本發(fā)明屬于儀器儀表領(lǐng)域，尤其是指一種扭辮分析儀。

背景技術(shù)：

環(huán)氧材料的性能不僅取決于環(huán)氧樹脂的結(jié)構(gòu)與性能、固化劑和添加劑的結(jié)構(gòu)與性能，以及它們之間的配比，而且也取決于它的成型固化歷程。相同的配方在不同固化工藝參數(shù)和程序下所得固化物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)具有很大的差異。所以工藝設(shè)計(jì)與材料設(shè)計(jì)具有同樣的重要性，工藝過程的監(jiān)控與原材料質(zhì)量的監(jiān)控同樣是獲得高質(zhì)量環(huán)氧材料的重要環(huán)節(jié)和必不可少的手段。材料設(shè)計(jì)和原材料監(jiān)控為獲得高質(zhì)量環(huán)氧材料提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。但是能否獲得高質(zhì)量的環(huán)氧材料，實(shí)現(xiàn)材料設(shè)計(jì)的目的，還要靠工藝設(shè)計(jì)和工藝過程監(jiān)控來保證。也可以說材料設(shè)計(jì)和原材料監(jiān)控是獲得高質(zhì)量環(huán)氧材料的必要條件。而工藝設(shè)計(jì)和工藝過程監(jiān)控則是獲得高質(zhì)量環(huán)氧材料的充分條件。

固化成型工藝過程的質(zhì)量監(jiān)控方法主要有兩類，即靜態(tài)監(jiān)控固化工藝法和動(dòng)態(tài)監(jiān)控固化工藝法。此外還有固化模型法等，但尚未達(dá)到實(shí)用階段。

我國生產(chǎn)廠家基本上使用靜態(tài)監(jiān)控固化工藝法，也就是通常采用的通過對(duì)主要工藝參數(shù)(溫度、時(shí)間和壓力)的選擇和控制得到合格的環(huán)氧材料制件的方法。工藝參數(shù)的確定長期來采用經(jīng)驗(yàn)的方法。即通過大量不同工藝條件下樹脂澆注體和環(huán)氧材料性能數(shù)據(jù)的分析，總結(jié)出工藝參數(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，需要利用先進(jìn)的儀器分析為工藝參數(shù)的確定提供更科學(xué)的依據(jù)，例如扭辮分析儀，也就是tba法。這種方法是基于環(huán)氧材料動(dòng)態(tài)熱機(jī)械自由衰減震動(dòng)中的扭辮法，測量物質(zhì)在扭轉(zhuǎn)振動(dòng)力負(fù)荷下的動(dòng)態(tài)模量及力學(xué)損耗與溫度的關(guān)系。它反映了樹脂膠液在固化成型過程中的一般規(guī)律性，但在產(chǎn)品的實(shí)際固化過程中會(huì)遇到一些干擾，如電壓波動(dòng)引起升溫速度和恒溫溫度的變化等。這將引起固化體系中物理變化和化學(xué)反應(yīng)的波動(dòng)。原始的靜態(tài)法很難正確地及時(shí)調(diào)整工藝參數(shù)，以致于影響產(chǎn)品質(zhì)量。也就是說傳統(tǒng)的方法不能動(dòng)態(tài)地掌握固化體系中實(shí)際產(chǎn)生的物理和化學(xué)變化情況，無法及時(shí)恰當(dāng)?shù)卣{(diào)整工藝參數(shù)以確保產(chǎn)品的高質(zhì)量。目前國內(nèi)基本沒有公司生產(chǎn)同類儀器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種計(jì)算機(jī)控制扭辮分析儀，以解決傳統(tǒng)的方法不能動(dòng)態(tài)地掌握固化體系中實(shí)際產(chǎn)生的物理和化學(xué)變化情況，無法及時(shí)恰當(dāng)?shù)卣{(diào)整工藝參數(shù)以確保產(chǎn)品的高質(zhì)量的問題。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：光電池通過光電池調(diào)理器與單片機(jī)數(shù)據(jù)處理控制系統(tǒng)連接，步進(jìn)電機(jī)通過步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)與單片機(jī)數(shù)據(jù)處理控制系統(tǒng)連接，上段溫度傳感器、中段溫度傳感器、下段溫度傳感器分別通過控溫表與單片機(jī)數(shù)據(jù)處理控制系統(tǒng)連接，控溫表分別與上段溫控、中段溫控、下段溫控和液氮制冷系統(tǒng)連接，單片機(jī)數(shù)據(jù)處理控制系統(tǒng)連接與串口或usb通訊口連接。

所述光電池通過光電池調(diào)理器把模擬信號(hào)進(jìn)行放大并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳給單片機(jī)數(shù)據(jù)處理控制系統(tǒng)。

所述單片機(jī)數(shù)據(jù)處理控制系統(tǒng)把控制信號(hào)通過步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行處理與功率放大來控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)與旋轉(zhuǎn)速度。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是完全通過單片機(jī)控制，具有電壓補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償，能夠嚴(yán)格保證電壓和溫度的恒定，而且能夠時(shí)時(shí)監(jiān)控材料試驗(yàn)過程中的變化，隨時(shí)反映情況，保證了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。既簡化了試驗(yàn)，又節(jié)省了人力，減少了許多人為因素對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的影響，對(duì)環(huán)氧材料的工藝監(jiān)控和質(zhì)量監(jiān)控有重大意義，是一次重大的改革。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的電路原理框圖；

圖2是本發(fā)明光電池信號(hào)放大原理圖；

圖3是本發(fā)明光電池a/d轉(zhuǎn)換器原理圖；

圖4是本發(fā)明步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)原理圖；

圖5是本發(fā)明單片機(jī)系統(tǒng)原理圖；

圖6是本發(fā)明usb與串口通訊原理圖；

圖7是本發(fā)明溫控原理圖。

具體實(shí)施方式

光電池通過光電池調(diào)理器與單片機(jī)數(shù)據(jù)處理控制系統(tǒng)連接，步進(jìn)電機(jī)通過步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)與單片機(jī)數(shù)據(jù)處理控制系統(tǒng)連接，上段溫度傳感器、中段溫度傳感器、下段溫度傳感器分別通過控溫表與單片機(jī)數(shù)據(jù)處理控制系統(tǒng)連接，控溫表分別與上段溫控、中段溫控、下段溫控和液氮制冷系統(tǒng)連接，單片機(jī)數(shù)據(jù)處理控制系統(tǒng)連接與串口或usb通訊口連接。

所述光電池通過光電池調(diào)理器把模擬信號(hào)進(jìn)行放大并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳給單片機(jī)數(shù)據(jù)處理控制系統(tǒng)。

所述單片機(jī)數(shù)據(jù)處理控制系統(tǒng)把控制信號(hào)通過步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行處理與功率放大來控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)與旋轉(zhuǎn)速度。

高低溫爐體安裝溫度傳感器、加熱器與液氮流通管道，溫度傳感器、加熱器連接溫控表，液氮流通管道連接液氮制冷系統(tǒng)，液氮制冷系統(tǒng)連接溫控表，溫控表連接單片機(jī)系統(tǒng)，通過單片機(jī)系統(tǒng)控制溫控表實(shí)現(xiàn)高低溫爐體的加熱與制冷控制。

工作原理：通過多股玻璃絲編成辮子后于400℃處理0.5小時(shí)，在浸漬液中浸漬后取出，在紅外燈下烤干。在程序升溫或恒溫下，通過相對(duì)剛度和對(duì)數(shù)減量的變化研究試樣在高溫下的反應(yīng)過程。步進(jìn)電機(jī)連接上夾具，上夾具連接浸漬后的多股玻璃絲編成辮子的上端，玻璃絲辮子的下端連接下夾具，下夾具連接偏正光片，偏正光片上端安裝光電池，偏正光片下端安裝光源，光源透過偏正光片照射到光電池上，光電池輸出模擬電壓。慢慢旋轉(zhuǎn)偏正光片，偏正光片會(huì)慢慢遮擋光源照射光電池，光電池輸出的模擬電壓會(huì)由高到低的變化。步進(jìn)電機(jī)通過玻璃絲辮子帶動(dòng)偏正光片旋轉(zhuǎn)，偏正光片會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)震蕩，通過光電池采集震蕩數(shù)據(jù)，計(jì)算相對(duì)剛度和對(duì)數(shù)減量。

驅(qū)動(dòng)部分：驅(qū)動(dòng)部分的定心調(diào)試及試樣位置的調(diào)整都有可靠的保證。步進(jìn)電機(jī)自身的極小振動(dòng)采用了防震墊解決。

光路的調(diào)試由于制造零件存在微小誤差，導(dǎo)致信號(hào)傳遞產(chǎn)生誤差，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。因此必須調(diào)光，我們采用一定的調(diào)試手段(用萬用表等工具)調(diào)整光源、光通道的距離等，達(dá)到要求。

溫度傳感器由熱電偶和熱電阻兩部分組成，熱電阻作為熱電偶的冷端補(bǔ)償。二者的信號(hào)共同差分給放大器，一般我們選擇受環(huán)境溫度影響變化很小的精密集成放大器，經(jīng)放大后的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成4～20ma的電流信號(hào)，這種信號(hào)在傳輸過程中受干擾比較小，穩(wěn)定可靠。在由特制的橫豎轉(zhuǎn)換卡把信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)識(shí)別的信號(hào)進(jìn)行分析處理。

振蕩部分由光敏傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再由集成放大器經(jīng)差分放大到0～10v的電信號(hào)，經(jīng)過v-i轉(zhuǎn)換成4～20ma的電流信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，到達(dá)計(jì)算機(jī)后，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)識(shí)別的信號(hào)，進(jìn)行分析處理。

溫度部分經(jīng)過單片機(jī)采集到的信號(hào)和我們設(shè)置的溫度斜率進(jìn)行實(shí)時(shí)比較，進(jìn)行pid調(diào)節(jié)。隨著時(shí)間的增長，控制過程實(shí)時(shí)跟蹤已知斜率。

低溫是通過液氮制冷。最低溫度能達(dá)到零下120℃。對(duì)環(huán)境無污染，制冷效果好。

振蕩由步進(jìn)馬達(dá)通過單片機(jī)進(jìn)行不同步距的控制，以實(shí)現(xiàn)不同的試樣給予不同的驅(qū)動(dòng)力。采集完畢后，計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)馬達(dá)返回到初始位置。這樣檢測到隨溫度變化的震蕩曲線。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種計(jì)算機(jī)控制扭辮分析儀，屬于儀器儀表領(lǐng)域。光電池通過光電池調(diào)理器與單片機(jī)數(shù)據(jù)處理控制系統(tǒng)連接，步進(jìn)電機(jī)通過步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)與單片機(jī)數(shù)據(jù)處理控制系統(tǒng)連接，溫度傳感器分別通過控溫表與單片機(jī)數(shù)據(jù)處理控制系統(tǒng)連接，控溫表分別與溫控和液氮制冷系統(tǒng)連接，單片機(jī)數(shù)據(jù)處理控制系統(tǒng)連接與串口或USB通訊口連接。優(yōu)點(diǎn)是完全通過單片機(jī)控制，具有電壓補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償，能夠嚴(yán)格保證電壓和溫度的恒定，而且能夠時(shí)時(shí)監(jiān)控材料試驗(yàn)過程中的變化，隨時(shí)反映情況，保證了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。既簡化了試驗(yàn)，又節(jié)省了人力，減少了許多人為因素對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的影響，對(duì)環(huán)氧材料的工藝監(jiān)控和質(zhì)量監(jiān)控有重大意義。

技術(shù)研發(fā)人員：劉冬;宋雷
受保護(hù)的技術(shù)使用者：長春市元?jiǎng)?chuàng)儀器設(shè)備有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.21
技術(shù)公布日：2017.08.29