[發(fā)明專利]納米精度金屬線脹系數(shù)測量系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110424315.5
• 申請日: 2011-12-16
• 公開（公告）號: CN102495099A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 譚興文
• 申請（專利權(quán)）人: 西南大學(xué)
• 主分類號: G01N25/16
• 分類號: G01N25/16;G01B11/16
• 代理公司: 重慶華科專利事務(wù)所 50123
• 代理人: 康海燕

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬熱膨脹測量技術(shù)領(lǐng)域，，具體涉及金屬線脹系數(shù)高精度測量系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

“熱脹冷縮”是許多物體都具有的特性，是由于物體內(nèi)部分子熱運(yùn)動(dòng)加劇或減弱從而使物質(zhì)分子平均艱巨變大或變小造成的，熱膨脹雖然不大，但可以產(chǎn)生很大的應(yīng)力。因此，在工程設(shè)計(jì)，機(jī)械制造，材料加工等過程中都要充分考慮。一般情況，固體在各個(gè)方向上的膨脹規(guī)律相同，因此可以用固體在一個(gè)方向上的線膨脹規(guī)律來表征它的體膨脹。國內(nèi)現(xiàn)有的檢測方法一般是通過千分尺、傳統(tǒng)的光杠桿等工具進(jìn)行目測，這些方法不僅效率低，而且誤差大。本方明提出一種基于光杠桿原理和PSD位置敏感傳感器的固體材料線脹系數(shù)測量方法，該系統(tǒng)對微小位移進(jìn)行多級放大，利用NI公司的LabVIEW圖形編程環(huán)境進(jìn)行軟件開發(fā)，界面簡潔，易于操作。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與傳統(tǒng)檢測方法相比，該方法檢測速度快、精度高、可靠性強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對黃銅、實(shí)驗(yàn)用鐵、實(shí)驗(yàn)用鋁和紫銅的線脹系數(shù)進(jìn)行了測量，重復(fù)測量精度達(dá)到納米數(shù)量級。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種精確測量金屬線脹系數(shù)測量系統(tǒng)，能對固體材料的線脹系數(shù)進(jìn)行精確地測量，為研究固體材料的性能提供科學(xué)依據(jù)。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種納米精度金屬線脹系數(shù)測量系統(tǒng)，包括光杠桿測微系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)和溫度采集系統(tǒng)以及虛擬平臺，其特征在于：

所述溫度采集系統(tǒng)包括熱電偶和信號調(diào)理板，通過所述熱電偶檢測被測金屬的溫度信號，信號調(diào)理板的輸入端與所述熱電偶輸出端相連，將熱電偶所檢測的溫度信號進(jìn)行放大；所述信號調(diào)理板的輸出端連接數(shù)據(jù)采集卡的輸入端；

通過光杠桿測微系統(tǒng)測量被測金屬的位移伸長量信號，所述光杠桿測微系統(tǒng)的輸出端與信號處理電路的輸入端相連，所述信號處理電路的輸出端與數(shù)據(jù)采集卡的輸入端相連，所述信號處理電路將抑制光杠桿測微系統(tǒng)中PSD位置敏感傳感器背景光和暗電流的影響，對位移伸長量信號進(jìn)行濾波和放大，處理后的位移伸長量電信號上送至所述數(shù)據(jù)采集卡；

所述數(shù)據(jù)采集卡將采集的待測金屬的所述位移伸長量信號、待測金屬的溫度信號上傳至虛擬平臺，在所述虛擬平臺中根據(jù)待測金屬的溫度和位移伸長量進(jìn)行金屬線脹系數(shù)計(jì)算；

所述虛擬平臺還通過所述數(shù)據(jù)采集卡向所述溫度控制系統(tǒng)發(fā)送控制信號，通過所述溫度控制系統(tǒng)中的可控硅觸發(fā)板接收該控制信號，控制控制可控硅的導(dǎo)通和截止進(jìn)而控制待測金屬的加熱溫度。

進(jìn)一步，本發(fā)明的所述虛擬平臺優(yōu)選包括信號采集顯示模塊、數(shù)據(jù)保存、PID調(diào)節(jié)模塊、數(shù)據(jù)處理模塊。所述信號采集顯示模塊包括位移信號采集顯示模塊、溫度信號采集顯示模塊，信號采集顯示模塊的輸入端與信號采集卡PCL-1716的的輸出端相連，信號采集顯示模塊的輸出端與數(shù)據(jù)保存及PID調(diào)節(jié)模塊的輸入端相連，數(shù)據(jù)保存的輸出端與數(shù)據(jù)處理模塊的輸入端相連，PID調(diào)節(jié)模塊的輸出端通過所述數(shù)據(jù)采集卡與溫控系統(tǒng)的輸入端相連。

PID調(diào)節(jié)模塊的功能是系統(tǒng)溫度的設(shè)定與準(zhǔn)確控制。數(shù)據(jù)采集顯示模塊實(shí)現(xiàn)溫度信號和微小伸長量的采集與適時(shí)顯示，它得到的當(dāng)前溫度值可調(diào)用到PID控制模塊，以實(shí)現(xiàn)溫度的反饋，通過該模塊可以直觀看到溫度和位移的變化規(guī)律。數(shù)據(jù)處理模塊的功能是提取保存的溫度、位移數(shù)據(jù)運(yùn)用最小二乘法進(jìn)行線性擬合求得位移隨溫度的變化率，最后再求出物體的膨脹系數(shù)。

本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn)：能設(shè)定和控制待測金屬材料的溫度，并對金屬材料的線脹系數(shù)進(jìn)行高精度的測定，檢測速度快、精度非常高、可靠性強(qiáng)、形象直觀，操作簡單。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的光杠桿測微系統(tǒng)原理圖；

圖2是本發(fā)明的PSD測量原理圖；

圖3是本發(fā)明的測量系統(tǒng)方框圖；

圖4是本發(fā)明的虛擬平臺系統(tǒng)方框圖；

圖5是本發(fā)明的工作中的虛擬儀器界面。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。固體的長度一般隨溫度的升高而增加，設(shè)固體的溫度由t變化到t+dt時(shí)，其長度由L變化到L+dl，當(dāng)溫度變化dt足夠小時(shí)，長度微小變化量dL與溫度變化dt及原長L成正比，即