计算机控制扭辫分析仪的制作方法

本发明属于仪器仪表领域，尤其是指一种扭辫分析仪。

背景技术：

环氧材料的性能不仅取决于环氧树脂的结构与性能、固化剂和添加剂的结构与性能，以及它们之间的配比，而且也取决于它的成型固化历程。相同的配方在不同固化工艺参数和程序下所得固化物的结构和性质具有很大的差异。所以工艺设计与材料设计具有同样的重要性，工艺过程的监控与原材料质量的监控同样是获得高质量环氧材料的重要环节和必不可少的手段。材料设计和原材料监控为获得高质量环氧材料提供了物质基础。但是能否获得高质量的环氧材料，实现材料设计的目的，还要靠工艺设计和工艺过程监控来保证。也可以说材料设计和原材料监控是获得高质量环氧材料的必要条件。而工艺设计和工艺过程监控则是获得高质量环氧材料的充分条件。

固化成型工艺过程的质量监控方法主要有两类，即静态监控固化工艺法和动态监控固化工艺法。此外还有固化模型法等，但尚未达到实用阶段。

我国生产厂家基本上使用静态监控固化工艺法，也就是通常采用的通过对主要工艺参数(温度、时间和压力)的选择和控制得到合格的环氧材料制件的方法。工艺参数的确定长期来采用经验的方法。即通过大量不同工艺条件下树脂浇注体和环氧材料性能数据的分析，总结出工艺参数。随着科学技术的发展，需要利用先进的仪器分析为工艺参数的确定提供更科学的依据，例如扭辫分析仪，也就是tba法。这种方法是基于环氧材料动态热机械自由衰减震动中的扭辫法，测量物质在扭转振动力负荷下的动态模量及力学损耗与温度的关系。它反映了树脂胶液在固化成型过程中的一般规律性，但在产品的实际固化过程中会遇到一些干扰，如电压波动引起升温速度和恒温温度的变化等。这将引起固化体系中物理变化和化学反应的波动。原始的静态法很难正确地及时调整工艺参数，以致于影响产品质量。也就是说传统的方法不能动态地掌握固化体系中实际产生的物理和化学变化情况，无法及时恰当地调整工艺参数以确保产品的高质量。目前国内基本没有公司生产同类仪器。

技术实现要素：

本发明提供一种计算机控制扭辫分析仪，以解决传统的方法不能动态地掌握固化体系中实际产生的物理和化学变化情况，无法及时恰当地调整工艺参数以确保产品的高质量的问题。

本发明采取的技术方案是：光电池通过光电池调理器与单片机数据处理控制系统连接，步进电机通过步进电机控制系统与单片机数据处理控制系统连接，上段温度传感器、中段温度传感器、下段温度传感器分别通过控温表与单片机数据处理控制系统连接，控温表分别与上段温控、中段温控、下段温控和液氮制冷系统连接，单片机数据处理控制系统连接与串口或usb通讯口连接。

所述光电池通过光电池调理器把模拟信号进行放大并转换为数字信号传给单片机数据处理控制系统。

所述单片机数据处理控制系统把控制信号通过步进电机控制系统进行处理与功率放大来控制步进电机的正反转与旋转速度。

本发明的优点是完全通过单片机控制，具有电压补偿和温度补偿，能够严格保证电压和温度的恒定，而且能够时时监控材料试验过程中的变化，随时反映情况，保证了实验数据的准确。既简化了试验，又节省了人力，减少了许多人为因素对试验数据准确性的影响，对环氧材料的工艺监控和质量监控有重大意义，是一次重大的改革。

附图说明

图1是本发明的电路原理框图；

图2是本发明光电池信号放大原理图；

图3是本发明光电池a/d转换器原理图；

图4是本发明步进电机控制系统原理图；

图5是本发明单片机系统原理图；

图6是本发明usb与串口通讯原理图；

图7是本发明温控原理图。

具体实施方式

光电池通过光电池调理器与单片机数据处理控制系统连接，步进电机通过步进电机控制系统与单片机数据处理控制系统连接，上段温度传感器、中段温度传感器、下段温度传感器分别通过控温表与单片机数据处理控制系统连接，控温表分别与上段温控、中段温控、下段温控和液氮制冷系统连接，单片机数据处理控制系统连接与串口或usb通讯口连接。

所述光电池通过光电池调理器把模拟信号进行放大并转换为数字信号传给单片机数据处理控制系统。

所述单片机数据处理控制系统把控制信号通过步进电机控制系统进行处理与功率放大来控制步进电机的正反转与旋转速度。

高低温炉体安装温度传感器、加热器与液氮流通管道，温度传感器、加热器连接温控表，液氮流通管道连接液氮制冷系统，液氮制冷系统连接温控表，温控表连接单片机系统，通过单片机系统控制温控表实现高低温炉体的加热与制冷控制。

工作原理：通过多股玻璃丝编成辫子后于400℃处理0.5小时，在浸渍液中浸渍后取出，在红外灯下烤干。在程序升温或恒温下，通过相对刚度和对数减量的变化研究试样在高温下的反应过程。步进电机连接上夹具，上夹具连接浸渍后的多股玻璃丝编成辫子的上端，玻璃丝辫子的下端连接下夹具，下夹具连接偏正光片，偏正光片上端安装光电池，偏正光片下端安装光源，光源透过偏正光片照射到光电池上，光电池输出模拟电压。慢慢旋转偏正光片，偏正光片会慢慢遮挡光源照射光电池，光电池输出的模拟电压会由高到低的变化。步进电机通过玻璃丝辫子带动偏正光片旋转，偏正光片会产生旋转震荡，通过光电池采集震荡数据，计算相对刚度和对数减量。

驱动部分：驱动部分的定心调试及试样位置的调整都有可靠的保证。步进电机自身的极小振动采用了防震垫解决。

光路的调试由于制造零件存在微小误差，导致信号传递产生误差，达不到设计要求。因此必须调光，我们采用一定的调试手段(用万用表等工具)调整光源、光通道的距离等，达到要求。

温度传感器由热电偶和热电阻两部分组成，热电阻作为热电偶的冷端补偿。二者的信号共同差分给放大器，一般我们选择受环境温度影响变化很小的精密集成放大器，经放大后的电信号转换成4～20ma的电流信号，这种信号在传输过程中受干扰比较小，稳定可靠。在由特制的横竖转换卡把信号转换成计算机识别的信号进行分析处理。

振荡部分由光敏传感器转换成电信号，再由集成放大器经差分放大到0～10v的电信号，经过v-i转换成4～20ma的电流信号进行远距离传输，到达计算机后，经过模数转换成计算机识别的信号，进行分析处理。

温度部分经过单片机采集到的信号和我们设置的温度斜率进行实时比较，进行pid调节。随着时间的增长，控制过程实时跟踪已知斜率。

低温是通过液氮制冷。最低温度能达到零下120℃。对环境无污染，制冷效果好。

振荡由步进马达通过单片机进行不同步距的控制，以实现不同的试样给予不同的驱动力。采集完毕后，计算机驱动步进马达返回到初始位置。这样检测到随温度变化的震荡曲线。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种计算机控制扭辫分析仪，属于仪器仪表领域。光电池通过光电池调理器与单片机数据处理控制系统连接，步进电机通过步进电机控制系统与单片机数据处理控制系统连接，温度传感器分别通过控温表与单片机数据处理控制系统连接，控温表分别与温控和液氮制冷系统连接，单片机数据处理控制系统连接与串口或USB通讯口连接。优点是完全通过单片机控制，具有电压补偿和温度补偿，能够严格保证电压和温度的恒定，而且能够时时监控材料试验过程中的变化，随时反映情况，保证了实验数据的准确。既简化了试验，又节省了人力，减少了许多人为因素对试验数据准确性的影响，对环氧材料的工艺监控和质量监控有重大意义。

技术研发人员：刘冬;宋雷
受保护的技术使用者：长春市元创仪器设备有限公司
技术研发日：2017.05.21
技术公布日：2017.08.29