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
【技術領域】
[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域。
【背景技術】
[0002]金屬材料楊氏模量的測量是綜合大學和工科院校物理實驗中必做的實驗之一。金屬絲楊氏彈性模量測量的關鍵在于對金屬絲的微小長度量的精確測量,國內(nèi)一些院校的實驗室仍采用的是光杠桿法測量金屬絲的微小長度變量,而這種測量方法對于光路的調(diào)整有著嚴格的要求,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,耗時較長。而應國內(nèi)大學物理實驗的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展要求,應用高科技不斷改善物理實驗設備,實現(xiàn)實驗設備的自動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實驗儀器。
[0003]例如申請?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有連通的導管,該導管一端設有一個注液腔,與注液腔連接一顯示細玻璃管,及與顯示細玻璃管所對應的有一刻度盤,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,細玻璃管的半徑,細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。解決了目前實驗儀器操作來復雜,測量數(shù)據(jù)的誤差問題。
[0004]又如申請?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)計算對應溫度下的楊氏模量,獲得多個溫度-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確率,特別是提高了難熔金屬高溫下的楊氏模量測量準確率。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明所要解決的技術問題是針對【背景技術】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)明為解決上述技術問題采用以下技術方案:
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;
放大電路,用于對電壓信號進行放大處理;
濾波短路,用于對放大處理后的電壓信號進行濾波處理;
模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊,用于將濾波處理后的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號;
微控制器模塊,用于對接收的數(shù)字信號進行分析處理,進而完成楊氏模量的測量;
顯示模塊,用于實時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)的進一步優(yōu)選方案,所述微控制器模塊采用AVR系列單片機。
[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)的進一步優(yōu)選方案,所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的芯片型號為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)明采用以上技術方案與現(xiàn)有技術相比,具有以下技術效果:
1、本發(fā)明大大簡化原來的實驗裝置,提高了實驗的效率和準確率,成本也比原來低;
2、本發(fā)明通過使用光電傳感器來對金屬絲楊氏模量測量,大大提高了實驗的效率和準確率;
3、本發(fā)明通過對硅光電池產(chǎn)生的電流量轉(zhuǎn)化成電壓信號再進行放大濾波處理,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。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細說明:
如圖1所示,本發(fā)明設計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;
放大電路,用于對電壓信號進行放大處理;
濾波短路,用于對放大處理后的電壓信號進行濾波處理;
模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊,用于將濾波處理后的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號;
微控制器模塊,用于對接收的數(shù)字信號進行分析處理,進而完成楊氏模量的測量; 顯示模塊,用于實時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,所述顯示模塊為LCD顯示屏,所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的芯片型號為AD574,所述放大電路采用TL084集成放大器。
[0015]AVR單片機具有預取指令功能,即在執(zhí)行一條指令時,預先把下一條指令取進來,使得指令可以在一個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行;多累加器型,數(shù)據(jù)處理速度快;AVR單片機具有32個通用工作寄存器,相當于有32條立交橋,可以快速通行;中斷響應速度快。AVR單片機有多個固定中斷向量入口地址,可快速響應中斷;AVR單片機耗能低。對于典型功耗情況,WDT關閉時為ΙΟΟηΑ,更適用于電池供電的應用設備;有的器件最低1.8 V即可工作;AVR單片機保密性能好。
[0016]硬件部分最關鍵的是對硅光電池轉(zhuǎn)換后的電流信號的處理。由于要進行模數(shù)轉(zhuǎn)換就必須把電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號,因轉(zhuǎn)換得到的信號很小且含有噪音信號,故我們要將其進行放大和濾波。在此用TL084集成放大器實現(xiàn)電流-電壓轉(zhuǎn)換及放大,利用RC電路進行濾波。轉(zhuǎn)換后的電壓信號直接輸入AD轉(zhuǎn)換電路的輸入端,再將AD轉(zhuǎn)換后的輸出信號送入單片機進行處理及顯示。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行擋光,如圖1所示,當移動擋板時,輸出電流發(fā)生變化,且因為擋板擋光變化多少,輸出電流有相應的變化量,再將電信號經(jīng)過放大及模數(shù)轉(zhuǎn)化后送入單片機,由于事先編寫的程序已輸入單片機,則可由單片機實現(xiàn)實時自動測量、數(shù)據(jù)處理和顯示,從而達到楊氏模量測量的自動化和高精度化。操作者只需要熟悉操作說明后,通過鍵盤上的按鍵來達到實驗要求,最后的結(jié)果可以在與單片機相連的LED顯示器上顯示出來。
[0018]該測量的關鍵在于對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,最后送入單片機進行數(shù)據(jù)處理,同時通過鍵盤來實現(xiàn)人機對話,并在顯示器上顯示出結(jié)果,實現(xiàn)楊氏模量測量的智能化
本技術領域技術人員可以理解的是,除非另外定義,這里使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)具有與本發(fā)明所屬領域中的普通技術人員的一般理解相同的意義。還應該理解的是,諸如通用字典中定義的那些術語應該被理解為具有與現(xiàn)有技術的上下文中的意義一致的意義,并且除非像這里一樣定義,不會用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0019]以上實施例僅為說明本發(fā)明的技術思想,不能以此限定本發(fā)明的保護范圍,凡是按照本發(fā)明提出的技術思想,在技術方案基礎上所做的任何改動,均落入本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式作了詳細說明,但是本發(fā)明并不限于上述實施方式,在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內(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】
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; 放大電路,用于對電壓信號進行放大處理; 濾波短路,用于對放大處理后的電壓信號進行濾波處理; 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊,用于將濾波處理后的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號; 微控制器模塊,用于對接收的數(shù)字信號進行分析處理,進而完成楊氏模量的測量; 顯示模塊,用于實時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。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】CN104931343
【申請?zhí)枴緾N201510348763
【發(fā)明人】孫志君, 方繼廣, 唐猛, 王國榮
【申請人】蘇州市英富美欣科技有限公司
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年6月23日