專利名稱：智能三維加速度測試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬包裝動(dòng)力學(xué)特性測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種智能型的三維加速度測試儀。
背景技術(shù)：
目前在包裝技術(shù)中，對包裝件脆值的測定裝置主要是碰撞機(jī)和自由跌落機(jī)。碰撞機(jī)和跌落機(jī)只能進(jìn)行單向加速度的測試，且設(shè)備笨重，限制較多，并不能完全模擬產(chǎn)品受沖擊的情況，具有局限性。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有的脆值測定裝置只能進(jìn)行單向加速度測試的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型的目的是提供一種智能三維加速度測試儀，不受包裝件跌落姿態(tài)的限制，可進(jìn)行X、Y、Z三個(gè)方向的加速度測試。
本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是，智能三維加速度測試儀，包括單片機(jī)及內(nèi)存模塊、電源管理模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊、USB通訊模塊和加速度傳感器，加速度傳感器采用三軸加速度傳感器，電源管理模塊分別與模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊的VREF引腳和單片機(jī)及內(nèi)存模塊的VCC引腳連接，模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊的CH0引腳、CH1引腳、CH2引腳分別接收加速度傳感器X軸、Y軸、Z軸的數(shù)據(jù)信息，模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊的DOUT引腳、DIN引腳、DCLK引腳分別與單片機(jī)及內(nèi)存模塊的P1.0引腳、P1.1引腳和P1.2引腳連接，單片機(jī)及內(nèi)存模塊的P0引腳、A0引腳與USB通訊模塊的D0～D7引腳連接。
單片機(jī)及內(nèi)存模塊包括單片機(jī)和內(nèi)存，單片機(jī)采用W78E52B，內(nèi)存采用32K的EEPROM存儲(chǔ)器28C256。
模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊采用16位串行AD芯片ADS8341。
加速度傳感器是采用X軸Z軸加速度傳感器和Y軸Z軸加速度傳感器組成的三軸加速度傳感器。
X軸Z軸加速度傳感器和Y軸Z軸加速度傳感器采用ADXL250。
本實(shí)用新型的智能三維加速度測試儀采用基于MEMS技術(shù)加速度傳感器，構(gòu)成三維加速度傳感器，能進(jìn)行三維加速度的測試。將儀器安裝在包裝件上便可自動(dòng)記錄包裝件受沖擊時(shí)的加速度值，可進(jìn)行包裝件脆值的測定，該儀器對沖擊方向和包裝件跌落姿態(tài)無特殊要求，從而彌補(bǔ)了傳統(tǒng)碰撞機(jī)和跌落機(jī)的不足，還可以進(jìn)行包裝材料緩沖性能的測試，為包裝件的破損機(jī)理研究和包裝材料緩沖特性的研究提供了新的實(shí)驗(yàn)方法和手段。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。


圖1是本實(shí)用新型的模塊連接示意圖；圖2是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)連接示意圖；圖3是本實(shí)用新型的三維加速度傳感器的組成示意圖；圖4是x軸跌落加速度曲線圖，橫坐標(biāo)為采樣時(shí)間間隔，縱坐標(biāo)為x軸加速度值；圖5是y軸跌落加速度曲線圖，橫坐標(biāo)為采樣時(shí)間間隔，縱坐標(biāo)為y軸加速度值；圖6是z軸跌落加速度曲線圖，橫坐標(biāo)為采樣時(shí)間間隔，縱坐標(biāo)為z軸加速度值。
具體實(shí)施方式
參見圖1、圖2，智能三維加速度測試儀包括單片機(jī)及內(nèi)存模塊1、電源管理模塊2、模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊3、USB通訊模塊4和加速度傳感器5，加速度傳感器5采用三軸加速度傳感器。
其中，電源管理模塊2使用9V干電池作為系統(tǒng)的電源，電源管理要完成電平轉(zhuǎn)換，以及給16位4通道串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADS8341)提供基準(zhǔn)參考。
單片機(jī)及內(nèi)存模塊1包括單片機(jī)和內(nèi)存，單片機(jī)采用華邦(Winbond)的W78E52B，該芯片兼容52系列，內(nèi)部資源完全可以滿足我們系統(tǒng)的要求，通過開放的總線接口，可以外擴(kuò)展一片32K的EEPROM存儲(chǔ)器AT28C256，作為采集數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū)。
加速度傳感器5的輸出量為模擬信號，需要經(jīng)過A/D量化成數(shù)字量，系統(tǒng)才能夠存儲(chǔ)，由于加速度傳感器5的靈敏度比較高(38mV/g)，分辨力為0.01g，普通的A/D無法滿足此精度要求，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3采用BB(Burr-brown)公司的16位串行A/D芯片ADS8341，可滿足系統(tǒng)要求。
USB作為目前微機(jī)的常用串行總線，已經(jīng)在許多智能儀器中得到應(yīng)用，其傳輸速度快，支持即插即用等特點(diǎn)是傳統(tǒng)RS232總線無法比擬的，本系統(tǒng)通過USB接口把采集到的數(shù)據(jù)，從存儲(chǔ)器EEPROM中傳輸?shù)轿⑿陀?jì)算機(jī)中，并做出曲線輸出。USB通訊模塊4的接口的實(shí)現(xiàn)部分使用的是Philips公司的PDIUSBD12芯片，工作在USB1.1協(xié)議下，傳輸速度最大可以達(dá)到12Mbps。在通訊的過程中，有LED指示，人機(jī)界面友好。
加速度傳感器5是采用X軸Z軸加速度傳感器6和Y軸Z軸加速度傳感器7組成的三軸加速度傳感器，如圖3所示，X軸Z軸加速度傳感器6和Y軸Z軸加速度傳感器7采用ADXL250。
參見圖2，電源管理模塊2分別與模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊3的VREF引腳和單片機(jī)及內(nèi)存模塊1的VCC引腳連接；模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊3的CH0引腳、CH1引腳、CH2引腳分別接收加速度傳感器5的X軸、Y軸、Z軸的數(shù)據(jù)信息；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3的DOUT引腳、DIN引腳、DCLK引腳分別與單片機(jī)及內(nèi)存模塊1的P1.0引腳、P1.1引腳和P1.2引腳連接；單片機(jī)及內(nèi)模塊1的數(shù)據(jù)總線P0端與USB通訊模塊4的D0～D7引腳連接。
工作時(shí)，將智能三維加速度儀安裝在包裝件上，隨包裝件一起運(yùn)動(dòng)，電源管理模塊2為系統(tǒng)供電并提供A/D的參考電壓；三軸加速度傳感器5可以接收到X、Y、Z三個(gè)方向的加速度值，并通過模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊3實(shí)現(xiàn)對加速度數(shù)據(jù)的采集和轉(zhuǎn)換，并將數(shù)據(jù)保存在單片機(jī)及內(nèi)存模塊1內(nèi)的存儲(chǔ)器EEPROM中；USB通訊模塊4連接到外部的微型計(jì)算機(jī)，通過USB接口把采集到的數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器EEPROM中傳輸?shù)轿⑿陀?jì)算機(jī)中并接受微機(jī)傳送的參數(shù)和命令；在輸入跌落高度和延時(shí)工作時(shí)間的情況，由儀器自身判斷采集和記錄數(shù)據(jù)的時(shí)刻；通過微機(jī)應(yīng)用程序，完成對數(shù)據(jù)的提取和分析。
圖4、圖5、圖6分別顯示跌落時(shí)x軸、y軸、z軸的加速度曲線圖，用本實(shí)用新型的智能三維加速度儀從10cm高處自由跌落到放置在地面的5cm厚的紙上，得到x、y、z三個(gè)方向加速度的曲線。曲線是根據(jù)單片機(jī)記錄的跌落過程中x、y、z三個(gè)方向加速度繪制的，橫坐標(biāo)為采樣時(shí)間間隔，采樣間隔時(shí)間為30μs；采樣的起始時(shí)間是單片機(jī)根據(jù)跌落高度自動(dòng)計(jì)算出來的，單片機(jī)在每個(gè)瞬間同時(shí)記錄三個(gè)方向的加速度值。智能三維加速度儀在跌落的瞬間受到了三個(gè)方向的加速度在儀器沒有接觸到紙張時(shí)x軸的加速度為1g(重力加速度)，y、z軸為0g；而在儀器接觸到紙張的瞬間，x軸的加速度逐漸變?yōu)?g(重力加速度)，y、z軸仍為0g；當(dāng)儀器接觸到地面的瞬間，x軸的加速度迅速變?yōu)?4g，y軸的加速度迅速變?yōu)?.5g，z軸的加速度迅速變?yōu)?3g。
可以得出，本實(shí)用新型的智能三維加速度測試儀不受包裝件跌落姿態(tài)的限制，可以進(jìn)行X、Y、Z三個(gè)方向的加速度測試。
權(quán)利要求1.一種智能三維加速度測試儀，其特征在于包括單片機(jī)及內(nèi)存模塊(1)、電源管理模塊(2)、模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊(3)、USB通訊模塊(4)和加速度傳感器(5)，所述加速度傳感器(5)采用三軸加速度傳感器，所述電源管理模塊(2)分別與模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊(3)的VREF引腳和單片機(jī)及內(nèi)存模塊(1)的VCC引腳連接，模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊(3)的CH0引腳、CH1引腳、CH2引腳分別接收加速度傳感器(5)X軸、Y軸、Z軸的數(shù)據(jù)信息，模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊(3)的DOUT引腳、DIN引腳、DCLK引腳分別與單片機(jī)及內(nèi)存模塊(1)的P1.0引腳、P1.1引腳和P1.2引腳連接，單片機(jī)及內(nèi)存模塊(1)的P0引腳、A0引腳與USB通訊模塊(4)的D0～D7引腳連接。
2.按照權(quán)利要求1所述的測試儀，其特征在于所述單片機(jī)及內(nèi)存模塊(1)包括單片機(jī)和內(nèi)存，單片機(jī)采用W78E52B，內(nèi)存采用32K的EEPROM存儲(chǔ)器28C256。
3.按照權(quán)利要求1所述的測試儀，其特征在于所述模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊(3)采用16位串行AD芯片ADS8341。
4.按照權(quán)利要求1所述的測試儀，其特征在于所述加速度傳感器(5)是采用X軸Z軸加速度傳感器(6)和Y軸Z軸加速度傳感器(7)組成的三軸加速度傳感器。
5.按照權(quán)利要求4所述的測試儀，其特征在于所述X軸Z軸加速度傳感器(6)和Y軸Z軸加速度傳感器(7)采用ADXL250。
專利摘要本實(shí)用新型公開的智能三維加速度測試儀，包括單片機(jī)及內(nèi)存模塊、電源管理模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊、USB通訊模塊和加速度傳感器，加速度傳感器采用三軸加速度傳感器，電源管理模塊分別與模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊的VREF引腳和單片機(jī)及內(nèi)存模塊的VCC引腳連接，模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊的CHO引腳、CH1引腳、CH2引腳分別接收加速度傳感器X軸、Y軸、Z軸的數(shù)據(jù)信息，模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊的DOUT引腳、DIN引腳、DCLK引腳分別與單片機(jī)及內(nèi)存模塊的P1.0引腳、P1.1引腳和P1.2引腳連接，單片機(jī)及內(nèi)存模塊的P0引腳、A0引腳與USB通訊模塊的D0～D7引腳連接。本實(shí)用新型的智能三維加速度測試儀，不受包裝件跌落姿態(tài)的限制，可進(jìn)行X、Y、Z三個(gè)方向的加速度測試。
文檔編號G01M7/00GK2804872SQ20052007882
公開日2006年8月9日 申請日期2005年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月26日
發(fā)明者趙慶海, 孫中勝, 王偉, 顧桓, 黃穎為 申請人:西安理工大學(xué)