專利名稱：旋轉(zhuǎn)物體溫度的非接觸自動(dòng)快速測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于對(duì)物理量的測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域特別涉及對(duì)旋轉(zhuǎn)物體溫度的測(cè)量領(lǐng)域。
測(cè)量旋轉(zhuǎn)物體(如電機(jī)轉(zhuǎn)子等)溫度的方法可分兩大類一是有接觸測(cè)量，將感溫元件的電信號(hào)通過(guò)電刷與滑環(huán)傳遞到靜止部分加以測(cè)量；另一類為非接觸測(cè)溫，按其工作原理又分為；(1)光波耦合傳送溫度信號(hào)，(2)無(wú)線電波傳送溫度信號(hào)，(3)電磁耦合傳送溫度信號(hào)等等；前兩種方法造價(jià)高，實(shí)際中推廣應(yīng)用有一定困難，而第(3)種用熱敏電容作感溫元件，通過(guò)非接觸的方法檢測(cè)感溫元件回路的頻率響應(yīng)，以測(cè)定溫度，較前兩種方法設(shè)備簡(jiǎn)單、造價(jià)低，并可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度的測(cè)量。這種測(cè)量方法的測(cè)量裝置包括用文氏電橋做成的專用變頻電源，與之配合用的一臺(tái)陰極射線示波器，由熱敏電容與電感線圈組成的諧振電路，其中電感線圈安裝在被測(cè)物的轉(zhuǎn)軸上的旋轉(zhuǎn)園盤上，熱敏電容安裝在需要測(cè)溫的地方。其工作原理簡(jiǎn)述如下熱敏電容的電容量C隨其溫度改變而變化，而熱敏電容與電感線圈組成的諧振電路，其諧振頻率又與電感量與電容量有關(guān)，而電感量一定的情況下，諧振頻率f0值即對(duì)應(yīng)熱敏電容的溫度亦即被測(cè)點(diǎn)溫度值。采用這種裝置，必須用手動(dòng)的辦法調(diào)節(jié)電源頻率，并同時(shí)用示波器觀察測(cè)量電橋中電阻r’p兩端電壓降信號(hào)的頻率響應(yīng)，測(cè)得諧振頻率f0值，再由已知的f0＝f(T)關(guān)系求得被測(cè)點(diǎn)的溫度值，因此，這種裝置不足之處在于，既有人的主觀因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，又不能直接讀出被測(cè)溫度的值，而且所用設(shè)備仍較復(fù)雜，不易推廣應(yīng)用。
本實(shí)用新型的目的在于為克服上述裝置的不足之處，設(shè)計(jì)出一種采用單片機(jī)為核心的非接觸自動(dòng)快速測(cè)溫裝置，省去原來(lái)裝置的變頻電源和陰極示波器等設(shè)備，同時(shí)避免人為因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、快速測(cè)溫，直接顯示被測(cè)溫度之值。
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)出一種旋轉(zhuǎn)物體溫度的非接觸自動(dòng)快速測(cè)量裝置，其基本構(gòu)成包括如下各部分變壓器，與變壓器付邊相連的由電阻rp及電感線圈Lp與L’p構(gòu)成的測(cè)量橋路，由諧振線圈Lsn(n≥1)與熱敏電容Csn(n≥1)構(gòu)成的一個(gè)以上的諧振電路，其中所說(shuō)的一個(gè)以上的諧振線圈固定在被測(cè)旋轉(zhuǎn)物體軸上的一個(gè)旋轉(zhuǎn)園盤上，所說(shuō)的電感線圈Lp安裝在與旋轉(zhuǎn)園盤相鄰近的固定支架上，其特征在于還包括用于數(shù)據(jù)處理的單片機(jī)，對(duì)測(cè)量橋路的輸出信號(hào)進(jìn)行采集、處理后送入單片機(jī)的信號(hào)采集處理單元，對(duì)單片機(jī)數(shù)據(jù)處理結(jié)果進(jìn)行顯示／輸出的數(shù)據(jù)顯示／輸出單元，由D／A轉(zhuǎn)換器，跟隨器、壓控振蕩器及濾波穩(wěn)幅電路構(gòu)成的變頻信號(hào)發(fā)生器與所說(shuō)的變壓器原邊相連。本裝置可進(jìn)行單點(diǎn)測(cè)量(即只有一組諧振線圈Ls1，Cs1)也可進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量(即有Lsn，Csn其中n＞1)，進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量時(shí)還要包括標(biāo)記用的固定在園盤上的電感線圈Lst及固定電容Cst安裝在固定支架上的Lpt，由固定頻率電源與測(cè)量橋路組成的標(biāo)記回路。
本實(shí)用新型的基本特點(diǎn)是采用單片機(jī)及相應(yīng)的外圍電路及予先編制并固化在單片機(jī)存儲(chǔ)器中的程序，省去了已有技術(shù)中的變頻電源和陰極示波器等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)旋轉(zhuǎn)物體溫度的非接觸自動(dòng)快速測(cè)量。
本裝置進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量的工作原理如

圖1所示，圖中的旋轉(zhuǎn)園盤是用非磁性材料做成，裝在被測(cè)旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)軸上，熱敏電容Cs1，Cs2....Csn是安裝在各測(cè)溫點(diǎn)，相配的諧振線圈Ls1...Lsn及標(biāo)記用的電感線圈Lst及固定電容Cst均固定在園盤上，線圈Lp及Lpt分別裝在兩個(gè)靜止的支架上，與裝在園盤端面的Ls1...Lsn及Lst之間有適當(dāng)?shù)拈g隙，可以通過(guò)磁通相耦合，單片機(jī)的P3及P4口按程序設(shè)定不斷給D／A轉(zhuǎn)換器送變化的數(shù)字量，經(jīng)D／A轉(zhuǎn)換為連續(xù)調(diào)節(jié)的模擬量電壓信號(hào)，跟隨器的作用是提高帶負(fù)載的能力，減小電壓波動(dòng)，壓控振蕩器是將變化的電壓信號(hào)變?yōu)轭l率為連續(xù)可調(diào)的方波信號(hào)，再經(jīng)濾波、穩(wěn)幅電路濾去其中的高次諧波得到基本上為正弦波的變頻信號(hào)并接到測(cè)量橋路的變壓器原繞組，測(cè)量橋路的作用是通過(guò)不斷地作頻率掃描過(guò)程中的頻率響應(yīng)求得各個(gè)諧振回路的諧振頻率f0，從而即可求出溫度值。由測(cè)量橋路中電阻rp兩端取出的Ur信號(hào)送到溫度信號(hào)采集、處理單元、經(jīng)過(guò)放大、檢波和隔直，得到溫度信號(hào)包絡(luò)線的上半部分，送到單片機(jī)中的A／D轉(zhuǎn)換輸入端ACH4，每一個(gè)信號(hào)波形可以采集10多個(gè)點(diǎn)，用“冒泡法”一一比較得到對(duì)應(yīng)于某一頻率的最大值，再用相同方法將對(duì)應(yīng)于多個(gè)頻率的最大值逐一比較，求得當(dāng)信號(hào)為最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率即諧振頻率f0值。通過(guò)查對(duì)予先測(cè)定并存于單片機(jī)內(nèi)存中的各組諧振回路的熱敏電容溫度T與諧振頻率f0關(guān)系曲線的數(shù)據(jù)組，即可求出溫度值，該溫度值可以通過(guò)數(shù)碼管顯示，也可通過(guò)微型打印機(jī)輸出。為了能確定波形圖中的某個(gè)信號(hào)波形是代表那一組諧振電路的信號(hào)，在旋轉(zhuǎn)園盤中另外安裝了一組固定值電容Cst及電感線圈Lst所組成的諧振電路，其諧振頻率為一已知的固定值。它有另一套固定頻率的電源及類似的測(cè)量橋路組成的標(biāo)記回路，在靜止部分也有一個(gè)能與Lst相耦合的線圈Lpt，被測(cè)旋轉(zhuǎn)物體每轉(zhuǎn)一圈Lpt與Lst相耦合一次，也同樣產(chǎn)生一個(gè)諧振信號(hào)再經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)募庸ぬ幚砗笮纬梢粋€(gè)觸發(fā)脈沖接到單片機(jī)的高速輸入端HSI，程序給定D／A轉(zhuǎn)換器由小到大逐步裝載。每加載一次后(即變頻信號(hào)變到一個(gè)較高的頻率)，等接到標(biāo)記回路的觸發(fā)信號(hào)時(shí)，即反復(fù)啟動(dòng)A／D轉(zhuǎn)換，把每次轉(zhuǎn)換的結(jié)果求出其最大峰值，按順序存于內(nèi)存的一定區(qū)域，直到下次又接到標(biāo)記回路的觸發(fā)信號(hào)時(shí)，再次按順序采集到n個(gè)信號(hào)，一一對(duì)應(yīng)地與上一次的各個(gè)信號(hào)進(jìn)行比較，保留其中的大值存于內(nèi)存的規(guī)定區(qū)域，如此反復(fù)進(jìn)行下去，即可求得各組測(cè)量回路的諧振頻率值。
本實(shí)用新型用單片機(jī)及簡(jiǎn)單的電子線路實(shí)現(xiàn)對(duì)旋轉(zhuǎn)物體的多點(diǎn)溫度非接觸測(cè)量，不但具有快速、準(zhǔn)確、直觀等優(yōu)點(diǎn)，而且裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，易于推廣應(yīng)用。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明圖1為本實(shí)用新型總體結(jié)構(gòu)框圖圖2為本實(shí)用新型的實(shí)施例中測(cè)量橋路及測(cè)溫諧振電路示意圖圖3為本實(shí)施例中單片機(jī)及變頻信號(hào)發(fā)生器電路示意圖圖4為本實(shí)施例中溫度信號(hào)采集、處理電路示意圖圖5為本實(shí)施例測(cè)量程序流程框圖圖6為本實(shí)施例裝置外殼面板示意圖本實(shí)用新型提供一種用于對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子溫度測(cè)量裝置，其組成結(jié)構(gòu)如圖2－圖5所示，由諧振電路及測(cè)量橋路，單片機(jī)及變頻信號(hào)發(fā)生器，溫度信號(hào)采集及處理電路，標(biāo)記回路及顯示／輸出單元各部分組成。結(jié)合各圖詳細(xì)描述如下1、諧振電路及測(cè)量橋路如圖2所示，旋轉(zhuǎn)園盤是用非磁性材料做成，裝在被試電機(jī)的軸上與電機(jī)的轉(zhuǎn)子一同旋轉(zhuǎn)，熱敏電容Cs1...Csn安裝在轉(zhuǎn)子需測(cè)溫的地點(diǎn)，在園盤端面安裝有電感線圈Ls1...Lsn及Lst，它們分別與Cs1...Csn及Cst相連組成諧振電路，測(cè)量橋路由變壓器、其付邊由上下兩段匝數(shù)相等的付繞組，相應(yīng)的電感線圈Lp，L'p及一個(gè)小電阻rp所組成，其中Lp及Lpt分別安裝在兩個(gè)靜止的支架上，與裝在園盤端面上的Ls1...Lsn及Lst之間有適當(dāng)間隙。
2、單片機(jī)及變頻信號(hào)發(fā)生器如圖3所示，其中單片機(jī)采用8098(也可用其他系列的，如MCS－51系列)，其P3及P4口與D／A轉(zhuǎn)換器(DAC0832)相連，按程序設(shè)定不斷給D／A送變化的數(shù)字量，經(jīng)D／A轉(zhuǎn)換為連續(xù)調(diào)節(jié)的模擬量電壓信號(hào)送入跟隨器，跟隨器由兩個(gè)運(yùn)放(LM358)組成，壓控振蕩器采用74LS624蕊片，它將變化的電壓信號(hào)變?yōu)轭l率為連續(xù)可調(diào)的方波信號(hào)，濾波、穩(wěn)幅電路由二個(gè)運(yùn)放(LM357)構(gòu)成，將方波信號(hào)變?yōu)榻普也ǖ淖冾l信號(hào)并接到測(cè)量橋路的變壓器原繞組。
3、溫度信號(hào)采集，處理電路如圖4所示，由放大電路、檢波電路及隔直電路所組成，其輸出的溫度信號(hào)送到8098單片機(jī)中10位A／D的輸入端ACH4。
4、標(biāo)記回路及顯示／輸出單元部分標(biāo)記回路組成及工作原理如前所述，不再重復(fù)，顯示／輸出單元可采用數(shù)碼管顯示所測(cè)溫度值，也可采用微型打印機(jī)輸出所測(cè)溫度值。
本實(shí)施予先編制的測(cè)溫程序流程如圖5所示，其工作步聚如下為了連續(xù)地改變測(cè)量橋電源的頻率值，就需要不斷地改變D／A輸入的數(shù)字量，如8位D／A，即自0－255，(這可以對(duì)應(yīng)于頻率為200－900KHz)每調(diào)一個(gè)數(shù)字，頻率變化約3KHz，相當(dāng)于1℃。如開始給D／A賦初值為1，啟動(dòng)D／A轉(zhuǎn)換，其后加一段延時(shí)量，為了使D／A輸出的模擬電壓及相應(yīng)的頻率穩(wěn)定下來(lái)然后再啟動(dòng)A／D進(jìn)行采樣。每一個(gè)經(jīng)放大、濾波后的溫度信號(hào)波形包絡(luò)線，經(jīng)分析計(jì)算其寬度約為1.0ms，(對(duì)應(yīng)于電機(jī)轉(zhuǎn)速n≈1500rpm及一定的園盤及線圈直徑而言，)而每進(jìn)行一次A／D轉(zhuǎn)換總的約為111個(gè)狀態(tài)周期，對(duì)6M晶振約為56us，對(duì)12M晶振約為28us，因此對(duì)一個(gè)波形可采樣18點(diǎn)(6M)或36點(diǎn)(12M)，按單片機(jī)不同值的晶振給寄存器BX賦一定的A／D轉(zhuǎn)換次數(shù)，每轉(zhuǎn)換一次BX－1。每次A／D轉(zhuǎn)換的結(jié)果與上次的值進(jìn)行比較，保留其大值，舍棄較小的值，從而得到對(duì)應(yīng)某一頻率的溫度信號(hào)之最大值，并讀入此時(shí)相應(yīng)的頻率值。改變一個(gè)頻率后同樣又有一個(gè)信號(hào)最大值，與上次的最大值作比較保留大值，舍棄小值，反復(fù)進(jìn)行，最后可得到信號(hào)為最大時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率值。由此頻率值即可查出相應(yīng)的溫度值，進(jìn)行數(shù)制的轉(zhuǎn)換后顯示出實(shí)際的溫度之值。以上完成了單點(diǎn)一次測(cè)溫過(guò)程。若每隔0.5或1.0分鐘測(cè)溫一次，則由程序設(shè)定每隔一定時(shí)間間隔重復(fù)上述過(guò)程一遍，(測(cè)溫程序總框圖為單點(diǎn)測(cè)溫)對(duì)于多點(diǎn)(設(shè)n＝4)測(cè)溫，由標(biāo)記回路(其原理類似測(cè)量橋路，僅僅其電源f為固定值，如100KHZ，旋轉(zhuǎn)部分的安裝的Cst與Lst所組成的諧振回路的f0調(diào)整為100KHZ)輸出信號(hào)經(jīng)放大整形后得到一個(gè)標(biāo)記脈沖，當(dāng)然也可用其它方法(如電磁作用)得到標(biāo)記脈沖，電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一圈發(fā)出一個(gè)此脈沖，將它接到8098的HSI(高速輸入口)，每當(dāng)D／A給出一個(gè)值時(shí)，等單片機(jī)接收到標(biāo)記脈沖信號(hào)就反復(fù)啟動(dòng)A／D轉(zhuǎn)換，并將在時(shí)間上順序排列的(因在園盤周邊的空間上為順序安裝的各個(gè)線圈)各組溫度信號(hào)一一進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將其最大值分別存入預(yù)定的內(nèi)存區(qū)中，當(dāng)改變一個(gè)頻率后又得到n個(gè)最大值，將它們分別與內(nèi)存中所對(duì)應(yīng)的值作比較，同樣保留其大值，舍棄小值，如此反復(fù)進(jìn)行，直到全部頻率掃描結(jié)束時(shí)，即可得到n個(gè)最大值所對(duì)應(yīng)的n個(gè)不同的諧振頻率值，從而求得n個(gè)被測(cè)溫度之值。
本實(shí)施例裝置如圖6所示，其儀器箱前面板包括電源開關(guān)、測(cè)溫時(shí)間間隔予置選擇開關(guān)，測(cè)量開關(guān)，五位數(shù)碼管組成的溫度顯示以及微型打印機(jī)輸出口，儀器后面板包括保險(xiǎn)絲插孔，電源線插座，信號(hào)輸入接口及標(biāo)記輸入接口。
本實(shí)施例中的單片機(jī)及變頻信號(hào)發(fā)生器、溫度信號(hào)采集、處理電路均安裝在儀器箱內(nèi)的印刷電路板上，測(cè)量橋路及諧振電路，標(biāo)記回路及固定頻率的諧振電路均分別安裝在被測(cè)旋轉(zhuǎn)物體附近的支架及轉(zhuǎn)動(dòng)園盤上，其信號(hào)通過(guò)導(dǎo)線連接到儀器后面板的信號(hào)輸入接口及標(biāo)記輸入接口與儀器內(nèi)的各電路相連通。
權(quán)利要求1.一種旋轉(zhuǎn)物體溫度的非接觸自動(dòng)快速測(cè)量裝置，包括變壓器、與變壓器付邊相連的由電阻rp及電感線圈Lp與L′p構(gòu)成的測(cè)量橋路，由諧振線圈Lan(n≥1)與熱敏電容Can(n≥1)構(gòu)成的一個(gè)以上的諧振電路，其中所說(shuō)的一個(gè)以上的諧振線圈固定在被測(cè)旋轉(zhuǎn)物體轉(zhuǎn)軸上的一個(gè)旋轉(zhuǎn)園盤上，所說(shuō)的電感線圈Lp安裝在與旋轉(zhuǎn)園盤相鄰近的固定支架上，其特征在于還包括用于數(shù)據(jù)處理的單片機(jī)，對(duì)測(cè)量橋路的輸出信號(hào)進(jìn)行采集、處理后送入單片機(jī)的信號(hào)采集處理單元，對(duì)單片機(jī)數(shù)據(jù)處理結(jié)果進(jìn)行顯示/輸出的數(shù)據(jù)顯示/輸出單元，由D/A轉(zhuǎn)換器，跟隨器，壓控振蕩器及濾波穩(wěn)幅電路構(gòu)成的變頻信號(hào)發(fā)生器與所說(shuō)的變壓器原邊相連。
2.如權(quán)利要求1所述的測(cè)量裝置，其特征在于還包括標(biāo)記回路，它由固定電容Cst及相應(yīng)的電感線圈Lst構(gòu)成的具有固定諧振頻率的諧振電路，與Lst進(jìn)行耦合的電感線圈Lpt，測(cè)量橋路及固定頻率電源所組成。
專利摘要旋轉(zhuǎn)物體溫度的非接觸自動(dòng)快速測(cè)量裝置，屬于對(duì)物理量——溫度的測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。本裝置包括測(cè)量橋路。由熱敏電容及諧振線圈組成的多組測(cè)溫諧振電路、單片機(jī)、變頻信號(hào)發(fā)生器、溫度信號(hào)采集、處理電路、標(biāo)記回路及顯示/輸出單元各部分所組成。其特點(diǎn)是省去已有裝置的變頻電源和陰極示波器等設(shè)備，采用單片機(jī)及簡(jiǎn)單的外圍電路及預(yù)先設(shè)置的程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)旋轉(zhuǎn)物體的多點(diǎn)溫度非接觸測(cè)量，具有快速、準(zhǔn)確、直觀等優(yōu)點(diǎn)，易于廣泛推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)G01K7/34GK2139695SQ9224527
公開日1993年8月4日 申請(qǐng)日期1992年12月30日 優(yōu)先權(quán)日1992年12月30日
發(fā)明者徐伯雄, 陳宜林 申請(qǐng)人:清華大學(xué)