一種基于光電傳感器的金屬楊氏模量的測量系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種金屬楊氏模量的測量系統(tǒng)，尤其涉及一種基于光電傳感器的金屬楊氏模量的測量系統(tǒng)，屬于金屬楊氏模量的測量控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬材料楊氏模量的測量是綜合大學(xué)和工科院校物理實(shí)驗(yàn)中必做的實(shí)驗(yàn)之一。金屬絲楊氏彈性模量測量的關(guān)鍵在于對(duì)金屬絲的微小長度量的精確測量，國內(nèi)一些院校的實(shí)驗(yàn)室仍采用的是光杠桿法測量金屬絲的微小長度變量，而這種測量方法對(duì)于光路的調(diào)整有著嚴(yán)格的要求，測量難度大且不易掌握，操作比較繁瑣，且讀數(shù)過程中容易出錯(cuò)，耗時(shí)較長。而應(yīng)國內(nèi)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展要求，應(yīng)用高科技不斷改善物理實(shí)驗(yàn)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的自動(dòng)化檢測及控制成為主要趨勢，因而我們需要另辟新的測量方法來改進(jìn)實(shí)驗(yàn)儀器。
[0003]例如申請(qǐng)?zhí)枮椤?01210520291.8”的一種楊氏模量測試儀，包括圓柱形容器，及安裝在圓柱形容器口部位的圓盤，在所述圓柱形容器上設(shè)有連通的導(dǎo)管，該導(dǎo)管一端設(shè)有一個(gè)注液腔，與注液腔連接一顯示細(xì)玻璃管，及與顯示細(xì)玻璃管所對(duì)應(yīng)的有一刻度盤，還包括配置有砝碼，該砝碼與連接在支架上的待測金屬絲連接，使砝碼作用在圓盤上。因此，通過測量砝碼的質(zhì)量，細(xì)玻璃管的半徑，細(xì)玻璃管中溶液上升的高度，就可以算出拉金屬絲的力的大小，再測量金屬絲的長度和橫截面積，就可算出楊氏模量。解決了目前實(shí)驗(yàn)儀器操作來復(fù)雜，測量數(shù)據(jù)的誤差問題。
[0004]又如申請(qǐng)?zhí)枮椤?01410217146.1”的一種金屬的楊氏模量測量方法，包括步驟:測定金屬樣品在多個(gè)溫度下的熱膨脹系數(shù)以及在常溫下的楊氏模量，其中，所述溫度為所述金屬樣品氧化溫度范圍外的溫度；根據(jù)所述常溫下的楊氏模量、熱膨脹系數(shù)計(jì)算對(duì)應(yīng)溫度下的楊氏模量，獲得多個(gè)溫度-楊氏模量數(shù)據(jù)組；根據(jù)各所述溫度-楊氏模量數(shù)據(jù)組建立溫度-楊氏模量的擬合回歸方程；根據(jù)所述擬合回歸方程確定高溫下的楊氏模量。通過該發(fā)明方案解決現(xiàn)有測試方法和手段的局限，一些難熔金屬材料的高溫材料特性的無法獲得的難題。并可以提高高溫下金屬楊氏模量的測量準(zhǔn)確率，特別是提高了難熔金屬高溫下的楊氏模量測量準(zhǔn)確率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)【背景技術(shù)】的不足提供了一種基于光電傳感器的金屬楊氏模量的測量系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:
一種基于光電傳感器的金屬楊氏模量的測量系統(tǒng)，包含光電轉(zhuǎn)換模塊、電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊、放大電路、濾波電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、微控制器模塊和顯示模塊；所述光電轉(zhuǎn)換模塊依次通過電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊、放大電路、濾波電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與微控制器模塊連接，所述顯示模塊連接在微控制器模塊的相應(yīng)端口上；所述光電轉(zhuǎn)換模塊包含依次連接的光源和硅光電池；
其中，光電轉(zhuǎn)換模塊，用于將金屬材料的微小位移變量轉(zhuǎn)換成電流量；
電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊，用于將電流量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)；
放大電路，用于對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行放大處理；
濾波短路，用于對(duì)放大處理后的電壓信號(hào)進(jìn)行濾波處理；
模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，用于將濾波處理后的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；
微控制器模塊，用于對(duì)接收的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析處理，進(jìn)而完成楊氏模量的測量；
顯示模塊，用于實(shí)時(shí)顯示微控制器模塊測量出的楊氏模量。
[0007]作為本發(fā)明一種基于光電傳感器的金屬楊氏模量的測量系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述微控制器模塊采用AVR系列單片機(jī)。
[0008]作為本發(fā)明一種基于光電傳感器的金屬楊氏模量的測量系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述顯不1?塊為IXD顯不屏。
[0009]作為本發(fā)明一種基于光電傳感器的金屬楊氏模量的測量系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的芯片型號(hào)為AD574。
[0010]作為本發(fā)明一種基于光電傳感器的金屬楊氏模量的測量系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述放大電路采用TL084集成放大器。
[0011]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
1、本發(fā)明大大簡化原來的實(shí)驗(yàn)裝置，提高了實(shí)驗(yàn)的效率和準(zhǔn)確率，成本也比原來低；
2、本發(fā)明通過使用光電傳感器來對(duì)金屬絲楊氏模量測量，大大提高了實(shí)驗(yàn)的效率和準(zhǔn)確率；
3、本發(fā)明通過對(duì)硅光電池產(chǎn)生的電流量轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)再進(jìn)行放大濾波處理，有效的避免了噪音帶來的影響。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
如圖1所示，本發(fā)明設(shè)計(jì)一種基于光電傳感器的金屬楊氏模量的測量系統(tǒng)，包含光電轉(zhuǎn)換模塊、電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊、放大電路、濾波電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、微控制器模塊和顯示模塊；所述光電轉(zhuǎn)換模塊依次通過電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊、放大電路、濾波電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與微控制器模塊連接，所述顯示模塊連接在微控制器模塊的相應(yīng)端口上；所述光電轉(zhuǎn)換模塊包含依次連接的光源和硅光電池；
其中，光電轉(zhuǎn)換模塊，用于將金屬材料的微小位移變量轉(zhuǎn)換成電流量；
電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊，用于將電流量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)；
放大電路，用于對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行放大處理；
濾波短路，用于對(duì)放大處理后的電壓信號(hào)進(jìn)行濾波處理；
模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，用于將濾波處理后的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；
微控制器模塊，用于對(duì)接收的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析處理，進(jìn)而完成楊氏模量的測量； 顯示模塊，用于實(shí)時(shí)顯示微控制器模塊測量出的楊氏模量。
[0014]其中，所述微控制器模塊采用AVR系列單片機(jī)，所述顯示模塊為LCD顯示屏，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的芯片型號(hào)為AD574，所述放大電路采用TL084集成放大器。
[0015]AVR單片機(jī)具有預(yù)取指令功能，即在執(zhí)行一條指令時(shí)，預(yù)先把下一條指令取進(jìn)來，使得指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行；多累加器型，數(shù)據(jù)處理速度快；AVR單片機(jī)具有32個(gè)通用工作寄存器，相當(dāng)于有32條立交橋，可以快速通行；中斷響應(yīng)速度快。AVR單片機(jī)有多個(gè)固定中斷向量入口地址，可快速響應(yīng)中斷；AVR單片機(jī)耗能低。對(duì)于典型功耗情況，WDT關(guān)閉時(shí)為ΙΟΟηΑ，更適用于電池供電的應(yīng)用設(shè)備；有的器件最低1.8 V即可工作；AVR單片機(jī)保密性能好。
[0016]硬件部分最關(guān)鍵的是對(duì)硅光電池轉(zhuǎn)換后的電流信號(hào)的處理。由于要進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換就必須把電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，因轉(zhuǎn)換得到的信號(hào)很小且含有噪音信號(hào)，故我們要將其進(jìn)行放大和濾波。在此用TL084集成放大器實(shí)現(xiàn)電流-電壓轉(zhuǎn)換及放大，利用RC電路進(jìn)行濾波。轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)直接輸入AD轉(zhuǎn)換電路的輸入端，再將AD轉(zhuǎn)換后的輸出信號(hào)送入單片機(jī)進(jìn)行處理及顯示。其中AD轉(zhuǎn)換采用的是12位轉(zhuǎn)換器AD574。
[0017]過程:首先用測量楊氏模量的裝置產(chǎn)生微小位移，再用均勻光束照在硅光電池上，用與金屬絲相連的擋板放在光源與硅光電池之間進(jìn)行擋光，如圖1所示，當(dāng)移動(dòng)擋板時(shí)，輸出電流發(fā)生變化，且因?yàn)閾醢鍝豕庾兓嗌?，輸出電流有相?yīng)的變化量，再將電信號(hào)經(jīng)過放大及模數(shù)轉(zhuǎn)化后送入單片機(jī)，由于事先編寫的程序已輸入單片機(jī)，則可由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)自動(dòng)測量、數(shù)據(jù)處理和顯示，從而達(dá)到楊氏模量測量的自動(dòng)化和高精度化。操作者只需要熟悉操作說明后，通過鍵盤上的按鍵來達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求，最后的結(jié)果可以在與單片機(jī)相連的LED顯示器上顯示出來。
[0018]該測量的關(guān)鍵在于對(duì)金屬絲的微小長度變化量的精確測量。首先由光電傳感器將位移變化轉(zhuǎn)換為電流量的變化，電信號(hào)經(jīng)過1-V轉(zhuǎn)換、放大及模數(shù)轉(zhuǎn)化后，最后送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，同時(shí)通過鍵盤來實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，并在顯示器上顯示出結(jié)果，實(shí)現(xiàn)楊氏模量測量的智能化
本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會(huì)用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0019]以上實(shí)施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以再不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于光電傳感器的金屬楊氏模量的測量系統(tǒng)，其特征在于:包含光電轉(zhuǎn)換模塊、電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊、放大電路、濾波電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、微控制器模塊和顯示模塊；所述光電轉(zhuǎn)換模塊依次通過電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊、放大電路、濾波電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與微控制器模塊連接，所述顯示模塊連接在微控制器模塊的相應(yīng)端口上；所述光電轉(zhuǎn)換模塊包含依次連接的光源和硅光電池； 其中，光電轉(zhuǎn)換模塊，用于將金屬材料的微小位移變量轉(zhuǎn)換成電流量； 電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊，用于將電流量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)； 放大電路，用于對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行放大處理； 濾波短路，用于對(duì)放大處理后的電壓信號(hào)進(jìn)行濾波處理； 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，用于將濾波處理后的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)； 微控制器模塊，用于對(duì)接收的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析處理，進(jìn)而完成楊氏模量的測量； 顯示模塊，用于實(shí)時(shí)顯示微控制器模塊測量出的楊氏模量。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光電傳感器的金屬楊氏模量的測量系統(tǒng)，其特征在于:所述微控制器模塊采用AVR系列單片機(jī)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光電傳感器的金屬楊氏模量的測量系統(tǒng)，其特征在于:所述顯示模塊為IXD顯示屏。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光電傳感器的金屬楊氏模量的測量系統(tǒng)，其特征在于:所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的芯片型號(hào)為AD574。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光電傳感器的金屬楊氏模量的測量系統(tǒng)，其特征在于:所述放大電路采用TL084集成放大器。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于光電傳感器的金屬楊氏模量的測量系統(tǒng)，包含光電轉(zhuǎn)換模塊、電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊、放大電路、濾波電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、微控制器模塊和顯示模塊；所述光電轉(zhuǎn)換模塊依次通過電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊、放大電路、濾波電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與微控制器模塊連接，所述顯示模塊連接在微控制器模塊的相應(yīng)端口上；所述光電轉(zhuǎn)換模塊包含依次連接的光源和硅光電池。
【IPC分類】G01N3/06
【公開號(hào)】CN104931343
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510348763
【發(fā)明人】孫志君, 方繼廣, 唐猛, 王國榮
【申請(qǐng)人】蘇州市英富美欣科技有限公司
【公開日】2015年9月23日
【申請(qǐng)日】2015年6月23日