基于声学特性的多功能在线测定仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种多功能在线测定仪，尤其是一种基于声学特性的多功能在线测定仪。
【背景技术】
[0002]杨氏模量、液体体积弹性模量、二元气体成分比例是表征固体、液体、气体性质的重要物理参量，它们的准确测量在工农业生产和科学研宄中具有重要意义。
[0003]目前测量方法如杨氏模量有脉冲激振法、声频共振法、静态法、声速法等，二元混合流体成分比例检测有化学分析法、红外线吸收法、工业色谱仪法、超声检测法等。其中超声法因具有快速测量，分析具有非破坏性，可连续测量，精密度高等优点，在国内外越来越受到重视。但是目前缺少一款基于超声法能同时测量杨氏模量、液体体积弹性模量、二元气体成分比例的仪器，而在教学实验和工业生产中需一款能同时测量三个物理量的仪器。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型旨在解决上述问题，提供了一种基于声学特性的多功能在线测定仪，它是基于超声波在固体、液体、气体中的不同声学传播特性，利用超声扫频法和相位差法相结合的原理，采用无损测量方式，实现对杨氏模量、液体体积弹性模量、二元气体成分比例的实时精确测量，具有仪器体积小、成本低、操作简单、测量精度高、可实时测量气体等优点，其采用的技术方案如下:
[0005]基于声学特性的多功能在线测定仪，包括超声测量装置与信号处理装置两部分，所述超声测量装置由杨氏模量模块、液体体积弹性模量模块、二元气体成分比例模块组成，每一模块又包括AD9833信号源、放大器a、射极跟随器、超声换能器a、超声换能器b、放大器b和测量物质，所述信号处理装置包括电平抬升和稳压电源a、DSP芯片、电平抬升和稳压电源b和控制面板，所述AD9833信号源的输出端与放大器a的输入端连接，所述放大器a的输出端与射极跟随器的输入端连接，所述射极跟随器的输出端分别与电平抬升和稳压电源a和驱动芯片的输入端连接，所述DSP芯片的输入端分别与电平抬升和稳压电源a和电平抬升和稳压电源b的输出端连接，所述DSP芯片的输出端与AD9833信号源的输入端连接，所述驱动芯片的输出端与超声换能器a的输入端连接，所述超声换能器a的输出端与超声换能器b的输入端连接，所述超声换能器b的输出端与放大器b的输入端连接，所述放大器b的输出端与电平抬升和稳压电源b的输入端连接。
[0006]所述AD9833信号源产生幅度稳定、频率可调的正弦信号或者脉宽可调的脉冲信号，此信号分两路:一路直接传送到信号处理装置；另一路经过驱动芯片，将信号强度提升后由固定在测量物质一端的超声换能器a接收，并将此电信号转换为超声信号，超声信号经测量物质传播后，被另一端的接收换能器b重新接收，并再转换为电信号传送到信号处理装置。
[0007]所述杨氏模量模块还包括一个数字拉力传感器，所述数字拉力传感器的输入端与超声换能器a的输出端连接，所述数字拉力传感器输出端与电平抬升和稳压电源b的输出端连接，可以测量固体金属丝所受拉力并将之转化电信号传送给信号处理装置。
[0008]所述电平抬升和稳压电源a接收到信号，调节其强度使之保持在0-3V之间，从而满足DSP芯片的输入要求，经控制面板启动DSP芯片后，通过DSP芯片上的内置程序将接收到的两路超声信号进行比较、反馈、计算，并将结果输出到控制面板的LCD显示屏上，从而实现对杨氏模量、液体体积弹性模量、二元气体成分比例的在线精确测量。
[0009]本实用新型具有如下优点:将表征固液气三相性质的物理量的测量综合在一台仪器上，其功能符合一定生产生活需求；具有仪器体积小、成本低、运行费用低、操作简单、易于维护等优点；超声法测量以无损测试方式实现三物理量的测量，且具有测量精度高、可实时测量气体等优点。
【附图说明】
[0010]图1:本实用新型基于声学特性的多功能在线测定仪的工作原理框图。
[0011]符号说明:
[0012]1.AD9833信号源、2.放大器a、3.射极跟随器、4.电平抬升和稳压电源a、5.DSP芯片、6.驱动芯片、7.超声换能器a、8.超声换能器b、9.放大器b、10.电平抬升和稳压电源b、ll.数字拉力传感器。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图和实例对本实用新型作进一步说明:
[0014]如图1所示，本实用新型一种基于声学特性的多功能在线测定仪，包括超声测量装置与信号处理装置两部分，所述超声测量装置由杨氏模量模块、液体体积弹性模量模块、二元气体成分比例模块组成，每一模块又包括AD9833信号源(I)、放大器a (2)、射极跟随器(3)、超声换能器a (7)、超声换能器b (8)、放大器b (9)和测量物质，所述信号处理装置包括电平抬升和稳压电源a(4)、DSP芯片(5)、电平抬升和稳压电源b (10)和控制面板，所述AD9833信号源(I)的输出端与放大器a(2)的输入端连接，所述放大器a(2)的输出端与射极跟随器(3)的输入端连接，所述射极跟随器(3)的输出端分别与电平抬升和稳压电源a⑷和驱动芯片(6)的输入端连接，所述DSP芯片(5)的输入端分别与电平抬升和稳压电源a (4)和电平抬升和稳压电源b (10)的输出端连接，所述DSP芯片(5)的输出端与AD9833信号源⑴的输入端连接，所述驱动芯片(6)的输出端与超声换能器a(7)的输入端连接，所述超声换能器a(7)的输出端与超声换能器b(8)的输入端连接，所述超声换能器b (8)的输出端与放大器b (9)的输入端连接，所述放大器b (9)的输出端与电平抬升和稳压电源b(10)的输入端连接。
[0015]所述AD9833信号源(I)产生幅度稳定、频率可调的正弦信号或者脉宽可调的脉冲信号，此信号分两路:一路直接传送到信号处理装置；另一路经过驱动芯片(6)，将信号强度提升后由固定在测量物质一端的超声换能器a(7)接收，并将此电信号转换为超声信号，超声信号经测量物质传播后，被另一端的接收换能器b(8)重新接收，并再转换为电信号传送到信号处理装置。
[0016]所述杨氏模量模块还包括一个数字拉力传感器(11)，所述数字拉力传感器(11)的输入端与超声换能器a(7)的输出端连接，所述数字拉力传感器(11)输出端与电平抬升和稳压电源b(10)的输出端连接，可以测量固体金属丝所受拉力并将之转化电信号传送给信号处理装置。
[0017]所述电平抬升和稳压电源a (4)接收到信号，调节其强度使之保持在0-3V之间，从而满足DSP芯片(5)的输入要求，经控制面板启动DSP芯片(5)后，通过DSP芯片(5)上的内置程序将接收到的两路超声信号进行比较、反馈、计算，并将结果输出到控制面板的LCD显示屏上，从而实现对杨氏模量、液体体积弹性模量、二元气体成分比例的在线精确测量。
[0018]本实用新型使用时，先接通电源，通过控制面板使DSP芯片(5)启动，向AD9833信号源(I)发出正弦信号控制命令，AD9833信号源(I)接到控制命令后产生正弦信号，并经过放大器a(2)和射极跟随器(3)的放大和稳压作用后分成两路:一路经电平抬升和稳压电源a(4)后输入DSP芯片(5);另一路分三个方向传向装持有固体、液体、气体的测量装置，其中液体和气体测量装置除去测量物质外完全相同，固体杨氏模量的测量装置多了一个数字拉力传感器(11)，数字拉力传感器(11)将固体金属丝所受拉力转化为电信号传给DSP芯片(5)，同时正弦信号经驱动芯片(6)的强度提升后输入到测量物质一端的超声换能器a(7)，超声换能器a(7)将电信号转化为超声信号，超声信号经过测量物质传播后被超声换能器b(8)接收，超声换能器b(8)将接收到的超声信号重新转换成电信号并经放大器b (9)、电平抬升和稳压电源b(10)后输入到DSP芯片(5)，两路超声信号因路径不同而在信号处理端产生相位差，不同测量物质产生相位差不同。DSP芯片(5)利用预先内置程序利用这一原理，将接收到的两路信号进行相位比较、分析、计算，并将测量结果显示LCD面板上，从而实现同时对杨氏模量、液体体积弹性模量、二元气体成分比例的在线精确测量。
[0019]上面以举例方式对本实用新型进行了说明，但本实用新型不限于上述具体实施例，凡基于本实用新型所做的任何改动或变型均属于本实用新型要求保护的范围。
【主权项】
1.基于声学特性的多功能在线测定仪，其特征在于:包括超声测量装置与信号处理装置两部分，所述超声测量装置包括杨氏模量模块、液体体积弹性模量模块、二元气体成分比例模块，每一模块又包括AD9833信号源(1)、放大器a(2)、射极跟随器(3)、超声换能器a(7)、超声换能器b(8)、放大器b(9)和测量物质，所述信号处理装置包括电平抬升和稳压电源a (4)、DSP芯片(5)、电平抬升和稳压电源b (10)和控制面板，所述AD9833信号源(I)的输出端与放大器a(2)的输入端连接，所述放大器a(2)的输出端与射极跟随器(3)的输入端连接，所述射极跟随器⑶的输出端分别与电平抬升和稳压电源a(4)和驱动芯片(6)的输入端连接，所述DSP芯片(5)的输入端分别与电平抬升和稳压电源a(4)和电平抬升和稳压电源b (10)的输出端连接，所述DSP芯片(5)的输出端与AD9833信号源⑴的输入端连接，所述驱动芯片(6)的输出端与超声换能器a(7)的输入端连接，所述超声换能器a(7)的输出端与超声换能器b (8)的输入端连接，所述超声换能器b (8)的输出端与放大器b (9)的输入端连接，所述放大器b (9)的输出端与电平抬升和稳压电源b(10)的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的基于声学特性的多功能在线测定仪，其特征在于:所述杨氏模量模块还包括一个数字拉力传感器(11)，所述数字拉力传感器(11)的输入端与超声换能器a(7)的输出端连接，所述数字拉力传感器(11)输出端与电平抬升和稳压电源b(10)的输出端连接。
【专利摘要】本实用新型涉及一种多功能在线测定仪，尤其是一种基于声学特性的多功能在线测定仪。包括超声测量装置与信号处理装置两部分，所述超声测量装置由杨氏模量模块、液体体积弹性模量模块、二元气体成分比例模块组成，每一模块又包括AD9833信号源、放大器a、射极跟随器、超声换能器a、超声换能器b、放大器b和测量物质，所述信号处理装置包括电平抬升和稳压电源a、DSP芯片、电平抬升和稳压电源b和控制面板。有益效果：将表征固液气三相性质的物理量的测量综合在一台仪器上，其功能符合一定生产生活需求；具有体积小、成本低、操作简单、易于维护等优点；超声法测量以无损测试方式实现三物理量的测量，且具有测量精度高、可实时测量气体等优点。
【IPC分类】G01N29-04, G01N29-02
【公开号】CN204575594
【申请号】CN201520300748
【发明人】刘鸣, 张天赫, 韩逸群, 张亚萍
【申请人】中国石油大学(华东)
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年5月12日