一種用於低頻力學譜測試儀的自動調零裝置的製作方法
2023-04-28 04:50:11 2
本發明涉及低頻力學譜測試領域，特指一種用於低頻力學譜測試儀的自動調零裝置。
背景技術：
低頻力學譜測試儀是研究材料力、電、磁等特性的重要儀器，可以探測材料的內部結構、缺陷和位錯，研究晶界或相界面的運動規律。
目前，國內使用的低頻力學譜測試儀一般都是自行研製的，如蘇州市職業大學現代測試技術研究所曾於2004年研製了lma-1型低頻力學譜測試儀；該測試儀利用豎擺杆上的平面鏡將試樣的振動轉換成平行光斑的位移，並通過光電變換器上兩塊差動連接的矽光電池將光斑的位移轉換成電壓信號，由上位機進行數據採集，從而測得試樣的力學譜；但是在測試過程中光斑容易偏離零位，導致光斑隨試樣振動時可能出現其中一塊矽光電池照射不到光線而造成測試失敗；現有解決方法都是通過上位機驅動絲杆螺母傳動機構控制光電變換器的位置，不斷調整使其回歸零位，由於通過上位機對光電變換器的位置進行調整，一方面增加了上位機的工作任務，另一方面通過絲杆螺母傳動機構需要不斷往復調整，存在位置調整過度，導致調整時間較長，影響了材料的整個測試過程，甚至導致一些重要數據丟失。
技術實現要素：
本發明目的是為了克服現有技術的不足而提供一種用於低頻力學譜測試儀的自動調零裝置，不需要上位機控制，便能夠快速使光電變換器歸零，且具有自鎖和微調功能。
為達到上述目的，本發明採用的技術方案是：一種用於低頻力學譜測試儀的自動調零裝置，包含底座、設置在底座上的機架、設置在機架上可水平滑動的光電變換器、設置在底座上通過步進電機驅動帶動光電變換器滑動的同步帶傳動機構、用於採集光電變換器信號控制步進電機動作的調零電路；所述調零電路包括兩組設置在光電變換器上均採用差動連接的矽光電池組、儀用放大器、減法器、過零比較器、雙極性v/f轉換器、與步進電機線連接的步進電機細分驅動器；所述其中一組矽光電池組與儀用放大器連接後連至上位機,用於採集光斑振動信號，經儀用放大器放大後傳送至上位機中，另一組矽光電池組與減法器連接後分為兩路，用於光電變換器的快速調零，一路接入過零比較器後連至步進電機細分驅動器，用於控制步進電機的轉向，另一路接入雙極性v/f轉換器後連至步進電機細分驅動器，用於控制步進電機的轉速。
優選的，所述調零電路還包括整流電橋、比較器、電子開關a；所述減法器的輸出端分為兩路，其中一路接入電子開關a後分別與過零比較器和雙極性v/f轉換器連接，另一路依次與整流電橋、比較器連接後連至電子開關a，用於反饋信號，根據電壓差判斷電路通斷；所述比較器的輸入端還連接有基準電壓。
優選的，所述調零電路還包括電子開關b、電子開關c；所述電子開關b和電子開關c均通過上位機控制，其中電子開關b接在過零比較器和步進電機細分驅動器之間，電子開關c接在雙極性v/f轉換器和步進電機細分驅動器之間。
優選的，所述機架包括兩根豎直設置在底座兩端的支架、兩根水平放置的導軌；所述每根導軌的兩端均通過滑塊可上下滑動設置在兩根支架上；所述光電變換器可滑動的設置在兩根導軌上。
優選的，所述同步帶傳動機構包括分別設置在底座上的同步主動齒輪和同步從動齒輪、繞過同步主動齒輪和同步從動齒輪驅動光電變換器滑動的同步帶；所述步進電機與同步主動齒輪通過聯軸器連接。
優選的，所述光電變換器與同步帶通過螺釘連接或卡扣連接或粘接。
由於上述技術方案的運用，本發明與現有技術相比具有下列優點：
本發明所述的用於低頻力學譜測試儀的自動調零裝置通過一組矽光電池組採集光斑振動信號傳送至上位機，另一組矽光電池組用於採集光斑位置，通過過零比較器控制步進電機的轉向，通過雙極性v/f轉換器控制步進電機的轉數，能驅動光電變換器快速調零，大大節省調整時間；且通過步進電機細分驅動器控制步進電機，能使步進電機在較小的步進距角下運行，保證光電變換器的調零更加精確，運行更為穩定；並且步進電機具有自鎖功能，能有效鎖定光電變換器的位置，防止光電變換器在測量過程中位置偏移。
附圖說明
下面結合附圖對本發明技術方案作進一步說明：
附圖1為本發明所述的用於低頻力學譜測試儀的自動調零裝置的結構示意圖；
附圖2為本發明所述的用於低頻力學譜測試儀的自動調零裝置中調零電路的電路圖。
其中：1、底座；2、同步主動齒輪；3、矽光電池組；4、光電變換器；5、導軌；6、滑塊；7、支架；8、同步從動齒輪；9、同步帶；10、步進電機；11、儀用放大器；12、上位機；13、減法器；14、電子開關a；15、過零比較器；16、電子開關b；17、步進電機細分驅動器；18、整流電橋；19、基準電壓；20、比較器；21、雙極性v/f轉換器；22、電子開關c。
具體實施方式
下面結合附圖及具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。
附圖1-2為本發明所述的用於低頻力學譜測試儀的自動調零裝置，包含底座1、設置在底座1上的機架、設置在機架上可水平滑動的光電變換器4、設置在底座1上通過步進電機10驅動帶動光電變換器4滑動的同步帶傳動機構、用於採集光電變換器4信號控制步進電機10動作的調零電路；所述調零電路包括兩組設置在光電變換器4的矽光電池組3、儀用放大器11、減法器13、過零比較器15、雙極性v/f轉換器21、整流電橋18、比較器20、電子開關a14、電子開關b16、電子開關c22、與步進電機10線連接的步進電機細分驅動器17；所述其中一組矽光電池組3包括採用差動連接的矽光電池a和矽光電池b，與儀用放大器11連接後連至上位機12,用於採集光斑振動信號，經儀用放大器11放大後傳送至上位機12中，另一組矽光電池組3包括採用差動連接的矽光電池c和矽光電池d，與減法器13連接後分為兩路，用於光電變換器4的快速調零，一路接入過零比較器15後連至步進電機細分驅動器17的dir輸入端，用於控制步進電機10的轉向，另一路接入雙極性v/f轉換器21後連至步進電機細分驅動器17的cp端，用於控制步進電機10的轉速；所述減法器13的輸出端分為兩路，其中一路接入電子開關a14後分別與過零比較器15和雙極性v/f轉換器21連接，另一路依次與整流電橋18、比較器20連接後連至電子開關a14，用於反饋信號，根據電壓差判斷電路通斷；所述比較器20的輸入端還連接有基準電壓19；所述電子開關b16和電子開關c22均通過上位機12控制，其中電子開關b16接在過零比較器15和步進電機細分驅動器17之間，電子開關c22接在雙極性v/f轉換器21和步進電機細分驅動器17之間，便於上位機12控制步進電機10動作；所述機架包括兩根豎直設置在底座1兩端的支架7、兩根水平放置的導軌5；所述每根導軌5的兩端均通過滑塊6可上下滑動設置在兩根支架7上；所述光電變換器4可滑動的設置在兩根導軌5上；所述同步帶傳動機構包括分別設置在底座1上的同步主動齒輪2和同步從動齒輪8、繞過同步主動齒輪2和同步從動齒輪8驅動光電變換器4滑動的同步帶9；所述步進電機與同步主動齒輪2通過聯軸器連接；所述光電變換器4與同步帶9通過螺釘連接或卡扣連接或粘接。
使用時：當低頻力學譜測試儀進行力學譜測試時，首先應根據測試材料的不同，調整基準電壓19；當一次測試完成後，上位機12將對豎擺杆進行剎車控制，在剎車完成後，上位機12將發送一個控制信號到快速自動調零裝置，使電子開關b16和電子開關c22閉合；此時，若光斑位置偏離零位，則矽光電池c和矽光電池d的光線照射面積不同，矽光電池c和矽光電池d輸出差動電壓，由減法器13進行減法運算並放大，經整流電橋18轉換成單極性正電壓後，通過比較器20與基準電壓19比較；當小於基準電壓19時，光斑偏離在正常範圍內，光電變換器4不需要進行位置調整，則比較器20輸出為0，電子開關a14不閉合，反之當大於基準電壓19時，比較器20輸出為邏輯1，使電子開關a14閉合，分成兩路，一路接過零比較器15生成步進電機的轉動方向控制信號，使步進電機驅動同步帶9帶動光電變換器4朝減少矽光電池c和矽光電池d電壓差的方向轉動；另一路由雙極性v/f轉換器21生成步進電機驅動脈衝，當矽光電池c和矽光電池d的電壓差越大，脈衝的頻率越高，步進電機轉速越快，光電變換器4的移動越快，能迅速減小矽光電池c和矽光電池d的電壓差；反之矽光電池c和矽光電池d的電壓差較小時，則脈衝頻率較低，能對光電變換器4的位置進行微調，有效避免調零過度，依次循環，直至矽光電池c和矽光電池d輸出的差動電壓小於基準電壓19，反饋信號通知上位機12調零結束，可以進行下一次的力學譜測試。
由於上述技術方案的運用，本發明與現有技術相比具有下列優點：
本發明所述的用於低頻力學譜測試儀的自動調零裝置通過一組矽光電池組採集光斑振動信號傳送至上位機，另一組矽光電池組用於採集光斑位置，通過過零比較器控制步進電機的轉向，通過雙極性v/f轉換器控制步進電機的轉數，能驅動光電變換器快速調零，大大節省調整時間；且通過步進電機細分驅動器控制步進電機，能使步進電機在較小的步進距角下運行，保證光電變換器的調零更加精確，運行更為穩定；並且步進電機具有自鎖功能，能有效鎖定光電變換器的位置，防止光電變換器在測量過程中位置偏移。
以上僅是本發明的具體應用範例，對本發明的保護範圍不構成任何限制。凡採用等同變換或者等效替換而形成的技術方案，均落在本發明權利保護範圍之內。