專利名稱：數(shù)顯布氏硬度計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種硬度的測量裝置，特別涉及一種數(shù)顯布氏硬度計。
背景技術(shù)：
布氏硬度試驗法是在1900年由瑞典伐蓋斯特亞(Fagastra)鋼鐵廠總工程師布 利奈爾(J*A*Brinell)首先提出的，并在同年展出了他的產(chǎn)品，于1901年得到了肯定， 因此習慣上稱為布氏硬度試驗法。布氏硬度試驗法的應(yīng)用比較廣泛，它能對金屬原材料、 正火、調(diào)質(zhì)和淬火件進行硬度測試。由于布氏硬度計的試驗力和鋼球壓頭都較大，壓痕也 就大，故特別適合鑄件、軸承合金和具有粗大晶粒金屬材料的硬度測定，布氏硬度試驗法能 測出較大范圍內(nèi)金屬各組成部分的綜合性能，而不受個別組織的影響，是硬度試驗中較精 確的一種試驗法。布氏硬度試驗法的試驗力一般有29400N、9800N、7350N、4900N、2450N、 1837. 5N……9. 8N，布氏硬度試驗法是硬度試驗中試驗力級數(shù)最多的和試驗力最大的一 種試驗法。在實際使用的布氏硬度計中，所擁有的試驗力級數(shù)并不相同，國際上也沒有一 個明確的劃分界限為布氏硬度計或小負荷布氏硬度計。但是，目前使用29400N、9800N、 7350N……612. 5N這些試驗力是最常用的。布氏硬度計自問世以來，其結(jié)構(gòu)和原理沒有多大變化，都是靠人工搬動約60公斤 的砝碼來實現(xiàn)試驗力的變化，這樣的布氏硬度計操作繁瑣，測試復(fù)雜；直到上個世紀九十年 代初，布氏硬度試驗才有所發(fā)展一種是液壓驅(qū)動、數(shù)字顯示硬度值，試驗力為14. 71KN和 29. 40KN,由于液壓容易泄漏和密封件老化問題以及在試驗過程中無法對損失的力進行補 償而影響力值的精度，數(shù)字顯示的硬度值是以壓痕的深度測量加上經(jīng)驗修正來表示的，布 氏硬度值與壓痕深度并非線性關(guān)系，所以它只適用于單一產(chǎn)品于生產(chǎn)流水線上測量，不能 滿足國際或是國內(nèi)硬度計量法的標準；還有一種就是上海材料試驗機廠的電子布氏硬度 計，加卸載控制系統(tǒng)以步進電機作為驅(qū)動源，通過同步齒輪傳動進行加卸載試驗力，經(jīng)過拉 簧結(jié)構(gòu)使施力機構(gòu)施出的力由變力變?yōu)槌Ａ?。壓力傳感器反饋試驗力的信息，這種布氏硬 度計還是用數(shù)碼管作為顯示界面，試驗力共有5檔(3000公斤，1000公斤，750公斤，500公 斤，187. 5公斤)，測量硬度值時需要把試樣拿下來，用讀數(shù)顯微鏡測量。布氏硬度計包括放 大電路、AD轉(zhuǎn)換電路和顯示電路，放大電路采用三片0P07芯片，AD (模擬數(shù)字)轉(zhuǎn)換電路采 用了 12位的AD574轉(zhuǎn)換器，需要三組工作電壓，對電源的要求有極高的穩(wěn)定性和抗干擾能 力，需要390mw的功耗，對于布氏硬度計的小力的精度不能保證，這種布氏硬度計工作時噪 聲較大。在本世紀初，上海材料試驗機廠開發(fā)了數(shù)顯布氏硬度計，數(shù)顯布氏硬度計包括AD 芯片、顯示電路和處理器，AD芯片還是用12位的AD574轉(zhuǎn)換器，顯示電路采用了 320*240分 辨率的液晶屏，由于處理器既要處理輸入的信號，又要控制步進電機的驅(qū)動，還要同步顯示 試驗的狀態(tài)，處理器同時處理這么多信號，造成了顯示屏顯示時不停的抖動，步進電機的驅(qū) 動沒有達到無極變速而產(chǎn)生了噪聲，加載試驗力不是平穩(wěn)的和漸進的。小的試驗力如100 公斤尤其是62. 5公斤的試驗力，超出了試驗法的規(guī)定。
實用新型內(nèi)容本實用新型提供一種數(shù)顯布氏硬度計，其能解決現(xiàn)有布氏硬度計小力不精確、力口 卸載試驗力時噪聲大、顯示屏顯示時抖動的問題。為解決所述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種數(shù)顯布氏硬度計，其特征在于，其包 括采樣電路其將一個壓力傳感器的模擬信號采集并傳送給放大電路；放大電路其與采樣電路連接并將采集后的模擬信號進行放大后送給模數(shù)轉(zhuǎn)換電 路；模數(shù)轉(zhuǎn)換電路其與放大電路連接并將放大電路放大后的模擬信號進行轉(zhuǎn)換處理 成數(shù)字信號；處理器其與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接，對于模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進行處 理；顯示器其與處理器連接并顯示數(shù)顯布氏硬度計的測量值、加卸載過程、試驗力和 試驗壓頭硬度值；驅(qū)動電路其與處理器連接，并帶動一個加卸載機構(gòu)進行加卸試驗力；打印機和RS232接口電路打印機、RS232接口電路與處理器連接，測量值、試驗 力、試驗壓頭硬度值、試驗日期通過打印機打印輸出并通過RS232接口電路輸入電腦。優(yōu)選地，所述顯示器采用液晶顯示器。本實用新型的積極進步效果在于本實用新型數(shù)顯布氏硬度計使得試驗力精確， 所有試驗力都是線性變化，試驗過程無噪聲，操作界面簡潔，操作方法簡單，使得整個操作 過程更富人性化。

圖1為本實用新型一實施例的原理框圖。
具體實施方式
下面舉個較佳實施例，并結(jié)合附圖來更清楚完整地說明本實用新型。如圖1所示，本實用新型數(shù)顯布氏硬度計包括采樣電路、放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電 路、處理器、驅(qū)動電路、顯示器，打印機和RS232接口電路等模塊，各模塊的功能如下采樣電路其將靈敏度為2mV和精度為0. 05 %的壓力傳感器的模擬信號采集，并 傳送給放大電路。放大電路其與采樣電路連接并將采集后的模擬信號進行放大后送給模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路其與放大電路連接并采用AD0832模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，其將放大電路放 大后的模擬信號進行轉(zhuǎn)換處理，方便處理器進行處理。處理器其與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接并是數(shù)顯布氏硬度計的控制中樞，采用雙核的中 央處理器。處理器對于模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進行處理后，發(fā)出相應(yīng)的指令給顯 示器、驅(qū)動電路、打印機等設(shè)備。步進電機接到處理器的指令，步進電機作為驅(qū)動源，通過同步齒輪傳動進行加卸載試驗力。顯示器其與處理器連接并采用液晶顯示器，該液晶顯示器在主框頁面上顯示出當前的測量值、試驗力、加卸載過程、Dl (第一直徑的試驗壓頭硬度值)、D2(第二直徑的試 驗壓頭硬度值)和HB(布氏硬度值)等。輔助框上顯示出試驗用的力值和壓頭的直徑、保 荷時間、轉(zhuǎn)換的硬度值等，使用一鍵操作，可以方便的查看歷史記錄，還有動態(tài)顯示加卸載 界面，使操作更富人性化。驅(qū)動電路其與處理器連接，并帶動一個加卸載機構(gòu)進行加卸試驗力。打印機和RS232接口電路打印機、RS232接口電路與處理器連接，試驗的硬度值、 測量值、Dl (第一直徑的壓頭硬度值)、D2 (第二直徑的壓頭硬度值)、平均值、試驗日期、試 驗力等通過打印機打印輸出并通過RS232接口電路輸入電腦。數(shù)顯布氏硬度計在采用AD0832模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片和雙核中央處理器之后，改變了顯 示屏工作時的抖動問題、小力的不穩(wěn)定性、加卸載時的噪聲問題?，F(xiàn)在采用美國國家半導體 公司生產(chǎn)的ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，是一種八位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨 可達256級，由于它體積小，兼容性強，工作頻率為250KHZ，一般功耗僅為15mw，可以適應(yīng) 一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求，其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在 0 5V之間。芯片轉(zhuǎn)換時間僅為32uS，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差， 轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方 便，通過數(shù)據(jù)輸入端可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇，保證了布氏硬度計小力的精度。為了 保證AD0832模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的抗干擾能力我們使用了 REF02串聯(lián)電壓基準芯片，REF02串聯(lián) 電壓基準芯片提供一個精確的5V的電壓參考，漂移是激光裁剪到10ppm/°C，最高在擴展工 業(yè)和軍事溫度范圍。該REF02芯片提供一個穩(wěn)定的5V輸出，保證了 AD0832芯片對電源的 要求，同時對加卸載的機構(gòu)做了相應(yīng)的改進，加卸載時對杠桿尾部移動的距離作了更合理 的調(diào)整，杠桿的啟始位置以水平位置為準上翹了 15°，傳感器施力到1500kgf時杠桿正好 處于水平位置，施力到3000kgf時杠桿以水平位置為準下移了 15°，整個施力過程杠桿移 動了 30°，施力過程很平穩(wěn)，從而保證了儀器的完好使用性能。為了解決顯示屏的抖動問題，我們設(shè)計了雙核控制，由一個處理器芯片專門控 制步進電機的驅(qū)動，使得步進電機完全無極變化，試驗過程中無任何噪聲，整個加載過程 平穩(wěn)和無沖擊，保證了力值的穩(wěn)定和精準，另一處理器芯片負責顯示屏的顯示，使得顯 示屏在儀器即使在動態(tài)的試驗狀態(tài)，不會產(chǎn)生一點抖動現(xiàn)象。處理器是基于增強的AVR RISC (Reduced Instruction SetComputing，精簡執(zhí)令運算集)結(jié)構(gòu)的低功耗八位CMOS微 控制器。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，處理器的數(shù)據(jù)吞吐率高達 lMIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾，保證了輸入和輸出指令的精 確進行。處理器的AVR內(nèi)核具有豐富的指令集和三十二個通用工作寄存器。所有的寄存器 都直接與算術(shù)邏輯單元(Arithmetic Logic Unit, ALU)相連接，使得一條指令可以在一個 時鐘周期內(nèi)同時訪問兩個獨立的寄存器，這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通 的CISC (Complexlnstruction Set Computing，復(fù)雜指令集計算)微控制器最高至10倍的 數(shù)據(jù)吞吐率。雙核處理器電路確?？刂频膮?shù)穩(wěn)定，反饋準確，力控制精度高，反應(yīng)時間短， 能夠有效的加載大范圍的力等。為了保證測量的精確，在光源系統(tǒng)也做了相應(yīng)的改進，在光學系統(tǒng)上采用逆向思維，光學的成像一般都是物鏡、轉(zhuǎn)像機構(gòu)和目鏡，該儀器是轉(zhuǎn)像機構(gòu)、物鏡和目鏡。同時布氏硬度計傳統(tǒng)上一直采用外光源，用三個燈泡來實現(xiàn)照明，但有不少缺點，一是燈泡容易壞、 二是壓痕邊緣不清晰、三是形體大、四是有重影等。我們開發(fā)了圓形LED照明(類似無影燈 照明)，解決了上述一切缺點，成為較完美的外光源。通過上述的介紹，本實用新型數(shù)顯布氏硬度計使得試驗力精確，所有試驗力都是 線性變化，試驗過程無噪聲，操作界面簡潔，操作方法簡單，使得整個操作過程更富人性化。雖然以上描述了本實用新型的具體實施方式
，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當理解， 這些僅是舉例說明，在不背離本實用新型的原理和實質(zhì)的前提下，可以對這些實施方式做 出多種變更或修改。因此，本實用新型的保護范圍由所附權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求一種數(shù)顯布氏硬度計，其特征在于，其包括采樣電路其將一個壓力傳感器的模擬信號采集并傳送給放大電路；放大電路其與采樣電路連接并將采集后的模擬信號進行放大后送給模數(shù)轉(zhuǎn)換電路；模數(shù)轉(zhuǎn)換電路其與放大電路連接并將放大電路放大后的模擬信號進行轉(zhuǎn)換處理成數(shù)字信號；處理器其與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接，對于模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進行處理；顯示器其與處理器連接并顯示數(shù)顯布氏硬度計的測量值、加卸載過程、試驗力和試驗壓頭硬度值；驅(qū)動電路其與處理器連接，并帶動一個加卸載機構(gòu)進行加卸試驗力；打印機和RS232接口電路打印機、RS232接口電路與處理器連接，測量值、試驗力、試驗壓頭硬度值、試驗日期通過打印機打印輸出并通過RS232接口電路輸入電腦。
2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)顯布氏硬度計，其特征在于，所述顯示器采用液晶顯示器。
專利摘要本實用新型公開了一種數(shù)顯布氏硬度計，其包括采樣電路其將一個壓力傳感器的模擬信號采集并傳送給放大電路；放大電路其與采樣電路連接并將采集后的模擬信號進行放大后送給模數(shù)轉(zhuǎn)換電路；模數(shù)轉(zhuǎn)換電路其與放大電路連接并將放大電路放大后的模擬信號進行轉(zhuǎn)換處理成數(shù)字信號；處理器其與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接，對于模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進行處理；顯示器其與處理器連接并顯示數(shù)顯布氏硬度計的測量值；驅(qū)動電路其與處理器連接；打印機和RS232接口電路打印機、RS232接口電路與處理器連接，測量值通過打印機打印輸出，通過RS232接口電路將測量值輸入電腦。本實用新型數(shù)顯布氏硬度計使得試驗力精確，試驗過程無噪聲。
文檔編號G01N3/40GK201589741SQ20102012639
公開日2010年9月22日 申請日期2010年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月22日
發(fā)明者刁曉明 申請人:上海蔚恒測試儀器有限公司