一種快速自修復材料的固化設備用溫控系統的製作方法

2023-06-08 22:33:21 2

本發明涉及一種控制系統，具體的說，是一種快速自修復材料的固化設備用溫控系統。

背景技術：

自修復型材料屬於智能材料的一類，仿照生物體損傷自癒合的功能，通過材料內部的自診斷和自響應機制，及時修復材料在成型加工或使用過程產生的微小裂紋，避免其進一步擴展。近年來本課題組針對結構用自修復型材料的強度恢復問題，綜合利用高分子化學、高分子物理、材料力學等學科的理論和方法，設計、合成了一系列固態外植型和本徵型自修復材料。而固態外植型和本徵型自修復材料的自修復的性能的好壞則取決於自修復材料的固化質量，

然而，現有的自修復材料的固化設備多採用機械式的恆溫器作為固化設備的溫控系統。可是這種機械式的恆溫器的溫控開關為雙金屬彈片，該雙金屬彈片在高溫中長期工作易變形，即恆溫器對固化設備的固化溫度控制時易出現誤差，導致固化設備的固化溫度與自修復材料所需的固化溫度不一致，致使自修復材料的固化質量差，從而嚴重的影響了自修復材料的使用效果。

技術實現要素：

本發明的目的在於克服現有的自修復材料固化設備採用的溫控系統對溫度控制的準確性較差的缺陷，提供的一種快速自修復材料的固化設備用溫控系統。

本發明通過以下技術方案來實現：一種快速自修復材料的固化設備用溫控系統，主要由微處理器，均與微處理器相連接的溫度採集處理系統、數據存儲模塊、顯示屏、繼電器和報警器，以及與數據存儲模塊相連接的數據錄入器組成；所述數據存儲模塊還與顯示屏相連接；所述溫度採集處理系統由電源模塊mk，以及均與電源模塊mk相連接的溫度傳感器、信號濾波電路、信號放大器、信號頻率調理電路、ad轉換器和數位訊號濾波器組成；所述信號頻率調理電路由輸入端與信號放大器相連接的信號增益調節電路，和輸入端與信號增益調節電路輸出端相連接的諧波抑制電路組成；所述諧波抑制電路的輸出端與ad轉換器相連接。

進一步的，所述信號濾波電路由放大器p1，三極體vt，正極與放大器p1的正極相連接、負極與溫度傳感器相連接的極性電容c1，一端與極性電容c1的正極相連接、另一端與電源模塊mk相連接的電阻r1，一端與放大器p1的正極相連接、另一端接地的電阻r2，一端與放大器p1的正極相連接、另一端與放大器p1的輸出端相連接的電阻r3，正極與放大器p1的正極相連接、負極與放大器p1的輸出端相連接的極性電容c2，p極與放大器p1的負極相連接、n極經電阻r4後與三極體vt的基極相連接的二極體d，正極與三極體vt的集電極相連接、負極接地的極性電容c3，正極與放大器p1的輸出端相連接、負極經電阻r5後與三極體vt的發射極相連接的極性電容c4，以及一端與放大器p1的輸出端相連接、另一端作為信號濾波電路的輸出端並與信號放大器相連接的電阻r6組成；所述放大器p1的正電極與電源模塊mk相連接，該放大器p1的負電極接地。

為了對信號的頻率和帶寬進行調節，使信號更穩定、更平穩，所述信號增益調節電路由放大器p2，一端與放大器p2的正極相連接、另一端與信號放大器相連接的電阻r7，正極與放大器p2的負極相連接、負極接地的極性電容c5，負極與放大器p2的輸出端相連接、正極經可調電阻r8後與極性電容c5的負極相連接的極性電容c6，以及串接在極性電容c6的正極與負極之間的電阻r9組成；所述放大器p2的輸出端作為信號增益調節電路的輸出端並與諧波抑制電路相連接。

所述諧波抑制電路由放大器p3，負極接地、正極順次經電阻r10和電阻r11後與放大器p3的正極相連接的極性電容c7，負極與放大器p2的輸出端相連接、正極經電阻r12後與放大器p3的負極相連接的極性電容c8，負極與極性電容c8的正極相連接、正極與放大器p3的正極相連接的極性電容c9，以及一端與放大器p3的負極相連接、另一端接地的電阻r13組成；所述極性電容c7的正極與極性電容c8的負極相連接；所述放大器p3的輸出端作為諧波抑制電路的輸出端並與ad轉換器相連接。

本發明與現有技術相比，具有以下優點及有益效果：

(1)本發明通過溫度採集處理系統對自修復材料的固化設備的固化箱內的溫度進行採集，該溫度採集處理系統並能對溫度信號進行很好的處理，使型號更穩定、更準確，從而確保了自修復材料的固化設備對自修復材料的固化質量。

(2)本發明的溫度採集處理系統設置了能對溫度信號中的無用電流信號進行消除或抑制的信號濾波電路，從而提高了微處理器接收的信號的準確性有效的提高了本發明對自修復材料的固化設備的固化溫度控制的準確性。

(3)本發明的溫度採集處理系統還設置了信號頻率調理電路，該信號頻率調理電路能對信號中的高頻幹擾諧波進行消除或抑制，該電路並能對信號中的低頻信號進行相位補償，使信號頻率段的相位變化更平緩。

附圖說明

圖1為本發明的整體框圖。

圖2為本發明的溫度採集處理系統的整體框圖。

圖3為本發明的信號濾波電路的電路結構示意圖。

圖4為本發明的信號頻率調理電路的電路結構示意圖。

具體實施方式

下面結合實施例及其附圖對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實施方式不限於此。

實施例

如圖1所示，本發明主要由微處理器，均與微處理器相連接的溫度採集處理系統、數據存儲模塊、顯示屏、繼電器和報警器，以及與數據存儲模塊相連接的數據錄入器組成；所述數據存儲模塊還與顯示屏相連接。

具體的，該微處理器採用了at89c51單片機來實現，該單片機的p1管腳與數據存儲模塊相連接，p3管腳與顯示屏相連接，p1.4管腳與報警器相連接，p0管腳與溫度採集處理系統相連接，p1.5管腳與繼電器相連接，vcc管腳與電源相連接。本發明的電源為12v直流電壓，該12v直流電壓給整個系統供電。其中，繼電器採用了美格爾生產的mgr-1d4860型單相固態繼電器，該繼電器的環境溫度為-30℃～+75℃，其使用壽命較長。該繼電器與固化設備的加熱器的加熱管的電極端電連接。所述的顯示屏則用於對實際溫度和存儲溫度的顯示，以便於操作者能更好的了解固化設備對自修復材料的固化情況。

其中，所述的溫度採集處理系統的溫度傳感器內的熱電偶的阻值能隨著固化腔內溫度的變化而變化，即溫度傳感器輸出的信號能隨著固化腔內溫度的變化而變化，並且該溫度採集處理系統能對信號中的無用電流信號進行消除或抑制，並能對信號的頻率和帶寬進行調節，使信號更穩定、更平穩。該溫度採集處理系統並將處理後的信號傳輸給微處理器。該微處理器將接收的信號轉換為數據信號，微處理器內的數據識別器對數據信號進行處理後得到一個溫度值，微處理器內的比較器將得到的溫度值與數據存儲模塊內存儲的溫度值進行比對。本發明的存儲模塊採用了澤耀科技公司生產的as01-ml01dp3存儲模塊，該存儲模塊內預存有自修復材料固化所需的溫度值。自修復材料固化所需的溫度值則是通過數據錄入器後存儲到存儲模塊內的，該數據錄入器為上海益華電腦研究所與美國super--r公司合作研製ht-1型電子數據錄入器，該數據錄入器的數據分解速度快、準確。

運行時，接通電源時溫度控制系統得電，微處理器輸出控制電流給繼電器，繼電器的常閉觸點為閉合狀態，固化設備的加熱器得電，加熱器為固化設備的固化腔內的空氣加熱。當溫度採集處理系統傳輸的信號經微處理器處理後得得得的溫度值與存儲模塊內預存的溫度值相同時，微處理器則停止輸出控制電流給繼電器，繼電器失電釋放，繼電器的常閉觸點斷開，固化設備的加熱器失電，加熱器停止加熱，使固化設備的固化腔內的熱空氣的溫度不再升高，此時，固化設備的固化腔內的熱空氣的溫度與存儲模塊內預存的溫度值一致，從而使固化設備的固化腔內的溫度能很好的保持在自修復材料固化所需的溫度值內，很好的提高了自修復材料固化的質量。

如圖2所示，所述溫度採集處理系統由電源模塊mk，以及均與電源模塊mk相連接的溫度傳感器、信號濾波電路、信號放大器、信號頻率調理電路、ad轉換器和數位訊號濾波器組成。其中，所述電源模塊mk本發明優先採用了廣州中逸科技有限公司的78xx系列的電源模塊，該電源模塊mk的輸出電壓為12v，其電源模塊mk為溫度採集處理系統供電。

實施時，該溫度傳感器採用了上海琴都智慧科技公司生產的km37v-10-05型溫度傳感器，該溫度傳感器設置在固化設備的固化箱內壁上，用於對固化箱內的溫度進行監測，該溫度傳感器並將監測到的溫度信號傳輸給信號濾波電路。該信號濾波電路如圖3所示，其由放大器p1，三極體vt，正極與放大器p1的正極相連接、負極與溫度傳感器相連接的極性電容c1，一端與極性電容c1的正極相連接、另一端與電源模塊mk相連接的電阻r1，一端與放大器p1的正極相連接、另一端接地的電阻r2，一端與放大器p1的正極相連接、另一端與放大器p1的輸出端相連接的電阻r3，正極與放大器p1的正極相連接、負極與放大器p1的輸出端相連接的極性電容c2，p極與放大器p1的負極相連接、n極經電阻r4後與三極體vt的基極相連接的二極體d，正極與三極體vt的集電極相連接、負極接地的極性電容c3，正極與放大器p1的輸出端相連接、負極經電阻r5後與三極體vt的發射極相連接的極性電容c4，以及一端與放大器p1的輸出端相連接、另一端作為信號濾波電路的輸出端並與信號放大器相連接的電阻r6組成；所述放大器p1的正電極與電源模塊mk相連接，該放大器p1的負電極接地。

具體的，該放大器p1為用於對信號中的無用信號進行放大的op364型放大器，以便於後面的電路對信號中的微弱無用信號頻率進行消除或抑制。該電阻r1和電阻r2均為2.3m的分壓電阻，電阻r3為100kω的限流電阻，電阻r4的阻值為470kω，電阻r5的阻值為220kω，且該電阻r4和電阻r5均為限流電阻，極性電容c1和極性電容c2以及極性電容c3均為0.1μf的退耦電容，極性電容c4的容值為100μf，二極體d為1n4013的二極體，三極體vt為3ax81的三極體。其中，該三極體vt、二極體d、極性電容c4、電阻r4和電阻r5形成了反饋限制器，該反饋限制器用於對放大器p1放大後的信號的電流進行限制，並將電流信號反饋給極性電容c2和電阻r3形成的濾波器進行濾波，從而使信號濾波電路實現了對溫度傳感器輸出的信號中的無用信號頻率進行有效的消除或抑制。

同時，信號濾波電路將濾波處理後的信號傳輸給信號放大器。該信號放大器優先採用了深圳市瀚芯龍科技公司的型號為lm2904dr的雙通運算放大器，該放大器對濾波後的混頻信號的帶寬進行放大，使輸出信號與採樣信號一致，信號放大器則將處理後的信號傳輸給信號頻率調理電路。該信號頻率調理電路如圖4所示，其由信號增益調節電路和諧波抑制電路組成。其中，所述信號增益調節電路由放大器p2，一端與放大器p2的正極相連接、另一端與信號放大器相連接的電阻r7，正極與放大器p2的負極相連接、負極接地的極性電容c5，負極與放大器p2的輸出端相連接、正極經可調電阻r8後與極性電容c5的負極相連接的極性電容c6，以及串接在極性電容c6的正極與負極之間的電阻r9組成；所述放大器p2的輸出端作為信號增益調節電路的輸出端並與諧波抑制電路相連接。

具體的，該放大器p2為op27型的運算放大器，電阻r7為用於輸入阻抗的12kω電阻，可調電阻r8的阻值為0～1m，電阻r9的阻值為4.7m，極性電容c5為1μf充分電容，極性電容c6為0.1μf的濾波電容。其中，可調電阻r8和電阻r9為放大器p2的負反饋電阻，其將放大器p2輸出端的電壓反饋回放大器p2的輸入端與輸入信號進行相減，從而限制放大器p2的對信號頻率的增益，穩定了放大器p2的工作點，防止放大器p2進入截止或飽和導通的非工作狀態，而改變可調電阻r8的阻值則可得到所需的信號頻率增益點。因此，信號增益調節電路實現了對信號頻率的增益控制。

同時，經信號增益調節電路對信號頻率增益控制後的信號被傳輸給諧波抑制電路，該諧波抑制電路如圖4所示，其由放大器p3，負極接地、正極順次經電阻r10和電阻r11後與放大器p3的正極相連接的極性電容c7，負極與放大器p2的輸出端相連接、正極經電阻r12後與放大器p3的負極相連接的極性電容c8，負極與極性電容c8的正極相連接、正極與放大器p3的正極相連接的極性電容c9，以及一端與放大器p3的負極相連接、另一端接地的電阻r13組成；所述極性電容c7的正極與極性電容c8的負極相連接；所述放大器p3的輸出端作為諧波抑制電路的輸出端並與ad轉換器相連接。

具體的，該放大器p3為op27型運算放大器，該放大器p3用於對輸出信號的頻率進行放大；電阻r10的阻值為100kω，電阻r11的阻值為470kω，且電阻r10和電阻r11均為高阻抗電阻；電阻r12為10kω的負反饋電阻，電阻r13為120kω的限流電阻；極性電容c7的容值為10μf，極性電容c8和極性電容c9均為0.1μf的濾波電容。其中，極性電容c8、極性電容c9、電阻r10和電阻r11形成了低通濾波網，該低通濾波網可以很好的去除信號中的高頻幹擾諧波。放大器p3和電阻r12形成了頻率補償器，該頻率補償器能對輸出的有效信號中的低頻信號進行相位補償，使信號頻率段的相位變化更平緩，很好的防止了信號的波形發生畸變，從而使輸出信號更穩定、更準確。

同時，信號增益調節電路將調理後的信號傳輸給ad轉換器。該ad轉換器本發明優先採用了深圳科勝德電子科技公司生產的ad9280ars型ad轉換器，ad轉換器對溫度傳感器所傳輸的電流信號進行處理後將其轉換為數據信號，ad轉換器將轉換後的數據信號傳輸給數位訊號濾波器。該數位訊號濾波器對輸入的數位訊號中的幹擾信號進行消息或抑制，使溫度採集處理系統輸出的數位訊號更準確，從而通過了本發明對自修復材料的固化設備的固化溫度控制的準確性。

按照上述實施例，即可很好的實現本發明。