CN203786138U - 一种多功能物理量测量仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种多功能物理量测量仪，涉及测量仪器领域，能够测量多种物理量。所述多功能测量仪包括电源模块，以及分别与所述电源模块电连接的控制器模块、显示模块、模数转换模块、信号处理模块、测量模块；所述控制器模块与所述显示模块、模数转换模块分别电连接；所述模数转换模块与所述信号处理模块电连接；所述信号处理模块与所述测量模块电连接；其中所述测量模块包括光电测速单元、光强测量单元、超声波测距单元和霍尔传感器测流量单元中的至少两个。本实用新型适用于物理学、光学、电磁学、力学实验中物理量的测量。

Description

一种多功能物理量测量仪

技术领域

本实用新型涉及物理量测量仪，尤其涉及一种多功能物理量测量仪。 

背景技术

大学物理实验中对光强、磁感应强度、距离、流体流量、进行检测、验证相关光学、电磁学、力学原理的实验方法较多是采用检流计对光电池、电流的输出进行测量,采用直尺测量长度，并且测量每个物理量时需要提供不同的测量仪器，这样测量起来测量速度非常慢降低了测量效率。 

发明内容

本实用新型提供一种多功能物理量测量仪，能够测量多种物理量。 

为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案： 

所述多功能物理量测量仪包括：电源模块，以及分别与所述电源模块电连接的控制器模块、显示模块、模数转换模块、信号处理模块、测量模块。 

所述控制器模块与所述显示模块、模数转换模块分别电连接； 

所述模数转换模块与所述信号处理模块电连接； 

所述信号处理模块与所述测量模块电连接；其中 

所述测量模块包括光电测速单元、光强测量单元、超声波测距单元、霍尔传感器测流量单元中的至少两个。 

其中，所述光电测速单元包括依次间隔排列的光电测速传感器、缝隙板、开孔圆盘和光源；其中 

所述开孔圆盘上至少开有两个测速孔，所述测速孔均等分布在圆盘边缘处，所述开孔圆盘通过与之相连的输入轴带动转动；所述开孔圆盘转动时，所述测速孔、光源、缝隙板、光电测速传感器能够在一条直线上。 

所述光源发出的光，通过开孔圆盘和缝隙板照射到所述光电测速传感器。 

其中，所述光强测量单元包括用于测光照强度的光电池传感器。 

可选地，光源发出的光，被所述光电池传感器所接收，所述光电池传感器 产生电动势，所述电动势经过所述信号处理模块和所述模数转换模块转换为电压，所述电压反馈给所述控制器模块，所述控制器模块控制所述电压显示在显示器上。 

其中，所述超声波测距单元包括用于测距的超声波传感器，以及与所述控制器模块相连的有计时时钟。 

其中，所述霍尔传感器测流量单元包括用于测流速的霍尔传感器、锥管、带磁钢的浮子； 

所述锥管中设置有带磁钢的浮子，所述锥管设置在所述霍尔传感器一侧。 

优选的，所述控制器模块包括单片机STC89S52；所述模数转换器为型号为ADC0809的模数转换器。 

优选的，所述超声波传感器的测距电路包括超声波发射电路和接收电路，所述超声波发射电路包括超声波探头和超声波放大器，所述超声波放大器选用74LS04芯片进行信号放大。 

优选的，与所述控制器模块相连有测量键、归一化按键、功能选择按键和手动复位按键。 

优选的，所述多功能物理量测量仪，还包括通过IIC总线与所述控制器模块相连的数据存储模块。 

与现有技术相比，本实用新型实施例多功能物理量测量仪，由于包括测量模块，所述测量模块包括光电测速单元、光强测量单元、超声波测距单元、霍尔传感器测流量单元中的至少两个；由此能够实现对多个物理量的测量。 

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。 

图1为本实用新型多功能物理量测量仪实施例的系统结构框图； 

图2为本实用新型多功能物理量测量仪实施例的光电测速模块图； 

图3为本实用新型多功能物理量测量仪实施例的超声波发射电路； 

图4为本实用新型多功能物理量测量仪实施例的超声波接收电路； 

图5为本实用新型多功能物理量测量仪实施例的霍尔流量测量模块图； 

图6为本实用新型多功能物理量测量仪实施例的单片机系统图； 

图7为本实用新型多功能物理量测量仪实施例的电源电路图； 

图8为本实用新型多功能物理量测量仪实施例的数据存储模块图。 

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型实施例一种多功能物理量测量仪进行详细描述。 

图1为本实用新型多功能物理量测量仪实施例的系统结构框图。参看图1，本实用新型多功能物理量测量仪实施例包括：电源模块1，以及分别与所述电源模块电连接的控制器模块2、显示模块3、模数转换模块4、信号处理模块5、测量模块6；所述控制器模块2与所述显示模块3、模数转换模块4分别电连接；所述模数转换模块4与所述信号处理模块5电连接；所述信号处理模块5与所述测量模块6电连接；所述测量模块6包括光电测速单元61、光强测量单元62、超声波测距单元63、霍尔传感器测流量单元64中的至少两个。 

本实用新型实施例多功能物理量测量仪，由于包括测量模块，所述测量模块包括光电测速单元、光强测量单元、超声波测距单元、霍尔传感器测流量单元中的至少两个；由此能够实现对多个物理量的测量。 

图2为本实用新型多功能物理量测量仪实施例的光电测速模块图。参看图2，本实用新型多功能物理量测量仪一实施例，所述光电测速单元61包括依次间隔排列的光电测速传感器611、缝隙板612、开孔圆盘613、光源614，所述开孔圆盘613上至少开有两个测速孔615，所述测速孔615均等分布在圆盘边缘处，所述开孔圆盘通过与之相连的输入轴616带动转动；所述开孔圆盘613转动时，所述测速孔615、光源614、缝隙板612、光电测速传感器611能够在一条直线上。所述开孔圆盘旋转一周，光电测速传感器输出的电脉冲个数等于圆盘的开孔数，因此，可通过测量光电测速传感器输出的脉冲频率，得知被测转速。 

所述光源发出的光，通过开孔圆盘和缝隙板照射到所述光电测速传感器，所述光电测速传感器接收到这些光信号并将所述光信号反馈给所述信号处理模块，所述信号处理模块将所述光信号经过处理成为目标光信号，所述目标光信号被所述模数转换模块接收并将所述目标光信号转换为脉冲电信号，所述脉冲电信号反馈给所述控制器模块，所述控制器模块驱动所述显示器将所述脉冲电信号显示在显示器上。本实用新型多功能物理量测量仪实施例中，所述光电测速单元测速快捷方便且易操作。 

本实用新型多功能物理量测量仪一实施例，所述光强测量单元包括用于测光照强度的光电池传感器。 

本实用新型多功能物理量测量仪实施例中，光源发出的光，被所述光电池传感器所接收，所述光电池传感器产生电动势，所述电动势经过所述信号处理模块和所述模数转换模块转换为电压，所述电压反馈给所述控制器模块，所述控制器模块控制将所述电压显示在显示器上。 

本实用新型多功能物理量测量仪实施例中，所述光电池随光照强度变化产生不同的电压能准确测量出实时电压。 

本实用新型多功能物理量测量仪一实施例，所述超声波测距单元63包括用于测距的超声波传感器，以及与所述控制器模块相连的计时器。 

其中，所述超声波传感器的测距电路包括超声波发射电路和接收电路，所述超声波发射电路包括超声波探头和超声波放大器；其中，所述超声波放大器选用74LS04芯片进行信号放大。图3和图4分别为本实用新型多功能物理量测量仪实施例的超声波发射电路和接收电路示意图。 

工作时，由控制器模块产生40kHz的脉冲从P0.1口向超声波的发射电路部分发出信号，再经74LS04放大电路放大后，驱动超声波探头将超声波发射出去。 

由于超声波在空气中的传播过程中是有衰减的，如果距离较远，那么超声波接收电路所接收到的超声波信号就会比较微弱，因此需要对接收到的信号进行放大而且放大的倍数也要比较大。超声波接收电路主要是由集成电路CX20106A芯片电路构成的，CX20106A芯片电路可以对超声波信号进行放大、限幅、带通滤波、峰值检波、整形、比较等功能，比较完之后超声波接收电路 会输出一个低电平到控制器模块去请求中断，当即控制器模块停止计时，并开始去进行数据的处理。 

CX20106A芯片的前置放大器具有自动增益控制的功能，当测量的距离比较近时，放大器不会过载；而当测量距离比较远时，超声波信号微弱，前置放大器就有较大的放大增益效果。CX20106A芯片的5脚在外接电阻对它的带通滤波器的频率进行调节，而且不用再外接其他的电感，能够很好地避免外加磁场对芯片电路的干扰，而且它的可靠性也是比较高的。CX20106A芯片电路本身就具有很高的抗干扰的能力，而且灵敏度也比较高。 

所述超声波传感器接收到一个一定赫兹的方波脉冲，所述方波脉冲被所述超声波传感器发射出去，所述计时器在所述方波脉冲发射出时会开始计时，所述方波脉冲碰到障碍物后会形成反射波沿原方向反射回来被所述超声波传感器接收，所述计时器在反射波被接收时会停止计时，所述超声波传感器将所述反射波反馈给所述信号处理模块，所述信号处理模块将所述反射波经过处理成为方波脉冲，所述方波脉冲被所述模数转换模块接收并将所述方波脉冲转换为脉冲电信号，所述脉冲电信号反馈给所述控制器模块，所述控制器模块驱动所述显示器显示出距离。 

其中较优的，与所述控制器模块相连的计时时钟能准确记录时间，所述CX20106A芯片电路具有很高的抗干扰能力，而且灵敏度也比较高，从而提高了测量的准确度。 

图5为本实用新型多功能物理量测量仪实施例的霍尔流量测量模块图。参看图5，本实用新型多功能物理量测量仪一实施例，所述霍尔传感器测流量单元64包括用于测流速的霍尔传感器641、锥管642、带磁钢643的浮子644；所述锥管中设置有带磁钢的浮子，所述锥管设置在所述霍尔传感器一侧。 

其中，所述霍尔传感器用来检测带磁钢的浮子位移，当被测流体自下而上流过锥管时，带磁钢的浮子产生位移，所述霍尔传感器的磁力线角度就会发生变化，从而使所述霍尔传感器输出相应电压，所述电压传给所述控制器模块处理后，所述控制器模块驱动所述显示器显示出流量值。 

其中较优的，所述霍尔传感器是线性的，提高了测量的精确度简化了测量 装置。 

图6为本实用新型多功能物理量测量仪实施例的单片机系统图。参看图6，本实用新型多功能物理量测量仪一实施例，所述控制器模块包括单片机STC89S52；所述模数转换器为型号为ADC0809的模数转换器。 

本实施例中，所述控制器模块的控制核心元件为单片机STC89S52，在每个测量位置,所述单片机控制8位低速高精度模数转换器ADC0809。以复位电路、震荡电路、上拉电阻和一片STC89S52单片机组成。最小系统的复位电路既有上电复位也有手动复位，方便操作和调试。 

其中，所述单片机采用STC89S52，所述模数转换器采用ADC0809，所述单片机系统操作简单方便。 

图7为本实用新型多功能物理量测量仪实施例的电源电路图。参看图7，220V的交流电经过220V～9V的变压，再将输出的电压经过直流整流与滤波处理，最终通过78L05稳压模块获得5V的电压给整个系统供电。 

图8为本实用新型多功能物理量测量仪实施例的数据存储模块图。参看图8，本实用新型多功能物理量测量仪一实施例，还包括通过IIC总线与所述控制器模块相连的数据存储模块。 

本实施例中，较优的，所述数据存储模块为24C08数据存储模块，并且所述24C08数据存储模块是接地的；所述24C08数据存储模块采用IIC总线的形式进行数据传输，只有一根数据线和一根时钟线，构造简单，节省了硬件资源。 

本实用新型多功能物理量测量仪一实施例，还包括与所述控制器模块相连的测量键、归一化按键、功能选择按键和手动复位按键。 

本实施例中，采用功能选择按键将对应装置移到测量位置上,按一次测量键,对当前位置的光强值采样多次得到多个数据,然后用竞赛评分法进行处理,去除一个最大值和一个最小值,剩下的几个值取平均后再减去自检时得到的本底值得到此位置的测量值。将此值在E2PROM中存储,并在字符液晶上显示。这样得到的数据,可减小实验过程中环境影响和系统内部的噪声引起的随机误差。 

当全部测量结束后,可通过功能选择按键查看全部的测量数据,并可按归一化处理按键，自动对全部数据以最大值为标度进行归一化处理,从而得到各个测 量的物理量的对应值，并将所有归一化值保存在E2PROM中,可供随时查看。本实施例中，采用手动复位按键方便操作和调试。 

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。 

Claims (10)

1.一种多功能物理量测量仪，其特征在于，包括： 

电源模块，以及分别与所述电源模块电连接的控制器模块、显示模块、模数转换模块、信号处理模块、测量模块； 

所述控制器模块与所述显示模块、模数转换模块分别电连接； 

所述模数转换模块与所述信号处理模块电连接； 

所述信号处理模块与所述测量模块电连接；其中 

所述测量模块包括光电测速单元、光强测量单元、超声波测距单元和霍尔传感器测流量单元中的至少两个。 

2.根据权利要求1所述的多功能物理量测量仪，其特征在于， 

所述光电测速单元包括依次间隔排列的光电测速传感器、缝隙板、开孔圆盘和光源；其中 

所述开孔圆盘上至少开有两个测速孔，所述测速孔均等分布在圆盘边缘处；所述开孔圆盘通过与之相连的输入轴带动转动；所述开孔圆盘转动时，所述测速孔、光源、缝隙板、光电测速传感器能够在一条直线上。 

3.根据权利要求1所述的多功能物理量测量仪，其特征在于， 

所述光强测量单元包括用于测光照强度的光电池传感器。 

4.根据权利要求3所述的多功能物理量测量仪，其特征在于， 

光源发出的光，被所述光电池传感器所接收，所述光电池传感器产生电动势，所述电动势经过所述信号处理模块和所述模数转换模块转换为电压，所述电压反馈给所述控制器模块，所述控制器模块控制所述电压显示在显示器上。 

5.根据权利要求1所述的多功能物理量测量仪，其特征在于， 

所述超声波测距单元包括用于测距的超声波传感器，以及与所述控制器模块相连的计时时钟。 

6.根据权利要求5所述的多功能物理量测量仪，其特征在于，所述超声波传感器的测距电路包括超声波发射电路和接收电路，所述超声波发射电路包括超声波探头和超声波放大器；其中，所述超声波放大器选用74LS04芯片进行信号放大。 

7.根据权利要求1所述的多功能物理量测量仪，其特征在于， 

所述霍尔传感器测流量单元包括用于测流速的霍尔传感器、锥管、带磁钢的浮子； 

所述锥管中设置有所述带磁钢的浮子，所述锥管设置在所述霍尔传感器一侧。 

8.根据权利要求1所述的多功能物理量测量仪，其特征在于， 

所述控制器模块包括单片机STC89S52； 

所述模数转换器为型号为ADC0809的模数转换器。 

9.根据权利要求1所述的多功能物理量测量仪，其特征在于，还包括与所述控制器模块相连的测量键、归一化按键、功能选择按键和手动复位按键。 

10.根据权利要求1所述的多功能物理量测量仪，其特征在于，还包括通过IIC总线与所述控制器模块相连的数据存储模块。