CN203572435U

CN203572435U - 一种微弱应变测量系统

Info

Publication number: CN203572435U
Application number: CN201320763560.3U
Authority: CN
Inventors: 郭敏强; 李扬; 刘晓娜; 朱裕; 文勇亮
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-11-28
Filing date: 2013-11-28
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2023-11-28

Abstract

本实用新型提供了一种微弱应变测量系统，该微弱应变测量系统由测量装置、信号处理装置和外部控制显示装置组成。本实用新型有效的克服了市场上所使用大部分应变测量仪测量原理复杂、价格昂贵，成本高、体积庞大、不宜携带、操作复杂和不利于维修的缺点，具有测量灵敏度高、采用连续、无损测试方法、测量范围广、仪器成本低的优点，在声纳的水声换能器技术、电声换能器技术、海洋探测与开发技术、微位移驱动、减振与防振、减噪与防噪系统、智能机翼、机器人、自动化技术、燃油喷射技术、阀门、泵、波动采油等高技术领域。

Description

一种微弱应变测量系统

技术领域

本实用新型涉及测量系统，特别是一种微弱应变测量系统，属于智能测量领域。

背景技术

磁致伸缩材料根据成分可分为金属磁致伸缩材料和铁氧体磁致伸缩材料，是一种具有将电能转换成机械能或将机械能转换成电能的特性材料。

在交变磁场的中，物体产生的机械振动与交变磁场频率的一样；相反，在拉伸、压缩应力之下，材料长度会发生变化，相应地材料内部磁通密度改变，线圈中产生感应电流，机械能转换为电能。因此，它是重要的能量与信息转换功能材料，在换能器技术、海洋探测技术、微位移致动、智能机翼、机器人等高技术领域具有广泛的应用前景，同时，它是新世纪提高国家竞争力的战略性功能材料。

磁致伸缩材料性能研究最基础、最重要的工作就是对磁致伸缩系数随磁场变化关系(磁致伸缩曲线)的测量。磁致伸缩系数是磁致伸缩材料的核心特性参数，是衡量材料本身性质的一项重要指标。目前测量磁致伸缩系数的方法主要有迈克尔逊测量法、光杠杆和机械杠杆组合测量法等，利用这些方法所制作的实验仪器比较多。

磁致伸缩材料多参数测量系统是一种测量超磁致伸缩材料特性参数随外加交、直流磁场变化情况的装置。该系统由电磁铁、电磁铁稳流电源、磁通测量单元、磁场测量单元、应变测量单元、阻抗测量单元、亥姆亥兹线圈、音频励磁电源、数据采集系统、压力包、计算机和激光打印机等组成。这种仪器不但体积大，笨重，而且因为本身和所带部分过多，影响过大，极不稳定，测量时非专业人士不可。

目前市场上磁致伸缩测试仪器均为大型专业设备，由于体积大、操作复杂、价格昂贵等原因不便推广。现所设计的系统有较高测量精度，不仅适用于科研工作中的磁性测量，而且可以应用于高校理工类学生的物理实验教学。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种微弱应变测量系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种微弱应变测量系统，该微弱应变测量系统由测量装置、信号处理装置和外部控制显示装置组成，其特征在于：被测材料上所粘贴的四个半导体应变片每排两个，对称分布测；量装置由稳压模块、电源、被测材料、精密电阻R₁、精密电阻R₂、精密电阻R₃、精密电阻R₄和半导体应变片组成；信号处理装置由单片机、屏蔽线、放大器和ADS7825P组成；外部控制显示装置由液晶LCD和计算机组成；被测材料与半导体应变片及精密电阻R₂在非平衡电桥的一个桥臂上，精密电阻R₂、精密电阻R₃和精密电阻R₄在非平衡电桥的另外三个桥臂上，稳压模块和电源为非平衡电桥提供电能。

在稳恒电压下，通过外部应力或者磁场对的改变，测量装置非平衡电桥中电路桥臂两端电压发生变化，并将这个变化的压差信号传给信号处理装置；信号处理装置对压差信号进行滤波、放大和外部干扰信号屏蔽，继而由单片机将信号传给外部控制显示装置；外部控制显示装置一方面可以显示出测量数据结果和图像，一方面可以根据所测出的结果判断是否适合需求，再进一步去做微小调节，使得测量结果更加完善。

放大器对测量装置测量出的电压信号进行放大，接着通过ADS7825P对放大的电压信号进行模数转换，再由屏蔽线屏蔽掉外界干扰信号，最后传给单片机；液晶LCD显示出测量数据的同时显示测量数据所绘制成的曲线，计算机可以对单片机里的参数进行调节。

本实用新型的有益效果是：该系统是将物理原理、电子器件所能达到的测量范围、实际中存在的影响因素结合到一起，全面综合考虑，将测量材料应变特性有效地结合到电子元器件电路中，通过无损测量的方式，实现对微弱应变材料的实时、连续、精确测量，结构简单、紧凑，利用制定出的合理的实验设计方案解决了传统实验室和市场上应变测试仪器均为大型专业设备，体积大、读数误差较大、操作复杂和价格昂贵等问题，可以应用于实际测量、提高实验效率，在实验室做进一步推广，同时解决了超微弱信号在实验室和工业测量中的部分应用。

附图说明

图1为一种微弱应变测量系统的测量原理图。

图2为一种微弱应变测量系统的应用示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体结构作进一步说明。

图1、2中，1—稳压模块，2—精密电阻R₄，3—精密电阻R₁，4—半导体应变片，5—被测材料，6—精密电阻R₂，7—精密电阻R₃，8—液晶LCD，9—计算机，10—单片机，11—屏蔽线，12—放大器，13—ADS7825P,14—滤波模块，15—电源。

在被测材料5上所粘贴的四个半导体应变片4每排两个，对称分布，在磁场中可进行温度补偿，消除因为温度、磁阻效应产生的漂移现象的影响。

首先，按照图1在电路板上按照非平衡电桥电路焊接好精密电阻R₄2、精密电阻R₁3、精密电阻R₂6和精密电阻R₃7。将半导体应变片4贴在被测材料5上，通过半导体应变片4的阻值变化反映出被测材料5的长度变化。在电源15上接稳压模块1进行稳压，输出恒定电压。在精密电阻R₂6的桥臂上接上导线与半导体应变片4相连接，最后与稳压模块1相连，形成测量装置。

接着，从非平衡电桥的桥上引出两根导线与放大器12相连，使得桥上的电压信号放大，用滤波模块14进行滤波，之后通过ADS7825P13对电压信号进行模数转换，再用屏蔽线11屏蔽掉干扰信号传给单片机10，形成信号处理装置。

最后，单片机10将测量出的数据和绘制出的图像在液晶LCD8上显示。如果液晶LCD8上显示数据精度达不到要求，可以通过计算机9来调节单片机10的参数进一步测量。

温度为290K时，用设计的应变测量系统测量了Fe-Ga合金在磁场中的变化情况，测量的数据做出Fe-Ga合金的磁致伸缩系数与磁场之间的关系曲线，效果与实验获得曲线吻合的很好。

通过电路装置使测量时间差变得较小，实现连续测量，由于被测材料5不受压力等因素的影响，只要将半导体应变片4贴在被测材料5生即可，不会对被测材料5造成损耗，既保护了被测材料5又避免了资金的浪费，还可对被测材料5特性进行较高精度测量。

本实用新型有效的克服了市场上所使用大部分应变测量仪测量原理复杂、价格昂贵，成本高、体积庞大、不宜携带、操作复杂和不利于维修的缺点，具有测量灵敏度高、采用连续、无损测试方法、测量范围广、仪器成本低的优点，在声纳的水声换能器技术、电声换能器技术、海洋探测与开发技术、微位移驱动、减振与防振、减噪与防噪系统、智能机翼、机器人、自动化技术、燃油喷射技术、阀门、泵、波动采油等高技术领域。

Claims

1.一种微弱应变测量系统，该微弱应变测量系统由测量装置、信号处理装置和外部控制显示装置组成，其特征在于：被测材料上所粘贴的四个半导体应变片每排两个，对称分布；测量装置由稳压模块、电源、被测材料、精密电阻R₁、精密电阻R₂、精密电阻R₃、精密电阻R₄和半导体应变片组成；信号处理装置由单片机、屏蔽线、放大器和ADS7825P组成；外部控制显示装置由液晶LCD和计算机组成；被测材料与半导体应变片及精密电阻R₂在非平衡电桥的一个桥臂上，精密电阻R₂、精密电阻R₃和精密电阻R₄在非平衡电桥的另外三个桥臂上，稳压模块和电源为非平衡电桥提供电能。

2.根据权利要求1要求所述的一种微弱应变测量系统，其特征是：放大器对测量装置测量出的电压信号进行放大，接着通过ADS7825P对放大的电压信号进行模数转换，再由屏蔽线屏蔽掉外界干扰信号，最后传给单片机。