4、夜视摄像头5、温度检测仪6以及显示器7连接，用于控制电子器件运行以及计算金属线胀系数。

作为本发明的一种优选方式，还包括吸音棉9，所述吸音棉9设置于所述固定装置13外表面位置，用于吸收超声波。

作为本发明的一种优选方式，所述处理器8内部设置有加热开关模块80以及加热控制模块81，所述加热开关模块80用于开启以及关闭所述加热器20；所述加热控制模块81用于控制所述加热器20的加热温度。

作为本发明的一种优选方式，所述处理器8内部还设置有温度采集模块82以及温度显示模块83，所述温度采集模块82用于采集温度检测仪6检测的温度信息；所述温度显示模块83用于将采集的温度信息显示于所述显示屏内。

作为本发明的一种优选方式，所述处理器8内部还设置有声波控制模块84、声波采集模块85以及声波处理模块86，所述声波控制模块84用于控制声波装置3发射以及接收超声波；所述声波采集模块85用于采集金属棒反弹的声波信息；所述声波处理模块86用于根据采集的声波信息计算所述金属棒的线胀系数。

作为本发明的一种优选方式，所述声波处理模块86计算金属棒全长的步骤为：在当前室内温度下，声波控制模块84控制声波装置3发射超声波，声波采集模块85控制声波装置3接收超声波，声波处理模块86获得当前室内温度声波装置3与金属棒的距离，并将存储的声波装置3与底板10的距离减去当前室内温度声波装置3与金属棒的距离，即得到金属棒全长。

作为本发明的一种优选方式，所述声波装置3包括伸缩发射口30，所述伸缩发射口30设置于所述声波装置3声波发射位置并与所述处理器8连接，用于调节发射口与金属棒直径一致。

其中，所述万向轴4可以进行多方向旋转并能够将所述声波装置3进行伸缩；所述声波装置3为高精度超声波测距仪；所述夜视摄像头5包括但不限于红外摄像头、白光摄像头等；所述智能金属线胀系数测量装置内的电子器件均为耐高温设计；所述智能金属线胀系数测量装置内的电子器件在完成处理器8发送的指令以及信息后，向所述处理器8返回对应的指令完成信息；所述智能金属线胀系数测量装置内均采用耐高温金属；所述吸音棉9为防火吸音棉9，所述防火吸音棉9具有阻燃能力。

计算金属线胀系数的方法包括以下步骤：

S1、在测试人员将待测量的金属棒放入金属线胀系数测试仪内部后，处理器8向固定装置13发送固定指令并向夜视摄像头5发送金属棒摄取指令；

S2、所述固定装置13接收到则控制自身进入固定状态，将所述金属棒进行固定，所述夜视摄像头5接收到则摄取所述金属棒影像并将所述影像返回给所述处理器8；

S3、所述处理器8接收到则根据所述影像分析所述金属棒信息并向伸缩发射口30以及万向轴4发送所述金属棒信息以及校准指令，所述伸缩发射口30接收到则根据所述金属棒信息控制自身的孔口直径与所述金属棒一致，所述万向轴4接收到则根据所述金属棒信息控制声波装置3的所述伸缩发射口30与所述金属棒保持同一垂直线并将校准完成信息返回给所述处理器8；

S4、所述处理器8接收到则向声波控制模块84发送声波发送指令并向声波采集模块85发送声波采集指令，所述声波控制模块84接收到则控制所述声波装置3通过所述伸缩发射口30向所述金属棒发射超声波，所述声波采集模块85接收到则控制所述声波装置3接收反射回的超声波信息并将其返回给所述处理器8；

S5、所述处理器8接收到则向声波处理模块86发送全长计算指令、向加热开关模块80以及加热控制模块81发送加热指令并向温度采集模块82发送实时采集指令，所述声波处理模块86接收到则根据存储的所述声波装置3与底板10距离减去室温内所述声波装置3与金属棒距离计算获得所述金属棒在室温下的全长；所述加热开关模块80以及加热控制模块81接收到则控制加热器20进入逐步加热状态，所述温度采集模块82接收到控制所述温度检测仪6实时采集加热温度信息并将其返回给所述处理器8；

S6、所述处理器8接收到则根据采集到的加热温度信息每次所述金属棒高于室内温度1℃向所述声波控制模块84发送声波发送指令以及向所述声波采集模块85发送声波采集指令并向所述声波处理模块86发送伸长量计算指令；

S7、所述声波控制模块84接收到则控制所述声波装置3通过所述伸缩发射口30向所述金属棒发射超声波，所述声波采集模块85接收到则控制所述声波装置3接收反射回的超声波信息并将其返回给所述处理器8，所述声波处理模块86接收到则计算升高1℃后所述金属棒全长减去室温下所述金属棒全长获得所述金属棒的伸长量并将其返回给所述处理器8；

S8、所述处理器8接收到则根据所述温度变化以及对应温度所述金属棒的伸长量计算所述金属棒的线胀系数并向温度显示模块83发送温度显示指令以及向显示屏发送所述金属棒线胀系数以及显示指令；

S9、所述温度显示模块83接收到则控制所述显示屏显示采集到的所述金属棒的温度变化信息，所述显示屏接收到则控制自身显示所述金属棒处于各个温度时对应的线胀系数信息。

其中，所述固定装置13进入固定状态后，所述金属棒无法被取出以及晃动；所述夜视摄像头5摄取所述金属棒的影像后，所述处理器8根据所述影像分析所述金属棒是否为垂直状态且无弯曲，若所述金属棒未处于垂直状态和（或）有弯曲则所述处理器8向显示器7发送不合格指令，所述显示器7接收到则显示所述金属棒未达到测量的状态并通知测试人员及时更换金属棒；所述金属线胀系数的计算公式为：α=ΔL/（L*Δt），所述α为线胀系数，所述ΔL为金属伸长量，所述L为全长，所述Δt为温度变化，所述Δt= t₂-t₁即温度变化=受热温度-室内温度；所述智能金属线胀系数测量装置依次测量每超过室温1℃对应金属棒线胀系数并计算所述金属棒每超过室温1℃对应的线胀系数；所述显示屏依次显示每超过室温1℃以及对应的金属棒线胀系数；所述金属棒信息包括金属棒直径、金属棒是否弯曲、金属棒垂直信息等。

实施例二

参考图3所示，图3为本发明其中一个示例提供的线圈加热以及自动伸缩孔控制方法的流程图。

本实施例与实施例一基本上一致，区别之处在于，本实施例中，所述金属线胀系数测试仪还包括旋转装置14，所述旋转装置14设置于所述固定装置13的下方位置并与所述处理器8连接，用于将待测量金属棒进行旋转。

作为本发明的一种优选方式，所述加热管21设置有加热线圈22，所述加热线圈22均匀设置于所述加热管21内表面位置并与加热器20连接，用于均匀加热金属棒。

作为本发明的一种优选方式，所述外筒11包括自动伸缩孔110，所述自动伸缩孔110设置于所述外筒11侧壁位置并与所述处理器8连接，用于将外筒11内部的热量散出。

其中，所述旋转装置14控制所述金属棒进行匀速旋转；所述加热线圈22均匀分布于所述外筒11内侧壁，以均匀的对待测量的金属棒进行加热；所述自动伸缩孔110在测量金属线胀系数结束后开启，进行散热，在测试时处于封闭状态。

在测试人员将所述金属棒放入金属线胀系数测量仪内后，所述方法还包括以下步骤：

S10、所述处理器8向旋转装置14发送旋转指令并向所述加热开关模块80发送线圈加热指令，所述旋转装置14接收到则利用固定装置13控制所述金属棒进行匀速旋转，所述加热开关模块80接收到则利用加热器20控制所述加热线圈22进行均匀加热并将加热信息返回给所述处理器8；

S11、所述处理器8接收到则实时检测所述金属棒的线胀系数是否有测量完成；

S12、若有则所述处理器8向自动伸缩孔110发送开启指令，所述自动伸缩孔110接收到则控制自身进入开启状态将外筒11内部进行散热。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的是让熟悉该技术领域的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此来限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作出的等同变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于超声波的智能金属线胀系数测量装置，包括金属线胀系数测试仪、加热装置、声波装置、万向轴、夜视摄像头、温度检测仪、显示器以及处理器，其特征在于，所述金属线胀系数测试仪包括底板、外筒、顶盖以及固定装置，所述外筒设置于所述底板上方位置并与所述底板连接，所述顶盖设置于所述外筒上方位置，所述固定装置设置于所述外筒与底板中心位置，用于固定待测量金属棒；所述加热装置包括加热器以及加热管，所述加热器设置于所述底板下方位置，用于加热所述加热管；所述加热管设置于所述外筒内腔表面位置，用于加热待测量金属棒；所述声波装置设置于所述顶盖下方位置，用于发射并接收超声波；所述万向轴设置于所述声波装置与顶盖连接处并分别与所述声波装置以及顶盖连接，用于控制所述声波装置进行旋转；所述夜视摄像头设置于所述顶盖下方位置并与所述顶盖下表面保持同一水平线，用于摄取顶盖下方金属棒影像；所述温度检测仪设置于所述外筒内部位置，用于检测所述外筒内部加热温度信息；所述显示器与所述处理器连接，用于显示测量的金属线胀系数以及温度信息；所述处理器设置于所述显示器内部位置并与固定装置、加热器、声波装置、万向轴、夜视摄像头、温度检测仪以及显示器连接，用于控制电子器件运行以及计算金属线胀系数。

2.根据权利要求1所述的一种基于超声波的智能金属线胀系数测量装置，其特征在于，所述金属线胀系数测试仪还包括旋转装置，所述旋转装置设置于所述固定装置的下方位置并与所述处理器连接，用于将待测量金属棒进行旋转。

3.根据权利要求1所述的一种基于超声波的智能金属线胀系数测量装置，其特征在于，所述加热管设置有加热线圈，所述加热线圈均匀设置于所述加热管内表面位置并与加热器连接，用于均匀加热金属棒。

4.根据权利要求1所述的一种基于超声波的智能金属线胀系数测量装置，其特征在于，所述外筒包括自动伸缩孔，所述自动伸缩孔设置于所述外筒侧壁位置并与所述处理器连接，用于将外筒内部的热量散出。

5.根据权利要求1所述的一种基于超声波的智能金属线胀系数测量装置，其特征在于，还包括吸音棉，所述吸音棉设置于所述固定装置外表面位置，用于吸收超声波。

6.根据权利要求1所述的一种基于超声波的智能金属线胀系数测量装置，其特征在于，所述声波装置包括伸缩发射口，所述伸缩发射口设置于所述声波装置声波发射位置并与所述处理器连接，用于调节发射口与金属棒直径一致。

7.根据权利要求1所述的一种基于超声波的智能金属线胀系数测量装置，其特征在于，所述处理器内部设置有加热开关模块以及加热控制模块，所述加热开关模块用于开启以及关闭所述加热器；所述加热控制模块用于控制所述加热器的加热温度。

8.根据权利要求1所述的一种基于超声波的智能金属线胀系数测量装置，其特征在于，所述处理器内部还设置有温度采集模块以及温度显示模块，所述温度采集模块用于采集温度检测仪检测的温度信息；所述温度显示模块用于将采集的温度信息显示于所述显示屏内。

9.根据权利要求1所述的一种基于超声波的智能金属线胀系数测量装置，其特征在于，所述处理器内部还设置有声波控制模块、声波采集模块以及声波处理模块，所述声波控制模块用于控制声波装置发射以及接收超声波；所述声波采集模块用于采集金属棒反弹的声波信息；所述声波处理模块用于根据采集的声波信息计算所述金属棒的线胀系数。

10.根据权利要求9所述的一种基于超声波的智能金属线胀系数测量装置，其特征在于，所述声波处理模块计算金属棒全长的步骤为：在当前室内温度下，声波控制模块控制声波装置发射超声波，声波采集模块控制声波装置接收超声波，声波处理模块获得当前室内温度声波装置与金属棒的距离，并将存储的声波装置与底板的距离减去当前室内温度下声波装置与金属棒的距离，即得到金属棒全长。