專利名稱：一種物體表面壓力分布測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種測量裝置，尤其是一種測量物體表面壓力分布的裝置。
背景技術(shù)：
在各類工業(yè)生產(chǎn)、制造和科研過程中，經(jīng)常需要對物體的表面壓力進(jìn)行測量，以便對物體表面壓力的分布進(jìn)行分析和研究。現(xiàn)有技術(shù)通常是直接將壓力傳感器安裝在被測物體的表面上或在物體表面設(shè)置測壓孔用管路將壓力信號傳輸給壓力傳感器。壓力傳感器將壓力信號轉(zhuǎn)換為微弱電信號，微弱電信號經(jīng)放大及信號處理后還原出壓力值。用電子掃描閥采集系統(tǒng)進(jìn)行串連壓力掃描。從而還原出物體表面壓力分布。
如申請?zhí)枮?00410033380.5，名為“表面壓力分布傳感器”的專利即公開了一種表面壓力分布傳感器，該表面壓力分布傳感器通過墊片分開一定間隔的間隙對向配置的行配線部和列配線部。行配線部由玻璃基板沿第1方向平行排列配置在該玻璃基板上的多個行配線和覆蓋該行配線的絕緣膜構(gòu)成。列配線部由可撓性薄膜和沿第2方向平行排列配置在該可撓性薄膜上的多個列配線構(gòu)成。這種表面壓力分布傳感器，能長期穩(wěn)定地檢測表面壓力分布。以上專利技術(shù)將壓力傳感器或者測壓孔安置在被測物體表面的測量容易形變并引起被測物體表面壓力分布的測量誤差，且物體表面加工周期長。
為了改進(jìn)，申請?zhí)枮?00520078594.4的實用新型公開了名為“一種非接觸式表面壓力分布測量裝置”的專利，其內(nèi)容是該實用新型提供了一種非接觸式表面壓力分布測量裝置，通過測量激光和紅外在被測物體表面覆蓋的壓力薄膜上產(chǎn)生的諧振換算為壓力值，從而得到物體表面的壓力分布，避免了加裝傳感器引起的測量誤差。能夠精確的在同一種狀態(tài)下得到表面壓力分布的數(shù)據(jù)，但是此種激光和紅外測量裝置造價高、系統(tǒng)要求精度高、操作復(fù)雜、諧波干擾大、采用移動云臺掃描速度慢。

發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在系統(tǒng)造價昂貴、掃描速度慢的不足，本實用新型提供了一種超聲波測量物體表面壓力分布裝置。通過超聲波波束在測量點與功能薄膜諧振后發(fā)生的頻率變化與壓力存在的對應(yīng)函數(shù)關(guān)系，即可通過超聲波掃描器進(jìn)行快速掃描從而得到物體表面的壓力分布。
本實用新型由超聲波調(diào)頻電路、超聲波調(diào)幅電路、超聲波發(fā)生器、超聲波發(fā)射器、功能薄膜、超聲波接收器、放大濾波器、AD轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、掃描驅(qū)動機(jī)構(gòu)及超聲波掃描器組成。其中超聲波調(diào)頻電路和超聲波調(diào)幅電路連接超聲波發(fā)生器，超聲波發(fā)生器連接超聲波發(fā)射器，超聲波發(fā)射器發(fā)出測量超聲波通過覆蓋在被測物體表面上的功能薄膜反射到超聲波接收器，超聲波接收器經(jīng)過放大濾波器及AD轉(zhuǎn)換器連接單片機(jī)，通過單片機(jī)測量出反射超聲波的諧振頻率算出該點的壓力值，由單片控制機(jī)控制掃描驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動超聲波掃描器對物體表面進(jìn)行掃描從而得到被測物體表面壓力分布。
本實用新型工作原理是超聲波調(diào)頻電路用來調(diào)節(jié)超聲波發(fā)生器的頻率。超聲波調(diào)幅電路用來調(diào)節(jié)超聲波發(fā)生器的幅值。經(jīng)過調(diào)頻和調(diào)幅后的超聲波發(fā)生器輸出到超聲波發(fā)射器發(fā)出超聲波波束射至被測物體表面上的測量點。超聲波波束與測量點在功能薄膜發(fā)生諧振并產(chǎn)生一個頻率，產(chǎn)生的頻率與壓力存在函數(shù)關(guān)系。這個頻率反射到超聲波接收器，調(diào)制后的頻率經(jīng)放大濾波器后進(jìn)入單片控制機(jī)內(nèi)的進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號將頻率值換算成壓力值。根據(jù)物體表面壓力分布的需要由單片控制機(jī)控制掃描驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動超聲波掃描器對物體表面進(jìn)行掃描從而得到被測物體表面壓力分布。
作為本實用新型的第一個優(yōu)選方案，所述功能薄膜采用GMM材料。
作為本實用新型的另一個優(yōu)選方案，所述單片機(jī)可以連接顯示板。
作為本實用新型的第三個優(yōu)選方案，所述單片機(jī)可以連接數(shù)據(jù)接口。
本實用新型提供了一種超聲波測量物體表面壓力分布裝置，采用超聲波非接觸測量物體表面壓力分布需要輸出的功率小、諧波干擾小、操作簡單、成本低?？煽焖賿呙璧贸雒總€點的壓力值。對于工業(yè)測量有很好的實用前景。


附圖1是本實用新型的原理方框圖附圖2是本實用新型優(yōu)選實施例的電路圖(五)
具體實施方式
圖2給出了一個優(yōu)選實施例的電路圖。
超聲波調(diào)頻電路由型號為MB3609的集成電路U1、電阻R3、電阻R4、電位器W1組成。集成電路U1第2腳連接電位器W1滑動端，電位器W1的一個固定端連接15V直流電壓，另一端連接-15V直流電壓。集成電路U1第3腳連接電阻R4，集成電路U1第6腳連接電阻R3、電阻R1。
超聲波調(diào)幅電路由型號為MB3609的集成電路U2、型號為NE530N的集成電路U3、電阻R1、電阻R2、可變電容C1組成。集成電路U2的第2腳連接電阻R1另一端、可變電容C1。集成電路U2的第3腳接地?？勺冸娙軨1另一端連接集成電路U2的第6腳、電阻R2。電阻R2另一端連接集成電路U3的第3腳。
型號為ADuC812的集成電路U4、型號是T40-16超生波發(fā)射元件ZL1、型號是S40-16超生波接收元件ZL2、型號是HC-49U晶體震蕩器XL1、石英晶體濾波器IC1集成了超聲波發(fā)生器、超聲波發(fā)射器、超聲波接收器三個功能。晶體震蕩器XL1一端連接集成電路U4的OSC1腳，晶體震蕩器XL1另一端連接集成電路U1的OSC2腳。石英晶體濾波器IC1的2端連接集成電路U4的B1腳，石英晶體濾波器IC1的1端連接集成電路U4的B2腳。石英晶體濾波器IC1的3腳接地。集成電路U4的VEE腳接地。超生波發(fā)射元件ZL1正端連接集成電路U4的C1腳。超生波發(fā)射元件ZL1負(fù)端連接集成電路U4的C2腳。超聲波接收元件ZL2正端連接集成電路U4的C3腳。超生波接收元件ZL2負(fù)端連接集成電路U4的C4腳。集成電路U4的IN腳連接集成電路U3的第6腳。集成電路U4的P1腳連接電阻R3另一端。集成電路U4的P2腳連接電阻R4另一端。
功能薄膜GM貼覆在測量物體表面WT上。超生波發(fā)射元件ZL1發(fā)射超生波波束到測量物體表面WT測量點上，反射到超生波接收元件ZL2接收超生波信號。
放大濾波器由型號為TSC3000的集成電路U5、石英晶體濾波器IC2、石英晶體濾波器IC3組成。集成電路U5的INA腳連接集成電路U4的P4腳。集成電路U5的INB腳連接集成電路U4的P7腳。集成電路U5的D1腳連接石英晶體濾波器IC1第1端。石英晶體濾波器IC1第3端接地。集成電路U5的D6腳連接石英晶體濾波器IC2第1端。石英晶體濾波器IC2第3端接地。
型號為MSP430的集成電路U6集成了A/D轉(zhuǎn)換器、單片控制機(jī)兩個功能。集成電路U6的A腳連接石英晶體濾波器IC2第2腳。集成電路U6的B腳連接石英晶體濾波器IC3第2腳。單片控制機(jī)內(nèi)的頻率顯示板和幅值顯示板顯示換算后的壓力值和幅值。可以將壓力值和幅值的數(shù)據(jù)存入單片控制機(jī)中的存儲器或通過數(shù)據(jù)接口存入計算機(jī)硬盤中。
型號為Magscan多用途自動掃描器的U7集成掃描驅(qū)動機(jī)構(gòu)、超聲波掃描器兩個功能。超聲波掃描器比移動云臺掃描速度快。自動掃描器的U7的IN端連接型號為MSP430的集成電路U6的OUT端。自動掃描器的U7的C端連接集成電路U4的第P3腳。根據(jù)需要超聲波掃描器移動對物體表面掃描從而得到被測物體表面壓力分布。
本實用新型工作過程是集成電路U1經(jīng)兩個電阻R3、電阻R4、電位器W1與集成電路U4構(gòu)成了超聲波調(diào)頻電路，調(diào)節(jié)電位器W1改變用來產(chǎn)生30-100KHz的超聲波頻率。集成電路U2、集成電路U3構(gòu)成超聲波調(diào)幅電路，調(diào)節(jié)可變電容C1可以改變超聲波輸出幅值的大小。經(jīng)過調(diào)頻和調(diào)幅后的超聲波發(fā)生器輸出到超聲波發(fā)射器又通過發(fā)射元件T40-16 ZL1發(fā)出超聲波波束射至被測物體表面上的測量點，超聲波波束與測量點在功能薄膜發(fā)生諧振并產(chǎn)生一個頻率，產(chǎn)生變化的頻率與壓力存在函數(shù)關(guān)系。這個頻率反射到S40-16超生波接收元件ZL2進(jìn)入超聲波接收器，經(jīng)集成電路U3、石英晶體濾波器IC1、IC2組成的放大濾波讓與壓力有用的頻率通過，將其它頻率超聲波基頻、多次諧波濾除。放大濾波后的頻率進(jìn)入單片控制機(jī)內(nèi)的進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號將壓力頻率換算壓力值。根據(jù)物體表面壓力分布的需要由單片控制機(jī)控制掃描驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動超聲波掃描器對物體表面壓力進(jìn)行逐點電子掃描從而得到被測物體表面壓力分布。
權(quán)利要求1.一種物體表面壓力分布測量裝置，包括超聲波調(diào)頻電路、超聲波調(diào)幅電路、超聲波發(fā)生器、超聲波發(fā)射器、功能薄膜、超聲波接收器、放大濾波器、AD轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、掃描驅(qū)動機(jī)構(gòu)及超聲波掃描器，其特征在于超聲波調(diào)頻電路和超聲波調(diào)幅電路連接超聲波發(fā)生器，超聲波發(fā)生器連接超聲波發(fā)射器，超聲波發(fā)射器發(fā)出測量超聲波通過覆蓋在被測物體表面上的功能薄膜反射到超聲波接收器，超聲波接收器經(jīng)過放大濾波器及AD轉(zhuǎn)換器連接單片機(jī)，單片機(jī)控制掃描驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動超聲波掃描器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種物體表面壓力分布測量裝置，其特征在于所述功能薄膜采用GMM材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種物體表面壓力分布測量裝置，其特征在于所述單片機(jī)可以連接顯示板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種物體表面壓力分布測量裝置，其特征在于所述單片機(jī)可以連接數(shù)據(jù)接口。
專利摘要一種物體表面壓力分布測量裝置，為了克服現(xiàn)有技術(shù)造價昂貴、掃描速度慢的不足，將超聲波調(diào)頻電路和超聲波調(diào)幅電路連接超聲波發(fā)生器后連接超聲波發(fā)射器，超聲波發(fā)射器發(fā)出測量超聲波通過覆蓋在被測物體表面上的功能薄膜反射到超聲波接收器，并經(jīng)過放大濾波器及AD轉(zhuǎn)換器連接單片機(jī)，通過單片機(jī)測量出反射超聲波的諧振頻率算出該點的壓力值，并控制掃描驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動超聲波掃描器對物體表面進(jìn)行掃描從而得到被測物體表面壓力分布。本實用新型需要輸出的功率小、諧波干擾小、操作簡單、成本低?？煽焖賿呙璧贸雒總€點的壓力值。對于工業(yè)測量有很好的實用前景。
文檔編號G01L11/06GK2911630SQ200620079110
公開日2007年6月13日 申請日期2006年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月7日
發(fā)明者金承信 申請人:西北工業(yè)大學(xué)