RU37218U1

RU37218U1 - Твердомер портативный комбинированный

Info

Publication number: RU37218U1
Application number: RU2003137492/20U
Authority: RU
Inventors: Э.Г. Асланян; В.А. Пивоваров; И.Н. Темницкий; В.Р. Шлегель
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Центр физико-механических измерений "МЕТ"
Priority date: 2003-12-31
Filing date: 2003-12-31
Publication date: 2004-04-10

Abstract

1. Твердомер портативный комбинированный, содержащий ультразвуковой датчик, состоящий из стержневого акустического резонатора с индентором на одном конце, нагрузочной пружины на другом, закрепленных на резонаторе пьезопреобразователей, генератора, и цифровой электронный блок обработки и регистрации, выполненный из соединенных последовательно схемы питания, графического матричного ЖКИ и клавиатуры, отличающийся тем, что в него дополнительно введен динамический датчик, содержащий метаемый пружиной боек с твердосплавным шариком и встроенным магнитом, индуцирующим знакопеременную ЭДС в катушке индуктивности, охватывающей корпус динамического датчика, соединенный с дополнительно включенными в электронный блок обработки и регистрации и соединенными между собой устройством выборки-хранения и аналого-цифровым преобразователем, подключенным к входу микроконтроллера.2. Твердомер по п.1, отличающийся тем, что устройство выборки-хранения состоит из двух параллельно соединенных модулей выборки-хранения с различными полярностями включенных в них диодов, выходы каждого из которых соединены с соответствующим каналом аналого-цифрового преобразователя.

Description

ТВЕРДОМЕР ПОРТАТР1ВНЫИ КОМБИНИРОВАЬШЫЙ

Полезная модель относится к испытательной технике, а именно к измерению твердости металлов и сплавов, комбинированный твердомер является портативным измерительным прибором, осуществляющим механические испытания материалов.

Существует множество конструкций ультразвуковых (электроакустических твердомеров), основанных на внедрении стержневых акустических резонаторов с индентором на конце.

Известен ультразвуковой твердомер, включающий стержневой акустический резонатор с индентором на одном конце, нагрузочную пружину, закрепленные на резонаторе пьезопреобразователи, генератор, электронный блок обработки и регистрации 1.

Известен переносной электронный динамический твердойер 2, комплектующийся датчиком, в корпусе которого размещен ударный механизм с бойком и встроенным в него постоянным магнитом, на другом конце бойка установлен твердосплавный щарик. В корпусе датчика находится индукционная катущка, сигнал о скорости движения бойка с которой поступает в электронный блок.

-г-

в зависимости от свойств материала изделия, а также от его массы, конфигурации и степени обработки необходимо применять электроакустический либо динамический метод измерения твердости, т.е. использовать для работы либо ультразвуковой, либо динамический датчик.

Недостатком перечисленных выше твердомеров является отсутствие возможности совмещения разных методов измерения (и датчиков) в одном приборе, который имел бы возможность сам опознавать тип датчика присоединенного к электронному блоку.

Техническим результатом получаемым от внедрения полезной модели является оперативное обеспечение возможности использования одного электронного блока для работы как с ультразвуковым так и с динамическим датчиком, причем комбинированный твердомер имеет возможность опознавать тип датчика присоединенного к электронному блоку.

Данный технический результат достигают за счет того, что в известный ультразвуковой твердомер, включающий в себя электронный блок обработки и регистрации, датчик которого содержит стержневой акустический резонатор с индентором на одном конце и нагрузочной пружиной на другом, закрепленные на резонаторе пьезопреобразователи, генератор. Цифровой электронный блок обработки и регистрации который состоит из соединенных последовательно схемы питания, микроконтроллера, графического матричного ЖКИ и клавиатуры. Согласно предложенному техническому решению в него дополнительно введен динамический датчик, содержащий метаемый пружиной боек с твердосплавным шариком и встроенным магнитом, индуцирующим знакопеременную ЭДС в катушке индуктивности, охватывающей корпус динамического датчика. Динамический датчик соединен с устройством выборки-хранения и аналогоцифровым преобразователем, дополнительно включенными в электронный блок. Устройство выборки-хранения состоит из двух соединенных параллельно модулей выборки-хранения с различными полярностями включенных в них диодов. Выходы обоих модулей выборки-хранения подключены к соответствующим входным каналам аналого-цифрового преобразователя, подключенного к входу микроконтроллера.

Твердомер представляет собой портативный прибор, состоящий из регистрирующего электронного блока, соединяемого кабелем со сменными датчиками - электроакустическим (ультразвуковым) и динамическим.

В качестве преобразователя ультразвукового датчика используется стальной стержень с алмазной пирамидой Виккерса на торце, являющийся акустическим резонатором встроенного автогенератора ультразвуковой частоты. При внедрении пирамиды в испытуемое изделие под действием фиксированного усилия калиброванной пружины происходит изменение собственной частоты резонатора, определяемое твердостью материала. Это изменение частоты зависит от силовой нагрузки резонатора, зависящей, в свою очередь, от состояния акустического контакта (а значит и от показателей твердости) с исследуемым изделием.

В динамическом датчике используется метаемый пружиной боек с твердосплавным щариком и встроенным магнитом. Скорости до и после соударения бойка с испытуемым материалом измеряются по знакопеременной электродвижущей силе (ЭДС), индуцируемой магнитом в катушке, закрепленной на корпусе датчика.

Электронный блок твердомера обеспечивает распознавание и обработку сигналов обоих типов датчиков-преобразователей и представляет на индикаторе результаты измерения в числах твердости выбранной щкалы.

Сущность полезной модели поясняется чертежом (фиг.1), где изображена функциональная схема комбинированного твердомера.

Схема питания твердомера содержит аккумуляторную батарею 1, преобразователь-стабилизатор напряжения 2 и супервизор 3 первичного питания. Процессорная секция состоит из микроконтроллера 4 со встроенным АЦП (аналого-цифровым преобразователем), устройством выборкихранения 11 и энергонезависимой памяти 6 (EEPROM). Модуль индикации и клавиатуры содержит графический матричный ЖКИ 7 и четырехкнопочную клавиатуру 8. Ультразвуковой датчик 9 напрямую соединен с микроконтроллером 4. Динамический датчик 10 соединен с микроконтроллером через устройство выборки и хранения 11.

На фиг.2 представлена схема устройства выборки-хранения, которое состоит из двух модулей, выполненных по общепринятой схеме 3 и различающихся полярностью запоминаемого сигнала - первый модуль (U1) запоминает максимальное значение импульса, а второй модуль (U2) минимальное значение. Это обусловлено обратной полярностью включения диодов (D3, D4) во втором модуле, по сравнению с первым (D1, D2). Во время отсутствия импульсного сигнала в обоих модулях на выходах сохраняется одинаковое напряжение. При появлении на входе знакопеременного импульсного сигнала его максимальное значение запоминается на конденсаторе С1, а минимальное значение - на С2. Усилители U1 и U2 охвачены компенсационной обратной связью через резисторы R1 и R3 - соответственно. Резисторы R2 и R4 служат для увеличения времени хранения значений сигналов на конденсаторах С1 и С2 соответственно. Далее запоминаемые максимальное и минимальное значения импульсного сигнала поступают на соответствующие каналы аналого-цифрового преобразователя (ADC1 и ADC2), содержащегося дополнительно в электронном блоке.

Твердомер может быть подключен к компьютеру через порт RS232 для переноса результатов измерений, находящихся в энергонезависимой памяти 6 твердомера.

Программа для комбинированного твердомера изменена - введены модуль распознавания подключенных датчиков и модуль математической обработки сигналов от динамического датчика. Также разделены области хранения калибровок и измеренных разными датчиками результатов.

./f

При измерении твердости образца электроакустическим методом изменяется частота генератора, и сигнал поступает в процессорную секцию. Изменение частоты при нагружении отслеживается микроконтроллером, вычисляется число твердости образца по заранее выбранной шкале, результат измерения индицируется на дисплее и, по желанию оператора, может быть занесен в энергонезависимую память.

При измерении твердости образца динамическим методом в устройстве выборки-хранения запоминаются сигналы с индукционной катушки, пропорциональные скоростям до и после соударения бойка с образцом. Микроконтроллер оцифровывает сигналы и вычисляет твердость образца по заранее выбранной шкале, калибруемой индивидуально. Результат измерения также индицируется на дисплее и, по желанию оператора, может быть занесен в энергонезависимую память.

Программное обеспечение микроконтроллера состоит из измерительной части, интерфейсных и обрабатываюш,ей программ. Измерительная часть вместе с интерфейсной программой написана на языке ассемблера51. Она находится в EEPROM микропроцессора CYGNAL 8051F005. На лицевой панели твердомера расположены дисплей и четыре клавиши. Дисплей индицирует три типа надписей: служебные, подсказки и числа. Служебные надписи и символы позволяют индицировать текущий режим работы твердомера, подсказки (мигающие надписи) - помогают выбрать следующий режим работы, числа - показывают значения параметров.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:

1.Патент РФ № 2196316, МКИ G 01N3/40, БИПМ № 1, 10.01.2003г.

2.Свидетельство на полезную модель № 17732, МКИ G 01N3/48, БИПМ №11, 20.04.2001г.

Claims

1. Твердомер портативный комбинированный, содержащий ультразвуковой датчик, состоящий из стержневого акустического резонатора с индентором на одном конце, нагрузочной пружины на другом, закрепленных на резонаторе пьезопреобразователей, генератора, и цифровой электронный блок обработки и регистрации, выполненный из соединенных последовательно схемы питания, графического матричного ЖКИ и клавиатуры, отличающийся тем, что в него дополнительно введен динамический датчик, содержащий метаемый пружиной боек с твердосплавным шариком и встроенным магнитом, индуцирующим знакопеременную ЭДС в катушке индуктивности, охватывающей корпус динамического датчика, соединенный с дополнительно включенными в электронный блок обработки и регистрации и соединенными между собой устройством выборки-хранения и аналого-цифровым преобразователем, подключенным к входу микроконтроллера.

2. Твердомер по п.1, отличающийся тем, что устройство выборки-хранения состоит из двух параллельно соединенных модулей выборки-хранения с различными полярностями включенных в них диодов, выходы каждого из которых соединены с соответствующим каналом аналого-цифрового преобразователя.