專利名稱：一種壓電材料檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子控制測試領(lǐng)域，涉及一種壓電材料檢測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
壓電材料(piezoelectric material)是指當受到壓力作用時會在兩端面間出現(xiàn)電壓
的材料。壓電材料的特征就是具有壓電效應(yīng)，即當受到壓力作用時會在兩端面間出現(xiàn)電 壓并且電荷量與壓力成比例。壓電效應(yīng)的機理是具有壓電性的晶體對稱性較低，當受 到外力作用發(fā)生形變時，晶胞中正負離子的相對位移使正負電荷中心不再重合，導(dǎo)致晶 體發(fā)生宏觀極化，而晶體表面電荷面密度等于極化強度在表面法向上的投影，所以壓電 材料受壓力作用形變時兩端面會出現(xiàn)異號電荷。反之，壓電材料還具有逆壓電效應(yīng)，即 在外電場作用下壓電材料會產(chǎn)生形變。利用壓電材料的這些特性可實現(xiàn)機械振動和交流 電的互相轉(zhuǎn)換。例如，目前在某些產(chǎn)品中使用壓電材料(如壓電陶瓷)的特性進行對產(chǎn)品的加 密處理。壓電材料的特性可以使用電路的激勵響應(yīng)的充放電特性和激勵響應(yīng)的諧振特性 (LC特性)來體現(xiàn)。2008年11月5日公布的中國專利(公開號CN 101298213A)公布 了一種應(yīng)用于噴墨打印機的模擬激勵響應(yīng)特性的方法和電路。該電路包括由振蕩電路和 阻容網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)或串聯(lián)而成，噴墨打印機施加的激勵信號經(jīng)振蕩電路可得激勵響應(yīng)的諧振 特性，經(jīng)阻容網(wǎng)絡(luò)可得激勵響應(yīng)的充放電特性。當激勵信號施加到壓電材料上，經(jīng)振蕩 電路和阻容網(wǎng)絡(luò)后就可獲得模擬壓電材料激勵響應(yīng)的充放電特性和激勵響應(yīng)的諧振特性 (LC特性)。因此可以通過檢測壓電材料的這兩個特性來判別設(shè)備的真?zhèn)?。但是在批?生產(chǎn)此種壓電材料過程中，由于材質(zhì)、生產(chǎn)條件等各方面的因素導(dǎo)致壓電材料的特性不 一致。如果要利用檢測壓電材料的激勵響應(yīng)的充放電特性和激勵響應(yīng)的諧振特性(LC 特性)來判別設(shè)備的真?zhèn)?，壓電材料的性質(zhì)就必須一致，滿足預(yù)定的要求。如何從性質(zhì) 不一致的壓電材料中選出性質(zhì)一致、滿足預(yù)定要求的壓電材料就成為一個很重要的需要 解決的難題。而目前市場上沒有針對壓電材料的測試裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是如何從性質(zhì)不一致的壓電材料中選出性質(zhì)一致、 滿足預(yù)定要求的壓電材料。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種壓電材料檢測系統(tǒng)，包括電源模塊、 中央處理單元、激勵矩陣開關(guān)、信號調(diào)理電路、模擬矩陣開關(guān)、帶通濾波器、信號縮放 電路、數(shù)據(jù)采集和AD轉(zhuǎn)換單元、PC機、串行通信接口、數(shù)據(jù)表存儲單元；電源模塊分別與中央處理單元和激勵矩陣開關(guān)相連，分別提供工作電源和激勵 電平；中央處理單元分別與激勵矩陣開關(guān)和模擬矩陣開關(guān)相連，向激勵矩陣開關(guān)和模擬矩陣開關(guān)發(fā)出控制命令，中央處理單元與數(shù)據(jù)采集和AD轉(zhuǎn)換單元相連，處理數(shù)據(jù)采集 和AD轉(zhuǎn)換單元所采集的數(shù)據(jù)；
激勵矩陣開關(guān)與電源模塊相連，用以將激勵電平轉(zhuǎn)換成激勵信號，并通過激勵 通道將激勵信號傳送到被檢測物體，同時實現(xiàn)通道切換；
信號調(diào)理電路與被檢測物體相連，對激勵信號作用于被檢測物體后產(chǎn)生的檢測 信號進行電壓跟隨、限制幅度，并增強信號驅(qū)動；
模擬矩陣開關(guān)與信號調(diào)理電路相連，將來自信號調(diào)理電路的不同信號傳送至不 同的后端電路，實現(xiàn)不同特性的檢測；
帶通濾波器與信號縮放電路分別與模擬矩陣開關(guān)相連，分別處理不同的檢測信 號，帶通濾波器，對諧振信號進行低頻、高頻濾波，并同時帶有信號縮放功能，信號縮 放電路為阻抗信號檢測做準備，實現(xiàn)信號的線性放大或縮??；
數(shù)據(jù)采集和AD轉(zhuǎn)換單元分別與帶通濾波器與信號縮放電路相連，采集經(jīng)過處理 的信號并將信號進行AD轉(zhuǎn)換后送入中央處理單元進行處理；
PC機通過串行通信接口與中央處理單元進行數(shù)據(jù)傳輸，發(fā)送命令或接受數(shù)據(jù)；
數(shù)據(jù)表存儲單元與中央處理單元相連，存放標準數(shù)據(jù)表，PC機發(fā)送指令控制中 央處理單元可以修改數(shù)據(jù)表存儲單元中的數(shù)據(jù)。
所述壓電材料檢測系統(tǒng)還包括與中央處理單元相連的參數(shù)和結(jié)果顯示模塊，顯 示參數(shù)信息和測量結(jié)果；IOOP的電容負載；激勵保護電路，防止被檢測物體的接口短 路、保護激勵源元器件和釋放回路，釋放檢測負載電路上的電量。
其中，所述電源模塊提供兩種激勵電平，一種為35V至50V，另一種為_1V 至-5V。所述信號調(diào)理電路為運算放大器組建的電壓跟隨器。所述帶通濾波器由四階巴 特沃斯低通濾波器和四階巴特沃斯高通濾波器組成。所述串行通信接口為232或USB。 所述數(shù)據(jù)表存儲單元為EEPROM存儲器件。
本發(fā)明還提供了一種壓電材料檢測系統(tǒng)，包括電源模塊、DSP芯片、激勵矩陣 開關(guān)、信號調(diào)理電路、模擬矩陣開關(guān)、帶通濾波器、信號縮放電路、PC機、串行通信接 口、數(shù)據(jù)表存儲單元；
電源模塊分別與DSP芯片和激勵矩陣開關(guān)相連，分別提供工作電源和激勵電 平；
DSP芯片分別與激勵矩陣開關(guān)和模擬矩陣開關(guān)相連，向激勵矩陣開關(guān)和模擬矩 陣開關(guān)發(fā)出控制命令，DSP芯片分別與帶通濾波器與信號縮放電路相連，采集經(jīng)過處理 的信號并將信號進行AD轉(zhuǎn)換后進行數(shù)據(jù)處理；
激勵矩陣開關(guān)與電源模塊相連，用以將激勵電平轉(zhuǎn)換成激勵信號，并通過激勵 通道將激勵信號傳送到被檢測物體，同時實現(xiàn)通道切換；
信號調(diào)理電路與被檢測物體相連，對激勵信號作用于被檢測物體后產(chǎn)生的檢測 信號進行電壓跟隨、限制幅度，并增強信號驅(qū)動；
模擬矩陣開關(guān)與信號調(diào)理電路相連，將來自信號調(diào)理電路的不同信號傳送至不 同的后端電路，實現(xiàn)不同特性的檢測；
帶通濾波器與信號縮放電路分別與模擬矩陣開關(guān)相連，分別處理不同的檢測信 號，帶通濾波器，對諧振信號進行低頻、高頻濾波，并同時帶有信號縮放功能，信號縮放電路為阻抗信號檢測做準備，實現(xiàn)信號的線性放大或縮小；PC機通過 串行通信接口與DSP芯片進行數(shù)據(jù)傳輸，發(fā)送命令或接受數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)表存儲單元與DSP芯片相連，存放標準數(shù)據(jù)表，PC機發(fā)送指令控制DSP芯 片可以修改數(shù)據(jù)表存儲單元中的數(shù)據(jù)。所述壓電材料檢測系統(tǒng)還包括與DSP芯片相連的參數(shù)和結(jié)果顯示模塊，顯示參 數(shù)信息和測量結(jié)果；IOOP的電容負載；激勵保護電路，防止被檢測物體的接口短路、保 護激勵源元器件和釋放回路，釋放檢測負載電路上的電量。其中，所述電源模塊提供兩種激勵電平，一種為35V至50V，另一種為_1V 至-5V。所述信號調(diào)理電路為運算放大器組建的電壓跟隨器。所述帶通濾波器由四階巴 特沃斯低通濾波器和四階巴特沃斯高通濾波器組成。所述串行通信接口為232或USB。 所述數(shù)據(jù)表存儲單元為EEPROM存儲器件。本發(fā)明的技術(shù)效果是，提供了一種壓電材料檢測系統(tǒng)，可以從性質(zhì)不一致的壓 電材料中選出性質(zhì)一致、滿足預(yù)定要求的壓電材料。該系統(tǒng)通過檢測電路中激勵響應(yīng)的充放電特性和諧振特性(LC特性)來反映壓 電材料的特性，并且與所設(shè)定的標準值進行比較，從而選取滿足預(yù)定要求的壓電材料。 該系統(tǒng)采用新型數(shù)字化方式，利用高速DSP進行數(shù)據(jù)的采集，提高對充放電特性信號的 采樣密集度，從而提高選取的成功率；對諧振特性(LC特性)信號進行定時采樣，時 域轉(zhuǎn)頻域，在頻域處理諧振特性信號，有利于靈活地去除在要求頻率范圍以外的干擾成 分，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。


圖1為本發(fā)明實施例一的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明采用中央處理單元及數(shù)據(jù)采集和AD轉(zhuǎn)換單元替代DSP芯片的實施 例二的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一 步的詳細描述。本發(fā)明提供的一種壓電材料檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)一個實施例(實施例一)的結(jié)構(gòu)示 意圖如圖1所示。從圖1可以看出，該系統(tǒng)包括一下幾個部分電源模塊、DSP芯片、 激勵矩陣開關(guān)、信號調(diào)理電路、模擬矩陣開關(guān)、帶通濾波器、信號縮放電路、PC機、串 行通信接口和數(shù)據(jù)表存儲單元；以及參數(shù)和結(jié)果顯示模塊、電容負載、激勵保護電路和 釋放回路。下面結(jié)合圖1詳細描述本發(fā)明的實施例一。如圖1所示，DSP芯片為本發(fā)明的核心部件，主要用于發(fā)送控制命令和進行數(shù) 據(jù)處理，并且該DSP芯片中包含了數(shù)據(jù)采集和AD轉(zhuǎn)換單元，具有采集數(shù)據(jù)和進行AD 轉(zhuǎn)換的功能。本實施例中采用TMS320DSP281X芯片作為硬件平臺主控芯片，開發(fā)環(huán)境 CCS3.3。具體來說，DSP芯片與激勵矩陣開關(guān)相連，控制激勵矩陣開關(guān)將電源提供的 激勵電平轉(zhuǎn)換成激勵信號。DSP芯片與模擬矩陣開關(guān)相連，控制模擬矩陣開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)，將充放電特性信號送入信號縮放電路，將諧振特性信號送入帶通濾波器中。DSP芯 片采集經(jīng)過帶通濾波器與信號縮放電路處理的信號并將該信號進行AD轉(zhuǎn)換，最后進行數(shù) 據(jù)處理。DSP芯片與PC機進行通信并讀取或修改數(shù)據(jù)表存儲單元中的數(shù)據(jù)。電源模塊分別與DSP芯片和激勵矩陣開關(guān)相連，分別提供工作電源和激勵電 平。電源模塊有兩路電源。一路供給DSP芯片，并提供5V電源；另一路電源經(jīng)過兩 路電源芯片34063調(diào)制出兩路電壓，一路電壓為35V至50V，優(yōu)選為40V，另一路電壓 為-IV至-5V，優(yōu)選為-5V，提供激勵電路，由DSP芯片控制開關(guān)。DSP芯片供電采用 單路供電并用3.3V和1.8V電源芯片提供電源。電源模塊提供的激勵電平需要轉(zhuǎn)換成激勵信號才能對被測物體進行激勵，所以 需要開關(guān)進行電平轉(zhuǎn)換；同時激勵通道采用雙通道，釋放回路也采用雙通道，需要開關(guān) 進行通道切換，這兩種功能可以用一個激勵矩陣開關(guān)來實現(xiàn)。采用DSP的8路管腳進行 控制4路電源激勵，4路電源分成兩種各兩路，一種是上臂40V，下臂-5V;另一種上臂 40V,下臂接地。上臂、下臂分別由PNP型三極管和NPN型三極管進行通斷控制來實施 激勵。在PNP型三極管和NPN型三極管前端還有一級三極管電路，該級三極管電路由 DSP進行控制，實現(xiàn)電平控制轉(zhuǎn)換。激勵矩陣開關(guān)將激勵信號送至被檢測的壓電材料(本實施例中采用壓電陶瓷)。 給壓電材料一端進行電壓激勵，然后檢測器件另一端的負載上的激勵響應(yīng)的充放電特性 信號和諧振特性(LC特性)信號，獲得充放電曲線和諧振曲線。壓電材料兩端都可以進 行電壓激勵，但只能在一端進行電壓激勵，另一端進行信號檢測。如果對一端(A端)施 加激勵，另一端(B端)進行檢測稱為正激勵，那么對B端施加激勵，A端進行檢測稱為 反激勵；反之亦然。由于壓電材料并非對稱材料，所以正反激勵所檢測到得信號是不相 同的。充放電特性檢測電路負載選用電容大小為68p-ln，諧振特性檢測電路負載選用 電容大小為10p-220p，本實施例中充放電特性檢測電路與諧振特性檢測電路共用一個 IOOp的電容負載，共用電容可以簡化系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)。從負載上檢測得到的信號被傳送到信號調(diào)理電路，對檢測信號進行電壓跟隨、 限制幅度，并增強信號驅(qū)動。檢測IOOp電容上的電壓，采用單極型場效應(yīng)管運算放大器 做電壓跟隨，由于該類運算放大器的偏置電流很小，基本不會對充放電過程中的電流形 成影響，同時采用+5V和-5V供電，能夠鉗位電壓，后端僅須經(jīng)過電阻分壓，DSP采樣 并轉(zhuǎn)換該電壓值。充放電特性信號和諧振特性信號的處理采用不同的方式。 所以用一個模擬矩陣 開關(guān)將經(jīng)過信號調(diào)理電路處理的信號區(qū)分為充放電特性信號和諧振特性信號并分別傳送 至信號縮放電路和帶通濾波器中進行處理。本實施例中的模擬矩陣開關(guān)采用模擬矩陣芯 片，由DSP芯片進行開關(guān)控制。模擬矩陣開關(guān)將諧振特性信號送入帶通濾波器電路，首先經(jīng)過四階巴特沃斯低 通濾波器進行低通濾波，低通參數(shù)截止頻率設(shè)定50KHz，放大倍數(shù)為16倍，然后再經(jīng)過 4階巴特沃斯高通濾波器進行高通濾波，截止頻率設(shè)定為ΙΟΚΗζ，放大倍數(shù)為1，該帶通 濾波器參數(shù)可以在程序中進行適當調(diào)節(jié)。模擬矩陣開關(guān)充放電特性信號送入信號縮放電路，該信號縮放電路采用電阻分壓，然后用運算放大器實現(xiàn)充放電特性信號放大或縮小，為充放電特性檢測做準備。
經(jīng)過濾波的諧振特性信號和經(jīng)過縮放的充放電特性信號都被DSP芯片采集并進 行AD轉(zhuǎn)換，然后進行數(shù)據(jù)處理。
根據(jù)壓電材料的特性，激勵電壓的加載時間不同，所獲取的充放電曲線也是不 同的。主要的原因是對壓電材料加載不同時間的激勵電壓，其內(nèi)部阻抗不一樣。本實 施例通過獲取壓電材料的充放電曲線，與標準數(shù)據(jù)表進行比對、設(shè)定容許誤差來檢測壓 電材料是否滿足需求。標準數(shù)據(jù)表采用四個延時采樣表，延時時間分別為10uS、50uS、 IOOuS和400uS。本實施例中，這四個延時時間為加載激勵電壓到釋放鉗位電壓的時間， 也可以選取其他時間間隔。每一個采樣表均有兩個子表，分別存儲正反激勵所獲得信號 數(shù)據(jù)；每個子表又具有三個采樣點數(shù)據(jù)。本實施例中采用三個采樣點，已經(jīng)能夠反映 充放電曲線的特性，也可以增多采樣點。所述標準數(shù)據(jù)表存儲于外部EEPROMO4C02) 中，可以通過PC機控制DSP芯片進行讀取、修改、寫入等。
經(jīng)過帶通濾波器的諧振特性信號，經(jīng)過一定延時，避開信號階躍的響應(yīng)延時， 進行定時采樣，由于DSP的轉(zhuǎn)換速度最快200nS以內(nèi)，采用定時器啟動AD轉(zhuǎn)換，這樣 可以基本保證采樣的等間隔時間，實現(xiàn)357K的采樣率，采樣點設(shè)定128點。使用1 點進行離散傅立葉變化(DFT)計算，可以獲取頻域上的幅值，由于需求壓電材料的頻率 比較單一，頻率有一定的容許范圍，所以選擇在容許頻率范圍25KHz-42KHz的頻率點計 算。根據(jù)頻率點對應(yīng)的電壓幅值大小可以判斷電路諧振頻率特性的優(yōu)劣，進而可以判斷 壓電材料的諧振特性的優(yōu)劣，從而區(qū)分壓電材料的好壞。
PC機通過串行通信接口與DSP芯片進行數(shù)據(jù)傳輸，發(fā)送命令或接受數(shù)據(jù)；該串 行通信接口為232或USB接口，優(yōu)選為USB接口。
對于信號檢測和處理過程中的一些重要參數(shù)信息以及測量結(jié)果可以輸出到與 DSP芯片相連的參數(shù)和結(jié)果顯示模塊中，本實施例中采用點陣液晶屏作為參數(shù)和結(jié)果顯 示模塊。
另外，本實施例中該系統(tǒng)還配備有激勵保護電路，用以防止被檢測物體的接口 短路、保護激勵源元器件以及釋放回路，用以釋放檢測負載電路上的電量。
本實施例中的激勵控制、信號檢測和處理過程可以概括如下
電源模塊提供的激勵電平經(jīng)激勵矩陣開關(guān)調(diào)控產(chǎn)生激勵信號，對被測物體施加 激勵；從被測物體的負載電容上提取充放電特性信號和諧振特性信號；該信號經(jīng)信號調(diào) 理電路調(diào)理后由模擬矩陣開關(guān)分別送入信號縮放電路和帶通濾波器進行處理；DSP芯片 采集該信號并進行AD轉(zhuǎn)換后進行數(shù)據(jù)處理。在DSP芯片內(nèi)，所測得的充放電特性信號 與標準充放電特性曲線進行比較，設(shè)定一定的容差，可以準確判斷壓電材料的激勵響應(yīng) 的充放電特性的好壞。對激勵響應(yīng)的諧振特性(LC特性)信號進行定時采樣，時域轉(zhuǎn)頻 域，在頻域處理諧振特性信號，并與所設(shè)定的參數(shù)進行比較可以準確判斷壓電材料的激 勵響應(yīng)的諧振特性(LC特性)的好壞。
本發(fā)明的另外一個實施例(實施例二)中，采用中央處理單元及數(shù)據(jù)采集和AD 轉(zhuǎn)換單元替代實施例一中的數(shù)字信號處理(DSP)芯片，實現(xiàn)所述數(shù)字信號處理(DSP)芯 片的全部功能。該實施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。該系統(tǒng)包括電源模塊、中央處 理單元、激勵矩陣開關(guān)、信號調(diào)理電路、模擬矩陣開關(guān)、帶通濾波器、信號縮放電路、數(shù)據(jù)采集和AD轉(zhuǎn)換單元、PC機、串行通信接口和數(shù)據(jù)表存儲單元；以及參數(shù)和結(jié)果顯 示模塊、電容負載、激勵保護電路和釋放回路。中央處理單元用于向激勵控制開關(guān)和模 擬矩陣開關(guān)發(fā)送控制命令，并且處理經(jīng)數(shù)據(jù)采集和AD轉(zhuǎn)換單元的信號；另外中央處理 單元還與PC機進行通信并讀取或修改數(shù)據(jù)表存儲單元中的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集和AD轉(zhuǎn)換單 元將從信號縮放電路采集到的充放電特性信號和從帶通濾波器采集到的諧振特性信號進 行AD轉(zhuǎn)換后送入中央處理單元進行數(shù)據(jù)處理。實施例二僅僅是用中央處理單元及數(shù)據(jù)采集和AD轉(zhuǎn)換單元來替代實施例一中的 數(shù)字信號處理(DSP)芯片，實現(xiàn)所述數(shù)字信號處理(DSP)芯片的全部功能。兩個實施例 中的其他部分及其連接關(guān)系、信號處理方式和原理等都是一樣的，在此不再重復(fù)闡述。在不偏離 本發(fā)明的精神和范圍的情況下還可以構(gòu)成許多有很大差別的實施例。 應(yīng)當理解，除了如所附的權(quán)利要求所限定的，本發(fā)明不限于在說明書中所述的具體實施 例。
權(quán)利要求
1.一種壓電材料檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述壓電材料檢測系統(tǒng)包括電源模塊、中 央處理單元、激勵矩陣開關(guān)、信號調(diào)理電路、模擬矩陣開關(guān)、帶通濾波器、信號縮放電 路、數(shù)據(jù)采集和AD轉(zhuǎn)換單元、PC機、串行通信接口、數(shù)據(jù)表存儲單元；電源模塊分別與中央處理單元和激勵矩陣開關(guān)相連，分別提供工作電源和激勵電平；中央處理單元分別與激勵矩陣開關(guān)和模擬矩陣開關(guān)相連，向激勵矩陣開關(guān)和模擬矩 陣開關(guān)發(fā)出控制命令，中央處理單元與數(shù)據(jù)采集和AD轉(zhuǎn)換單元相連，處理數(shù)據(jù)采集和 AD轉(zhuǎn)換單元所采集的數(shù)據(jù)；激勵矩陣開關(guān)與電源模塊相連，用以將激勵電平轉(zhuǎn)換成激勵信號，并通過激勵通道 將激勵信號傳送到被檢測物體，同時實現(xiàn)通道切換；信號調(diào)理電路與被檢測物體相連，對激勵信號作用于被檢測物體后產(chǎn)生的檢測信號 進行電壓跟隨、限制幅度，并增強信號驅(qū)動；模擬矩陣開關(guān)與信號調(diào)理電路相連，將來自信號調(diào)理電路的不同信號傳送至不同的 后端電路，實現(xiàn)不同特性的檢測；帶通濾波器與信號縮放電路分別與模擬矩陣開關(guān)相連，分別處理不同的檢測信號， 帶通濾波器，對諧振信號進行低頻、高頻濾波，并同時帶有信號縮放功能，信號縮放電 路為阻抗信號檢測做準備，實現(xiàn)信號的線性放大或縮??；數(shù)據(jù)采集和AD轉(zhuǎn)換單元分別與帶通濾波器與信號縮放電路相連，采集經(jīng)過處理的信 號并將信號進行AD轉(zhuǎn)換后送入中央處理單元進行處理；PC機通過串行通信接口與中央處理單元進行數(shù)據(jù)傳輸，發(fā)送命令或接受數(shù)據(jù)； 數(shù)據(jù)表存儲單元與中央處理單元相連，存放標準數(shù)據(jù)表，PC機發(fā)送指令控制中央處 理單元可以修改數(shù)據(jù)表存儲單元中的數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的壓電材料檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述壓電材料檢測系統(tǒng)還包 括與中央處理單元相連的參數(shù)和結(jié)果顯示模塊，顯示參數(shù)信息和測量結(jié)果。
3.如權(quán)利要求1所述的壓電材料檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述壓電材料檢測系統(tǒng)還包 括電容負載。
4.如權(quán)利要求3所述的壓電材料檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述電容為100P。
5.如權(quán)利要求1所述的壓電材料檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述壓電材料檢測系統(tǒng)還包 括激勵保護電路，防止被檢測物體的接口短路、保護激勵源元器件。
6.如權(quán)利要求1所述的壓電材料檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述壓電材料檢測系統(tǒng)還包 括釋放回路，釋放檢測電路上的電量。
7.如權(quán)利要求1所述的壓電材料檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述電源模塊提供兩種激勵 電平，一種為35V至50V，另一種為-IV至-5V。
8.如權(quán)利要求1所述的壓電材料檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述信號調(diào)理電路為運算放 大器組建的電壓跟隨器。
9.如權(quán)利要求1所述的壓電材料檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述帶通濾波器由四階巴特 沃斯低通濾波器和四階巴特沃斯高通濾波器組成。
10.如權(quán)利要求1所述的壓電材料檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述串行通信接口為232 或 USB。
11.如權(quán)利要求1所述的壓電材料檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)表存儲單元為 EEPROM存儲器件。
12.—種壓電材料檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述壓電材料檢測系統(tǒng)包括電源模塊、 DSP芯片、激勵矩陣開關(guān)、信號調(diào)理電路、模擬矩陣開關(guān)、帶通濾波器、信號縮放電 路、PC機、串行通信接口、數(shù)據(jù)表存儲單元；電源模塊分別與DSP芯片和激勵矩陣開關(guān)相連，分別提供工作電源和激勵電平； DSP芯片分別與激勵矩陣開關(guān)和模擬矩陣開關(guān)相連，向激勵矩陣開關(guān)和模擬矩陣開 關(guān)發(fā)出控制命令，DSP芯片分別與帶通濾波器與信號縮放電路相連，采集經(jīng)過處理的信 號并將信號進行AD轉(zhuǎn)換后進行數(shù)據(jù)處理；激勵矩陣開關(guān)與電源模塊相連，用以將激勵電平轉(zhuǎn)換成激勵信號，并通過激勵通道 將激勵信號傳送到被檢測物體，同時實現(xiàn)通道切換；信號調(diào)理電路與被檢測物體相連，對激勵信號作用于被檢測物體后產(chǎn)生的檢測信號 進行電壓跟隨、限制幅度，并增強信號驅(qū)動；模擬矩陣開關(guān)與信號調(diào)理電路相連，將來自信號調(diào)理電路的不同信號傳送至不同的 后端電路，實現(xiàn)不同特性的檢測；帶通濾波器與信號縮放電路分別與模擬矩陣開關(guān)相連，分別處理不同的檢測信號， 帶通濾波器，對諧振信號進行低頻、高頻濾波，并同時帶有信號縮放功能，信號縮放電 路為阻抗信號檢測做準備，實現(xiàn)信號的線性放大或縮??；PC機通過串行通信接口與DSP芯片進行數(shù)據(jù)傳輸，發(fā)送命令或接受數(shù)據(jù)； 數(shù)據(jù)表存儲單元與DSP芯片相連，存放標準數(shù)據(jù)表，PC機發(fā)送指令控制DSP芯片可 以修改數(shù)據(jù)表存儲單元中的數(shù)據(jù)。
13.如權(quán)利要求12所述的壓電材料檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述壓電材料檢測系統(tǒng)還 包括與DSP芯片相連的參數(shù)和結(jié)果顯示模塊，顯示參數(shù)信息和測量結(jié)果。
14.如權(quán)利要求12所述的壓電材料檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述壓電材料檢測系統(tǒng)還 包括電容負載。
15.如權(quán)利要求14所述的壓電材料檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述電容為100P。
16.如權(quán)利要求12所述的壓電材料檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述壓電材料檢測系統(tǒng)還 包括激勵保護電路，防止被檢測物體的接口短路、保護激勵源元器件。
17.如權(quán)利要求12所述的壓電材料檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述壓電材料檢測系統(tǒng)還 包括釋放回路，釋放檢測電路上的電量。
18.如權(quán)利要求12所述的壓電材料檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述電源模塊提供兩種激 勵電平，一種為35V至50V，另一種為-IV至-5V。
19.如權(quán)利要求12所述的壓電材料檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述信號調(diào)理電路為運算 放大器組建的電壓跟隨器。
20.如權(quán)利要求12所述的壓電材料檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述帶通濾波器由四階巴 特沃斯低通濾波器和四階巴特沃斯高通濾波器組成。
21.如權(quán)利要求12所述的壓電材料檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述串行通信接口為232 或 USB。
22.如權(quán)利要求12所述的壓電材料檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)表存儲單元為EEPROM存儲器件。
全文摘要
一種壓電材料檢測系統(tǒng)，包括電源模塊、DSP芯片、激勵矩陣開關(guān)、信號調(diào)理電路、模擬矩陣開關(guān)、帶通濾波器、信號縮放電路、PC機、串行通信接口、數(shù)據(jù)表存儲單元；或者用中央處理單元及數(shù)據(jù)采集和AD轉(zhuǎn)換單元來替代DSP芯片，實現(xiàn)DSP芯片的全部功能。該系統(tǒng)通過檢測電路中激勵響應(yīng)的充放電特性和諧振特性(LC特性)來反映壓電材料的特性，并且與所設(shè)定的標準值進行比較，從而選取滿足預(yù)定要求的壓電材料。該系統(tǒng)采用數(shù)字化方式，利用高速數(shù)據(jù)采集提高對充放電特性信號的采樣密集度，從而提高選取的成功率；對諧振特性信號進行定時采樣，DFT變換使時域轉(zhuǎn)頻域，在頻域處理諧振特性信號有利于靈活地去除干擾成分，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
文檔編號G01R29/22GK102023263SQ200910195708
公開日2011年4月20日 申請日期2009年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月15日
發(fā)明者陶洪平 申請人:無錫華潤矽科微電子有限公司