专利名称：数显布氏硬度计的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种硬度的测量装置，特别涉及一种数显布氏硬度计。
背景技术：
布氏硬度试验法是在1900年由瑞典伐盖斯特亚(Fagastra)钢铁厂总工程师布 利奈尔(J-A-Brinell)首先提出的，并在同年展出了他的产品，于1901年得到了肯定， 因此习惯上称为布氏硬度试验法。布氏硬度试验法的应用比较广泛，它能对金属原材料、 正火、调质和淬火件进行硬度测试。由于布氏硬度计的试验力和钢球压头都较大，压痕也 就大，故特别适合铸件、轴承合金和具有粗大晶粒金属材料的硬度测定，布氏硬度试验法能 测出较大范围内金属各组成部分的综合性能，而不受个别组织的影响，是硬度试验中较精 确的一种试验法。布氏硬度试验法的试验力一般有^400N、9800N、7350N、4900N、2450N、
1837. 5N......9. 8N，布氏硬度试验法是硬度试验中试验力级数最多的和试验力最大的一
种试验法。在实际使用的布氏硬度计中，所拥有的试验力级数并不相同，国际上也没有一 个明确的划分界限为布氏硬度计或小负荷布氏硬度计。但是，目前使用29400N、9800N、 7350N......612. 5N这些试验力是最常用的。布氏硬度计自问世以来，其结构和原理没有多大变化，都是靠人工搬动约60公斤 的砝码来实现试验力的变化，这样的布氏硬度计操作繁琐，测试复杂；直到上个世纪九十年 代初，布氏硬度试验才有所发展一种是液压驱动、数字显示硬度值，试验力为14. 71KN和 29. 40KN,由于液压容易泄漏和密封件老化问题以及在试验过程中无法对损失的力进行补 偿而影响力值的精度，数字显示的硬度值是以压痕的深度测量加上经验修正来表示的，布 氏硬度值与压痕深度并非线性关系，所以它只适用于单一产品于生产流水线上测量，不能 满足国际或是国内硬度计量法的标准；还有一种就是上海材料试验机厂的电子布氏硬度 计，加卸载控制系统以步进电机作为驱动源，通过同步齿轮传动进行加卸载试验力，经过拉 簧结构使施力机构施出的力由变力变为常力。压力传感器反馈试验力的信息，这种布氏硬 度计还是用数码管作为显示界面，试验力共有5档(3000公斤，1000公斤，750公斤，500公 斤，187. 5公斤)，测量硬度值时需要把试样拿下来，用读数显微镜测量。布氏硬度计包括放 大电路、AD转换电路和显示电路，放大电路采用三片0P07芯片，AD (模拟数字)转换电路采 用了 12位的AD574转换器，需要三组工作电压，对电源的要求有极高的稳定性和抗干扰能 力，需要390mw的功耗，对于布氏硬度计的小力的精度不能保证，这种布氏硬度计工作时噪 声较大。在本世纪初，上海材料试验机厂开发了数显布氏硬度计，数显布氏硬度计包括AD 芯片、显示电路和处理器，AD芯片还是用12位的AD574转换器，显示电路采用了 32(^240分 辨率的液晶屏，由于处理器既要处理输入的信号，又要控制步进电机的驱动，还要同步显示 试验的状态，处理器同时处理这么多信号，造成了显示屏显示时不停的抖动，步进电机的驱 动没有达到无极变速而产生了噪声，加载试验力不是平稳的和渐进的。小的试验力如100 公斤尤其是62. 5公斤的试验力，超出了试验法的规定。
发明内容
本发明提供一种数显布氏硬度计，其能解决现有布氏硬度计小力不精确、加卸载 试验力时噪声大、显示屏显示时抖动的问题。为解决所述技术问题，本发明提供了一种数显布氏硬度计，其特征在于，其包括采样电路其将一个压力传感器的模拟信号采集并传送给放大电路；放大电路其与采样电路连接并将采集后的模拟信号进行放大后送给模数转换电 路；模数转换电路其与放大电路连接并将放大电路放大后的模拟信号进行转换处理 成数字信号；处理器其与模数转换电路连接，对于模数转换电路转换后的数字信号进行处 理；显示器其与处理器连接并显示数显布氏硬度计的测量值、加卸载过程、试验力和 试验压头硬度值；驱动电路其与处理器连接，并带动一个加卸载机构进行加卸试验力；打印机和RS232接口电路打印机、RS232接口电路与处理器连接，测量值、试验 力、试验压头硬度值、试验日期通过打印机打印输出并通过RS232接口电路输入电脑。优选地，所述显示器采用液晶显示器。本发明的积极进步效果在于本发明数显布氏硬度计使得试验力精确，所有试验 力都是线性变化，试验过程无噪声，操作界面简洁，操作方法简单，使得整个操作过程更富 人性化。
图1为本发明一实施例的原理框图。
具体实施例方式下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本发明。如图1所示，本发明数显布氏硬度计包括采样电路、放大电路、模数转换电路、处 理器、驱动电路、显示器，打印机和RS232接口电路等模块，各模块的功能如下采样电路其将灵敏度为2mV和精度为0. 05 %的压力传感器的模拟信号采集，并 传送给放大电路。放大电路其与采样电路连接并将采集后的模拟信号进行放大后送给模数转换电路。模数转换电路其与放大电路连接并采用AD0832模数转换芯片，其将放大电路放 大后的模拟信号进行转换处理，方便处理器进行处理。处理器其与模数转换电路连接并是数显布氏硬度计的控制中枢，采用双核的中 央处理器。处理器对于模数转换电路转换后的数字信号进行处理后，发出相应的指令给显 示器、驱动电路、打印机等设备。步进电机接到处理器的指令，步进电机作为驱动源，通过同 步齿轮传动进行加卸载试验力。
显示器其与处理器连接并采用液晶显示器，该液晶显示器在主框页面上显示出 当前的测量值、试验力、加卸载过程、Dl (第一直径的试验压头硬度值)、D2(第二直径的试 验压头硬度值)和HB(布氏硬度值)等。辅助框上显示出试验用的力值和压头的直径、保 荷时间、转换的硬度值等，使用一键操作，可以方便的查看历史记录，还有动态显示加卸载 界面，使操作更富人性化。驱动电路其与处理器连接，并带动一个加卸载机构进行加卸试验力。打印机和RS232接口电路打印机、RS232接口电路与处理器连接，试验的硬度值、 测量值、Dl (第一直径的压头硬度值)、D2 (第二直径的压头硬度值)、平均值、试验日期、试 验力等通过打印机打印输出并通过RS232接口电路输入电脑。数显布氏硬度计在采用AD0832模数转换芯片和双核中央处理器之后，改变了显 示屏工作时的抖动问题、小力的不稳定性、加卸载时的噪声问题。现在采用美国国家半导体 公司生产的ADC0832模数转换芯片，是一种八位分辨率、双通道A/D转换芯片，其最高分辨 可达256级，由于它体积小，兼容性强，工作频率为250KHZ，一般功耗仅为15mw，可以适应 一般的模拟量转换要求，其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在 0 5V之间。芯片转换时间仅为32uS，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差， 转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方 便，通过数据输入端可以轻易的实现通道功能的选择，保证了布氏硬度计小力的精度。为了 保证AD0832模数转换芯片的抗干扰能力我们使用了 REF02串联电压基准芯片，REF02串联 电压基准芯片提供一个精确的5V的电压参考，漂移是激光裁剪到10ppm/°C，最高在扩展工 业和军事温度范围。该REF02芯片提供一个稳定的5V输出，保证了 AD0832芯片对电源的 要求，同时对加卸载的机构做了相应的改进，加卸载时对杠杆尾部移动的距离作了更合理 的调整，杠杆的启始位置以水平位置为准上翘了 15°，传感器施力到1500kgf时杠杆正好 处于水平位置，施力到3000kgf时杠杆以水平位置为准下移了 15°，整个施力过程杠杆移 动了 30°，施力过程很平稳，从而保证了仪器的完好使用性能。为了解决显示屏的抖动问题，我们设计了双核控制，由一个处理器芯片专门控 制步进电机的驱动，使得步进电机完全无极变化，试验过程中无任何噪声，整个加载过程 平稳和无冲击，保证了力值的稳定和精准，另一处理器芯片负责显示屏的显示，使得显 示屏在仪器即使在动态的试验状态，不会产生一点抖动现象。处理器是基于增强的AVR RISC (Reduced Instruction SetComputing，精简执令运算集)结构的低功耗八位CMOS微 控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，处理器的数据吞吐率高达 lMIPS/MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾，保证了输入和输出指令的精 确进行。处理器的AVR内核具有丰富的指令集和三十二个通用工作寄存器。所有的寄存器 都直接与算术逻辑单元(Arithmetic Logic Unit, ALU)相连接，使得一条指令可以在一个 时钟周期内同时访问两个独立的寄存器，这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通 的CISC (Complexlnstruction Set Computing，复杂指令集计算)微控制器最高至10倍的 数据吞吐率。双核处理器电路确保控制的参数稳定，反馈准确，力控制精度高，反应时间短， 能够有效的加载大范围的力等。为了保证测量的精确，在光源系统也做了相应的改进，在光学系统上采用逆向思 维，光学的成像一般都是物镜、转像机构和目镜，该仪器是转像机构、物镜和目镜。同时布氏硬度计传统上一直采用外光源，用三个灯泡来实现照明，但有不少缺点，一是灯泡容易坏、 二是压痕边缘不清晰、三是形体大、四是有重影等。我们开发了圆形LED照明(类似无影灯 照明)，解决了上述一切缺点，成为较完美的外光源。通过上述的介绍，本发明数显布氏硬度计使得试验力精确，所有试验力都是线性 变化，试验过程无噪声，操作界面简洁，操作方法简单，使得整个操作过程更富人性化。虽然以上描述了本发明的具体实施方式
，但是本领域的技术人员应当理解，这些 仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变 更或修改。因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。
权利要求
1.一种数显布氏硬度计，其特征在于，其包括采样电路其将一个压力传感器的模拟信号采集并传送给放大电路； 放大电路其与采样电路连接并将采集后的模拟信号进行放大后送给模数转换电路； 模数转换电路其与放大电路连接并将放大电路放大后的模拟信号进行转换处理成数字信号；处理器其与模数转换电路连接，对于模数转换电路转换后的数字信号进行处理； 显示器其与处理器连接并显示数显布氏硬度计的测量值、加卸载过程、试验力和试验 压头硬度值；驱动电路其与处理器连接，并带动一个加卸载机构进行加卸试验力； 打印机和RS232接口电路打印机、RS232接口电路与处理器连接，测量值、试验力、试 验压头硬度值、试验日期通过打印机打印输出并通过RS232接口电路输入电脑。
2.如权利要求1所述的数显布氏硬度计，其特征在于，所述显示器采用液晶显示器。
全文摘要
本发明公开了一种数显布氏硬度计，其包括采样电路其将一个压力传感器的模拟信号采集并传送给放大电路；放大电路其与采样电路连接并将采集后的模拟信号进行放大后送给模数转换电路；模数转换电路其与放大电路连接并将放大电路放大后的模拟信号进行转换处理成数字信号；处理器其与模数转换电路连接，对于模数转换电路转换后的数字信号进行处理；显示器其与处理器连接并显示数显布氏硬度计的测量值；驱动电路其与处理器连接；打印机和RS232接口电路打印机、RS232接口电路与处理器连接，测量值通过打印机打印输出，通过RS232接口电路将测量值输入电脑。本发明数显布氏硬度计使得试验力精确，试验过程无噪声。
文档编号G01N3/42GK102135482SQ20101011851
公开日2011年7月27日 申请日期2010年1月22日 优先权日2010年1月22日
发明者刁晓明 申请人:上海蔚恒测试仪器有限公司