專利名稱：超聲波應(yīng)力儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種超聲波應(yīng)力儀，用于在力學(xué)領(lǐng)域中測量應(yīng)力，屬于應(yīng)力檢測儀器的技術(shù)領(lǐng)域。
目前國內(nèi)現(xiàn)有的超聲波應(yīng)力儀對溫度比較敏感，溫漂較大，而且都借助于示波器輔助測試，在環(huán)境溫度較高的現(xiàn)場，使用示波器非常不便，即使在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，也容易使操作人員誤判一個(gè)周期，形成極大的誤差，尤其測量一個(gè)數(shù)據(jù)需要很長的時(shí)間，在現(xiàn)場應(yīng)用就不便。
本實(shí)用新型的目的是要提供一種不用示波器監(jiān)測，抗干擾能力較強(qiáng)，溫度穩(wěn)定性良好，檢測精度高的無損傷檢測儀器，精確測量超聲波在緊固件內(nèi)的傳遞時(shí)間，再配備微機(jī)，就可立即得出所要檢測的結(jié)果，本應(yīng)力儀攜帶方便，在現(xiàn)場便于應(yīng)用。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，應(yīng)力儀主要由振蕩器、延遲電路、窄脈沖發(fā)射、換能器試樣、接收放大、控制器、零電平觸發(fā)器、R－S觸發(fā)器、模擬擴(kuò)展器、時(shí)間計(jì)數(shù)器、液晶顯示電路、電源和恒溫槽所組成，由于采用了半導(dǎo)體致冷器恒溫槽，所以溫度穩(wěn)定性良好，加以采用液晶顯示，在現(xiàn)場使用就很方便，既可以檢測緊固件的施工應(yīng)力，又可以用于板件的應(yīng)力測量。


圖1、超聲波應(yīng)力儀的原理方框圖圖2、超聲波應(yīng)力儀的恒溫槽控制電路圖圖3(a)超聲波應(yīng)力儀的振蕩器電路圖圖3(b)、延遲電路圖圖3(c)、控制器電路圖圖3(d)、窄脈沖發(fā)射電路圖圖4、接收放大電路圖圖5、零電平觸發(fā)器電路圖圖6、R－S觸發(fā)器電路圖圖7、模擬擴(kuò)展器電路圖圖8、時(shí)間計(jì)數(shù)器電路圖圖9、液晶顯示電路圖圖10、電源電路圖圖11、應(yīng)力儀的工作波形圖圖12、應(yīng)力儀外形圖圖13、恒溫槽結(jié)構(gòu)圖圖14、散熱片示意圖茲結(jié)合附圖對應(yīng)力儀的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步詳敘圖1是超聲波應(yīng)力儀的原理方框圖，其振蕩器(1)置于恒溫槽(14)中，其輸出端與延遲電路(2)及控制器(7)的輸入端相連接，其輸出波形可參見圖11(a)；延遲電路(2)的輸出端與窄脈沖發(fā)射器(3)連接，其輸出波形如圖11(b)，控制器(7)的輸出端Q和Q與零電平觸發(fā)器的輸入端A和B分別連接，其輸出波形如圖11(c)和(d)，而窄脈沖發(fā)射3的輸出端，輸出波形如圖11(c)，與換能器(4)連接，換能器(4)的一端與試樣(5)連接，另一端與接收放大輸入端1連接，其輸入波形如圖(11、8)，零電平觸發(fā)器(8)的輸入端與接收放大(6)的輸出端連接，輸出端與R－S觸發(fā)器(9)的輸入端連接，其輸出波形如圖11(h)(i)，模擬擴(kuò)展器(10)的輸入端，工作波形如圖11(g)，與R－S觸發(fā)器(9)的輸出端連接，其輸出端工作波形如圖11(i)與時(shí)間計(jì)數(shù)器(11)連接，液晶顯示電路12的輸入端與時(shí)間計(jì)數(shù)器(11)的輸出端連接，電源(13)對上述部份供電，模擬擴(kuò)展器(10)和時(shí)間計(jì)數(shù)器(11)均置于恒溫槽(4)內(nèi)，恒溫槽的電源直接由電源(13)的交流整流濾波后供給。
圖2是超聲波應(yīng)力儀恒溫槽的電路圖，其溫度控制電路由電阻(19)(20)(21)和熱敏電阻(178)構(gòu)成比例電橋，溫度變化導(dǎo)致熱敏電阻(178)的阻值變化，從而使運(yùn)算放大器(22)的輸入電壓也發(fā)生變化，運(yùn)算放大器(18)的反相輸入端與輸出端連接，構(gòu)成電壓跟隨器(26)，其＋VCC接電源(13)的＋15V’，－VCC接電源(13)的－15V’端，同相輸入端與電阻(15)電容(16)的正極和穩(wěn)壓器17的負(fù)極連接，電阻(15)的一端接到＋15V，電容16的負(fù)極和穩(wěn)壓管17的正極一起接地，運(yùn)算放大器18的輸出端接電阻(19)(20)，電阻19的另一端接運(yùn)算放大器22的同相輸入端和電阻178，電阻20的另一端接運(yùn)算放大器22的反相輸入端和可調(diào)電阻21，電位器21的另一端也接地，運(yùn)算放大器24的同相輸入端接地，反相輸入端接可調(diào)電阻23和電阻25，運(yùn)算放大器24的輸出端接電阻25和電阻178，運(yùn)算放大器22的輸出端接可調(diào)電阻23及運(yùn)算放大器26的同相輸入端，運(yùn)算放大器26的輸出端及其自身反相輸入端連接，并且連接于單刀雙擲開關(guān)27的中心觸頭，開關(guān)27的一端與三極管28基極連接，另一端與三極管29的基極連接，三極管28的集電極連接于小15V’，發(fā)射極接電阻30，三極管29的集電極接到－15V’，發(fā)射極接電阻31，電阻(30)(31)的另一端連接在一起，再連接于半導(dǎo)體致冷器32的一端，致冷器的32另一端接地，運(yùn)算放大器(18)(22)(24)(26)由一塊四運(yùn)算放大器集成塊組成。
電阻21是恒溫點(diǎn)調(diào)節(jié)電阻，電阻23是靈敏度調(diào)節(jié)電阻，運(yùn)算放大器24，電阻(23)、(25)用于調(diào)節(jié)電橋放大器增益，電阻(30)(31)是限流電阻，如果環(huán)境溫度低于設(shè)定的恒溫點(diǎn)，開關(guān)27扳向三極管28基極，運(yùn)算放大器22的輸出電壓升高三極管28導(dǎo)通，半導(dǎo)體致冷器(32)上加上正電壓對恒溫槽(14)加熱，當(dāng)溫度達(dá)到恒溫點(diǎn)時(shí)，三極管28截止，停止加熱；反之，當(dāng)溫度高于恒溫點(diǎn)時(shí)，開關(guān)27撥向三極管29的基極，這時(shí)三極管29導(dǎo)通，致冷器32就對恒溫槽吸熱，到達(dá)恒溫點(diǎn)時(shí)，就停止吸熱。
圖3(a)是振蕩器的電路圖，集成塊(36)是555時(shí)基電路，集成塊(36)的8腳(tVCC)和(4)腳(R esef)接＋5V，1腳(GND)接地，5腳(Cenfral)對地接一個(gè)抗干擾電容(37)，電阻(33)一端接＋5V，另一端接到集成塊(36)的放電端和電阻(34)，電阻34的另一端接電容(35)和(36)的負(fù)觸發(fā)端以及閥值端，電容35的另一端也接地，集成塊36的(3)腳是信號輸出端，接至延遲電路(2)和控制器(7)的負(fù)觸發(fā)輸入端，電阻(33)34和電容(35)決定振蕩的周期T。
圖3(b)是延遲電路圖，它由單穩(wěn)態(tài)電路構(gòu)成，單穩(wěn)態(tài)集成塊(38)的正觸發(fā)端和復(fù)位端接＋5V，Cekf端接電容(40)，Cekf／Rekf端接電容(40)的另一端和電阻(41)的一端，電阻41的另一端又接＋5V，輸出信號從正邏輯輸出Q端輸出主窄脈沖發(fā)射3。電容(40)和電阻(41)決定下降沿延遲時(shí)間十，輸入信號是脈沖下降沿觸發(fā)，輸出信號可參見附圖11(b)。
圖3(C)是控制器的電路圖，主要由單穩(wěn)態(tài)集成塊39和電阻43電容42所組成，集成塊(39)的正觸發(fā)端A和復(fù)位端(B)接＋5V，Cekf端(Q)接電容(42)，而Cekf／Rekf端(Q)接電容(42)的另一端和可調(diào)電阻43的一端，電阻43的另一端接＋5V，單穩(wěn)態(tài)集成塊39的負(fù)觸發(fā)端接振蕩器( )的輸出端，而＋VCC端(B)接＋5V，GND端(Q)接地，其Q，Q輸出控制信號主零電平觸發(fā)器(8)，電阻43電容42的積決定了延時(shí)控制脈沖的寬度，其Q輸出正向脈寬為t2，其波形如圖11(C)，Q輸出正向脈寬為t3，其波形如圖11(d)，T＝t2＋t3，t2－t1≥5MS。
圖3(d)是窄脈沖發(fā)射電路圖，它由555集成芯片45和電阻46電容47組成單穩(wěn)態(tài)電路，時(shí)基電路45的4、8腳接＋5V，GND接地，控制端與腳對地接一個(gè)抗干擾的電容(44)，放電端(6)(7)腳相連后再接電阻(46)和電阻(47)，電阻46與電容(47)的積決定了輸出窄脈沖的寬度；負(fù)觸發(fā)輸入端2腳接收此延遲電路(2)的輸出信號，電阻46另一端接＋5V，電容47的另一端接地，時(shí)基電路(45)的輸出端(3)腳與電阻48，加速電容49之一端連接，電阻48電容49的另一端與抗干擾電阻50和高頻可控硅(52)的控制極連接，電阻50的另一端接地，可控硅52的陽極接負(fù)載電阻51，電容54，陰極接地，電阻51的另一端接＋300V，＋300V電源對地接濾波電容(53)，電容54的另一端接二極管55的負(fù)極并對地接放電電阻56，電阻57的一端接地，另一端接二極管55的陽極及插座(58)，其外殼接地，而插座的中心頭與接收放大(6)的輸入端相連接，時(shí)基電路(45)的3腳輸出一很窄的正脈沖去觸發(fā)高頻可控硅52，可控硅52的陽極輸出一個(gè)負(fù)向尖脈沖通過電容(54)電阻(56)二極管35至插座58進(jìn)入超聲波換能器4，當(dāng)不接換能器(4)時(shí)，窄脈沖發(fā)射的輸出波形如圖11(L)，高頻開關(guān)二極管(55)允許負(fù)向脈沖去觸發(fā)換能器(4)。
圖4是接收放大電路圖。電阻(59)與電感(60)二極管(61)(62)相連接以后再接地，電阻59和二極管(61)(62)起著限幅的作用，電感(60)和電容(63)構(gòu)成高通濾波器，電容(63)的另一端與電阻(64)相接后再接到視頻放大器(69)的十極偏置電阻(64)的另一端接地；電阻(65)(67)相連接后接到視頻放大器的一極，電阻(65)與電容(66)連接后接地，電阻(67)的另一端接到視頻放大器(69)的輸出端，電阻(67)(65)和電容(66)決定了第一級放大的交流放大倍數(shù)，負(fù)反饋電容(68)連接于視頻放大器(69)的，放大器(69)由±5V供電，電容(70)(75)電感(71)構(gòu)成高通濾波器，放大器(69)的輸出端又接到電容(70)，電容(70)與限幅二極管(72)(73)又接到電感(71)的另一端以后再接地，而電容(70)和二極管(72)(73)和電感(71)相接的一端又連接于電容(74)再接于視頻放大器(79)的1腳，視頻放大器(79)的＋VCC對地接濾波電容(80)，電阻(76)和(75)相接又與電阻(77)連接，連接于電阻(78)和視頻放大器(79)的3腳，電阻(76)的另一端接V8＝15V，電阻(79)的另一端又接于放大器(79)的2腳，電阻(77)(76)(75)決定放大器(79)的2腳的AGC電壓，也就是決定了這一級放大增益，放大器(79)的4腳和8腳都接地，3腳對地接一個(gè)偏置電阻(78)，放大器(79)的6腳7腳一同接于V＋＝15V，5腳(輸出端)對＋15V接一個(gè)負(fù)載電阻(81)和電容(82)，輸出信號通過電容(82)輸出到零電平觸發(fā)器(8)。
圖5是零電平觸發(fā)器的電路圖，主要由電阻(84)(85)和運(yùn)算放大器(87)，與非門(89)構(gòu)成一個(gè)選通施密特觸發(fā)器，同樣電阻(83)(86)和運(yùn)算放大器88與非門(90)也構(gòu)成另一個(gè)觸發(fā)器，電阻(83)(84)的一端連接后，其接點(diǎn)與接收放大(6)的輸出端相連接，電阻84的另一端與運(yùn)算放大器87的反相輸入端及電阻(85)連接，電阻85的另一端同“與非門”(89)的輸出端連接，并與B－S觸發(fā)器(9)的正邏輯觸發(fā)輸入端連接，觸發(fā)器87的同相輸入端接地，輸出端接“與非門”(89)的一個(gè)輸入端，與非門(89)的另一個(gè)輸入端(A)連接控制器(7)的正邏輯輸出Q。電阻83的另一端連接于運(yùn)算放大器88的反相輸入器端和電阻(86)的一端，電阻86另一端接“與非門”90的輸出端及R－S觸發(fā)器(9)的負(fù)邏輯輸入端，放大器88的同相輸入端接地，輸出端接“與非門”90的一個(gè)輸入端，“與非門”90的另一個(gè)輸入端接到控制器(7)的負(fù)邏輯輸出區(qū)，電阻(84、85)或(83、86)決定了兩個(gè)施密特觸發(fā)器的閥值電壓，放大以后的信號從電阻(83)(84)輸入，A端控制信號接收控制器(7)的Q端輸出的脈沖，與非門只選通發(fā)射脈沖信號，B制端接收控制器(7)的Q輸出信號；與非門90只選通回波信號，發(fā)射信號和回波信號，分離以后的脈沖送入R－S觸發(fā)器(9)，其波形見圖11(h)(i)。
圖6是R－S觸發(fā)器的電路圖，與非門(91)的一個(gè)輸入端接收從零電平觸發(fā)器(8)采的發(fā)射信號，而另一個(gè)輸入端和“與非門”(92)的輸出端連接，與非門(91)的輸出端Q接模擬擴(kuò)展器(10)的Q端，“與非門”(91)的一個(gè)輸入端接收從零電平觸發(fā)器(8)來的回波信號，另一個(gè)輸入端與與非門(91)的輸出端連接，與非門(92)的輸出端Q與模擬擴(kuò)展器(10)的Q端連接，R－S觸發(fā)器的兩個(gè)輸入信號端均為脈沖下降沿觸發(fā)。
圖7是模擬擴(kuò)展器的電路圖。輸出端集電極開路的或非門(93)(94)的兩個(gè)輸入端連接于R－S觸發(fā)器(9)的負(fù)邏輯輸出Q，或非門(93)的輸出端與二極管97的正極相接，電容(99)的一端與電阻95的一端連接，電阻(95)的另一端接于＋5V，三極管(101)接二極管(97)的負(fù)極及電容(99)的另一端，三極管(101)的發(fā)射極接地，集電極接于電阻(103)的一端，該電阻的另一端接于二極管(105)的負(fù)極和三極管(110)的基極，電阻(106)一端接于二極管(105)的正極，另一端接＋15V，電阻(109)一端也接＋15V，另一端接三極管 (110)的發(fā)射極；電容(113)的一端接地，而另一端接于三極管(110)的集電極，三極管(111)的集電極及電壓比C較器(114)的反相輸入端，或非門(94)的一個(gè)輸入端接R－S觸發(fā)器的正邏輯輸出端Q，另一端接電壓比較器(114)的輸出端，或非門(94)輸出端接電容(98)一端和二極管(100)的正極，并對＋5V接一電阻(96)，三極管(102)的基極接地，發(fā)射極接二極管(100)的負(fù)極，電容(98)的另一端，三極管(102)的集電極接于電阻(104)的一端，電阻(104)的另一端接二極管(107)正極，三極管(111)的基極，電阻(108)一端接二極管(107)的負(fù)極，另一端接－15V，電阻(112)一端接三極管(111)的發(fā)射極，另一端接－15V，電阻(115)一端接地，另一端接電壓比較器114的同相輸入端和電阻(116)的一端，電阻(116)另一端又接于比較器(114)的輸出端，電壓比較器(114)的GND端接，采用＋10V，－5V電源供電，輸出端接至?xí)r間計(jì)數(shù)器(11)的輸入端?；蚍情T(93、94)加負(fù)載電阻(95、96)供給三極管(101、102)足夠的驅(qū)動電流，或非門(93)構(gòu)成反相器，輸入端Q接收從R－S觸發(fā)器Q端輸出的信號，電容(98、99)和二極管(97、100)起抗干擾的作用；或非門(94)的一個(gè)輸入端S接收從R－S觸發(fā)器(9)的Q端輸出信號，另一個(gè)輸入端接收從電壓比較器114輸出端來的信號，兩者或非以后，決定三極管(102)的通斷。二極管(105、107)作溫度補(bǔ)償用，三極管(110、111)是充放電電流源，電阻(109)決定三極管(110)的充電電流電阻(112)決定三極管(111)放電電流，電阻(112)與電阻(109)的比值決定脈沖寬度的擴(kuò)展倍數(shù)n。電容(113)是積分電容，電壓比較器(114)與外圍元件組成了施密特觸發(fā)器，電阻(116)與電阻(115)的比值決定了電壓比較器(114)的閥值電壓，在Q端出現(xiàn)正脈沖時(shí)，Q端出現(xiàn)對應(yīng)的負(fù)脈沖，或非門(93)的輸出為H，或非門(94)輸出為L，三極管(101)和(110)都導(dǎo)通，而三極管(102)(110)都截止，電源通過電阻(109)(110)以電流I對電容113充電，充電到比較器(114)的翻轉(zhuǎn)電壓時(shí)，比較器(114)的輸出變成L，或非門 輸出仍為L，三極管(102)和(111)仍舊截止。在Q端正脈沖過去以后，或非門(93)輸出L，三極管(101)(110)都截止，停止充電，但或非門94是L＋L輸出H，三極管(102、111)導(dǎo)通，電源通過電阻(112)，三極管(111)又以I／n的電流放電，直到比較器(114)翻轉(zhuǎn)，輸出變成H，此時(shí)或非門(94)為L＋H輸出L，三極管(102)(111)都截止，停止放電，這樣，時(shí)間比原來擴(kuò)展了幾倍，擴(kuò)展后的輸出波形可參見附圖11(i)，它從電壓比較器(114)的輸出端輸出至?xí)r間計(jì)數(shù)器的輸入端。
圖8是時(shí)間計(jì)數(shù)器電路圖，其主要集成塊(119)是大規(guī)模集成線路7226B，其輸入腳2接“異或非”門(117)的輸出端，而它的輸入端接地，另一個(gè)輸入端與異或非門(118)的一個(gè)輸入端短接后連接模擴(kuò)展器(10)的輸出端，異或非門(118)的另一個(gè)輸入端接＋5V，而輸出端接集成塊(119)的另一個(gè)輸入腳(40)，集成塊(119)的25、34、37腳接＋5V，＋5V對地接濾波電容(124)(125)，集成塊(119)的35和36腳間并接電阻(123)和晶振(122)，集成塊(119)的36腳與＋5V間接電容(120)，集成塊(119)的35腳與＋5V之間接電容(121)，集成塊(119)的1腳對地接有抗干擾用的電容(126)，集成塊(119)的12腳接地，19腳對地接有電容(137)和無鎖常開關(guān)(136)，其功能輸入的4腳與13腳(D4輸出)之間接有一電阻(127)，閘門時(shí)間輸入(21)腳與11腳(D3輸出)之間連接電阻179，其BCD碼(8421碼)輸出端(7腳、6腳、17腳、18腳)與液晶顯示電路12的BCD碼輸入端之間接有對應(yīng)的積分電阻(129、128、132、133)和對地接積分電阻(131、130、134、135)。元件(138、139、142、143)均是二輸入端“與非門”與非門(139)的一個(gè)輸入端接集成塊(119)的D2輸出，另一個(gè)輸入端與集成塊(139)的一個(gè)輸入端短接后連接于集成塊(119)的D。輸出，與非門(139)的另一個(gè)輸入端接集成塊(119)的D1輸出，與非門(138)的輸出連接液晶顯示電路(12)的DS1輸入端，與非門(139)的輸出連接液晶顯示電路(12)的DS2的輸入端，與非門(142)的一個(gè)輸入端與集成塊(119)的D6輸出相接，另一個(gè)輸入端又與“與非門”(43)的一個(gè)輸入端連接，并與集成塊(119)的D4輸出端連接，與非門(143)的另一個(gè)輸出端又與集成塊(119)的D5輸出端連接，與非門(142)的輸出端又與液晶顯示電路(12)的DS3連接，與非門(143)的輸出又與液晶顯示電路(12)的DS4端連接；與門電路 (140)(141)均有4個(gè)輸入端，與門(140)的4個(gè)輸入端分別與集成塊(119)的D0、D1、D2和D3輸出端相連接，與門(141)的4個(gè)輸入端也分別與集成塊(119)的輸出端D4、D5、D6、D7相接，與門(140)的輸出與CS1和CS2相連接，與門(141)的輸出和CS3和CS4相接。
異或非門(117)構(gòu)成反相器，異或非門(118)構(gòu)成同相器，各有一輸入端互相連接并接收從模擬擴(kuò)展器(10)輸出的負(fù)脈沖信號。
圖9是液晶顯示電路圖，集成塊(144)(145)是4位LCD譯碼顯示驅(qū)動專用集成塊，其中集成塊144是高4位譯碼顯示驅(qū)動，而集成塊(145)是低4位譯碼顯示驅(qū)動，集成塊(145)的36腳與＋5V間接一個(gè)振蕩電容(146)，而35腳(GND)接地，集成塊(144)的35(GND)腳和36(OSC)腳接地，集成塊(144)和(145)的I腳都接＋5V，集成塊(144)和(145)的輸入端(B8、B4、B2、B1)都與時(shí)間計(jì)數(shù)器(11)的B8、B4、B2、B1一一對應(yīng)連接集成塊(144)的輸入端CS3、CS4、DS3、DS4與時(shí)間計(jì)數(shù)器(11)的對應(yīng)的輸出端一一對應(yīng)連接，而集成塊(145)的CS1、CS2、DS1、DS2的輸入端與時(shí)間計(jì)數(shù)器(11)的對應(yīng)的輸出端也一一對應(yīng)地連接。LCD顯示屏(147)的管腳與集成塊(144)和(145)的輸出段碼管腳背電極管腳也一一對應(yīng)地連接，測量的超聲波回波時(shí)間以數(shù)字在LCD顯示屏上顯示出來。
圖10是電源電路圖，220伏50HZ的交流電經(jīng)變壓器(148)降壓，輸出兩組次級電壓，其中一組次級電壓經(jīng)二極管(149)和(151)，電容(150)(152)濾波，輸出±15V電源供給恒溫槽電路恒溫使用，而另一組次級電壓經(jīng)全橋的整流，電容(154)(155)濾波，輸出＋12V電壓，當(dāng)開關(guān)(156)閉合時(shí)，＋12V電壓經(jīng)限流電阻供給開關(guān)功率集成塊(162)，集成塊(162)的輸出端與＋12V電源間接開關(guān)變壓器(163)的初級，集成塊(162)的1腳和4腳接有振蕩電阻，集成塊(162)的1腳對地接有振蕩電容(160)，開關(guān)變壓器(163)的2組次級經(jīng)整流濾波以后輸出＋300V、±15V電壓，集成塊(169)穩(wěn)壓后得到－5V電壓，集成塊(174)穩(wěn)壓輸出＋10V電壓，集成塊(176)穩(wěn)壓輸出＋5V電壓；電路中二極管是(164)(166)(171)濾波電容依次是(165)(167)(168)(170)(172)(173)(175)和(177)。從＋300V輸出端接一個(gè)反饋回路到集成塊(162)的2腳，電阻(157)與可調(diào)電阻(158)在集成塊(162)2腳的分壓比決定了開關(guān)變壓器的輸出電壓，調(diào)正電阻(158)使＋300V電壓與設(shè)計(jì)相吻合，當(dāng)電壓大于＋300V時(shí)，集成塊(162)的2腳導(dǎo)通，促使振蕩停止，輸出電壓下降，當(dāng)電壓小于＋300V時(shí)，振蕩導(dǎo)通時(shí)間加長，而輸出電壓升高，如此可以自動穩(wěn)壓輸出。
圖11是應(yīng)力儀工作波形圖，各波形已在前圖中闡述。
圖12是應(yīng)力儀的外形示意圖，機(jī)殼上部和側(cè)面均有散熱孔(178)，在機(jī)殼前部的面板上，左角有液晶顯示屏(147)與圖9中LCD顯示屏對應(yīng)，面板(179)的右下部依次裝有表示恒溫的開關(guān)(27)復(fù)原的開關(guān)(136)，電源開關(guān)(156)，至于第4個(gè)按鈕表示增益，相當(dāng)于圖4中的可調(diào)電阻(76)，表示觸發(fā)的按鈕，相當(dāng)于圖3(C)中的可調(diào)電阻(43)表示發(fā)射的按鈕，相當(dāng)于圖3(d)中的插座(58)。
圖13、恒溫槽的結(jié)構(gòu)圖，在截面為 字形的聚丙烯內(nèi)膽(180)內(nèi)用尼龍螺絲(181)固定一層鋁層(182)，散熱片(183)也用尼龍螺絲(184)固定在聚丙烯內(nèi)膽(180)上面，鋁層(182)與電路板(185)連接；儲冷器(186)用尼龍螺絲(187)固定在鋁層(182)上面，在散熱片(183)和儲冷器(186)之間裝有半導(dǎo)體致冷器(186)和隔熱材料(189)，聚丙烯內(nèi)膽(180)和聚丙烯蓋板( )都用尼龍螺絲連接。
圖14是散熱片的示意圖，散熱片組裝在底板上面，底板有孔用于固定尼龍螺絲。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本超聲波應(yīng)力儀具有下列優(yōu)點(diǎn)1、可以不使用示波器進(jìn)行檢測，精度高。
2、便于攜帶，適用于現(xiàn)場。
3、采用恒溫槽等結(jié)構(gòu)，溫度穩(wěn)定性良好。
4、抗干擾能力較強(qiáng)。
權(quán)利要求1.一種超聲波應(yīng)力儀，其特征在于該應(yīng)力儀由振蕩器(1)、延遲電路(2)、窄脈沖發(fā)射(3)、換能器(4)、試樣(5)、接收放大(6)、控制器(7)、零電平觸發(fā)器(8)、R-S觸發(fā)器(9)、模擬擴(kuò)展器(10)、時(shí)間計(jì)數(shù)器(11)、液晶顯示電路(12)、電源(13)、恒溫槽(14)組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)力儀，其特征在于振蕩器(1)置于恒溫槽(14)中，其輸出端與延遲電路(2)及控制器(7)的輸入端連接；窄脈沖發(fā)射(3)的輸入端與延遲電路(2)的輸出端連接，其輸出端與換能器(4)連接；換能器(4)的一端與試樣(5)連接，另一端與接收放大(6)連接；零電平觸發(fā)器(8)的輸入端與接收放大(6)的輸出端連接；其控制端與控制器(7)的輸出端連接，輸出端(5)R－S觸發(fā)器(9)的輸入端連接；模擬擴(kuò)展器(10)的輸入端與R－S觸發(fā)器(9)的輸出端連接，其輸出端與時(shí)間計(jì)數(shù)(11)的輸入端連接，液晶顯示電路(12)的輸入端與時(shí)間計(jì)數(shù)器(11)的輸出端連接。電源(13)對上述1－12及14供電；模擬擴(kuò)展器(10)和時(shí)間計(jì)數(shù)器(11)均置于恒溫槽(14)中，恒溫槽用電源直接由交流整流濾波后供給。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)力儀，其特征在于恒溫槽(14)其溫度控制電路由電阻(19)、(20)、(21)、熱敏電阻(178)構(gòu)成比例電橋。運(yùn)算放大器(18)的反相輸入端與輸出端連接，構(gòu)成電壓跟隨器，其＋VCC接電源(13)的＋15V，－VCC接電源(13)的－15V端，同相輸入端與電阻(15)、電容(16)的正極及穩(wěn)壓管(17)的負(fù)極相連接，電阻(15)的另一端接＋15V，電容(16)的負(fù)極和穩(wěn)壓管(17)的正極一起接地。運(yùn)算放大器(18)的輸出端接電阻(19)、(20)，電阻(19)的另一端接運(yùn)算放大器(22)的同相輸入端和電阻(178)，電阻(20)的另一端接運(yùn)算放大器(22)的反相輸入端和可調(diào)電阻(21)，電位器(21)的另一端接地，運(yùn)算放大器(24)的同相輸入端接地，反相輸入端接可調(diào)電阻(23)和電阻(25)，運(yùn)算放大器(24)的輸出端接電阻(25)和電阻(178)，運(yùn)算放大器(22)的輸出端接可調(diào)電阻(23)及運(yùn)算放大器(26)的同相輸入端，運(yùn)算放大器(26)的輸出端與其自身反相輸入端連接，并且接單刀雙擲開關(guān)(27)的中心觸頭，雙擲開關(guān)(27)的一端與三極管(28)的基極連接，另一端與三極管(29)的基極連接；三極管(28)的集電極接＋15V’，發(fā)射極接電阻(30)，三極管(29)的集電極接－15V’，發(fā)射極接電阻(31)，電阻(30)、(31)的另一端連在一起接半導(dǎo)體致冷器(32)的一端。半導(dǎo)體致冷器(32)的另一端接地。運(yùn)算放大器(18)、(22)、(24)、(26)由一塊四運(yùn)算放大器集成塊組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)力儀，其特征在于振蕩器(1)是由時(shí)基集成電路(36)加阻容元件構(gòu)成，集成電路(36)的(4)、(8)腳接＋5V，電阻(33)的一端接＋5V，另一端接(36)的放電端和電阻(34)，電阻(34)的另一端接電容(35)和(36)的負(fù)觸發(fā)端及閥值端。電容(35)的另一端接地。集成電路(36)的1腳接地，5腳對地接一個(gè)抗干擾電容。(36)的3腳是信號輸出端接至延遲電路(2)和控制器(7)的負(fù)觸發(fā)輸入端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)力儀，其特征在于延遲電路(2)，它由單穩(wěn)態(tài)電路構(gòu)成，單穩(wěn)態(tài)集成塊(38)的正觸發(fā)端和復(fù)位端接＋5V，Cekf端接電容(40)，Cekf／Rekf端接電容(40)的另一端和電阻(41)的一端，電阻(41)的另一端接＋5V。輸出信號從正邏輯輸出Q端輸出至窄脈沖發(fā)射3。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)力儀，其特征在于控制器(7)由單穩(wěn)態(tài)集成塊(39)的正觸發(fā)端及復(fù)位端接＋5V，Cekf端接電容(42)，Cekf／Rekf接電容(42)的另一端及可調(diào)電阻(43)的一端，可調(diào)電阻(43)的另一端接＋5V，單穩(wěn)態(tài)集成塊(39)的負(fù)觸發(fā)端接振蕩器的輸出端，單穩(wěn)態(tài)集成塊(39)的tVCC端接＋5V，GND端接地，其Q、Q輸出控制信號至零電平觸發(fā)器(8)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)力儀，其特征在于窄脈沖發(fā)射3，其時(shí)基電路(45)的4、8腳接＋5V，CND接地，控制端5腳對地接一只抗干擾電容(44)，放電端6、7腳相連后接電阻(46)、電容(47)，負(fù)觸發(fā)端(2)腳接收從延遲電路(2)輸出信號，電阻(46)的另一端接＋5V，電容(47)的另一端接地。時(shí)基電路(45)的輸出端3腳與電阻(48)、電容(49)的一端連接，電阻(48)、電容(49)的另一端與電阻(50)及高頻可控硅(52)的控制極連接，電阻(50)的另一端接地，高頻可控硅(52)的陽極接電阻(51)，電容(54)陽極接地，電阻(51)的另一端接＋300V，＋300V電源對地接濾波電容(53)，電容(54)的另一端接二極管(55)的負(fù)極并對地接放電阻(56)，電阻(57)的一端接地，另一端接二極管(55)的陽極及插座(58)，(58)的中心頭與接收放大(6)的輸入端連接，(58)的外殼接地。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)力儀，其特征在于零電平觸發(fā)器(8)，其電阻(83)、(84)的一端連接后其結(jié)點(diǎn)與接收放大(6)的輸出端連接，電阻(84)的另一端與運(yùn)算放大器(87)的反相輸入端及電阻(55)連接，電阻(85)的另一端同“與非門”(89)的輸出端連接，并與R－S觸發(fā)器(9)的正邏輯觸發(fā)輸入端連接；運(yùn)算放大器(87)的同相輸入端接地，輸出端接“與非”門(89)的一個(gè)輸入端，與非門(89)的另一個(gè)輸入端A連控制器(7)的正邏輯輸出Q。而電阻(83)的另一端接運(yùn)算放大器(88)的反相輸入端和電阻(86)的一端，電阻(86)的另一端接“與非”門(90)的輸出端及R－S觸發(fā)器(9)的負(fù)邏輯輸入端，運(yùn)算放大器(88)的同相輸入端接地，輸出端接“與非”門(90)的一個(gè)輸入端，“與非”門(90)的另一個(gè)輸入端接控制器(7)的負(fù)邏輯輸出Q。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)力儀，其特征在于模擬擴(kuò)展器(10)“或”非門(93)的兩個(gè)輸入端連接R－S觸發(fā)器(9)的負(fù)邏輯輸出Q，或非門(93)的輸出端與二極管(87)的正極，電容(99)的一端，電阻(95)的一端連接，電阻(95)的另一端接＋5V，三極管(101)接二極管(97)的負(fù)極及電容(99)的另一端，三極管(101)的發(fā)射極接地，集電極接電阻(103)的一端，電阻(103)的另一端接二極管(105)的負(fù)極和三極管(110)的基極；電阻(106)一端接二極管(105)的正極，一端接＋15V，電阻(109)一端接＋15V，另一端接三極管(110)的發(fā)射極；電容(113)的一端接地，另一端接三極管(110)，(111)的集電極及電壓比較器(114)的反相輸入端?！盎蚍恰遍T(94)的一個(gè)輸入端接R－S觸發(fā)器的正邏輯輸出端Q，另一輸入端接電壓比較器(114)的輸出端，(94)的輸出端接電容(98)的一端及二極管(100)的正極，并對＋5V接一電阻(96)，三極管(102)的基極接地，發(fā)射極接二極管(100)的負(fù)極，電容(98)的另一端，三極管(102)的集電極接電阻(104)的一端，電阻(104)的另一端接二極管(107)的正極，三極管(111)的基極；電阻(108)一端接二極管(107)的負(fù)極，另一端接－15V，電阻(112)一端接三極管(111)的發(fā)射極，另一端接－15V；電阻(115)的一端接地，另一端接電壓比較器(114)的同相輸入端和電阻(116)的一端，電阻(116)的另一端接(114)的輸出端，電壓比較器的GND端接，采用＋10V，－5V電源供電，輸出端接至?xí)r間計(jì)數(shù)器(11)的輸入端。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)力儀，其特征在于時(shí)間計(jì)數(shù)器(11)，其主要集成塊(119)是大規(guī)模集成線路7226B，其輸入腳2接“異或非”門(117)的輸出端，或非門(117)的一個(gè)輸入端接地，另一個(gè)輸入端與“異或非”門(118)的一個(gè)輸入端短接后連接模擴(kuò)展器(10)的輸出端；或非門(118)的另一個(gè)輸入端接＋5V，或非門(118)的輸出端接集成塊(119)的另一輸入腳(40)；集成塊(119)的(25)、(34)、(37)腳接＋5V，＋5V對地接濾波電容(124)和(125)；集成塊(119)的35和36腳間并接電阻(123)及晶振(122)，集成塊(119)的36腳與＋5V間接電容(120)，集成塊(119)的35腳與＋5V間接電容(121)。集成塊(119)的1腳對地接有抗干擾用電容(126)，集成塊(119)的12腳接地，19腳對地接有電容(137)和無鎖常開關(guān)(136)，其功能輸入4腳與13腳(D4輸出)之間接有一電阻(127)，閘門時(shí)間輸入21腳與11腳(D3輸出)之間連接電阻(179)其BCD碼(8421碼)輸出端(7腳、6腳、17腳、18腳)與液晶顯示電路(12)的BCD碼輸入端之間接有對應(yīng)的積分電阻(129)，(128)、(132)、(133)和對地接積分電阻(131)、(130)、(134)、(135)。138、139、142、143均是二輸入端“與非”門。與非門(139)的一個(gè)輸入端接集成塊(119)的D2輸出，另一輸入端與(139)的一個(gè)輸入端短接后連接(119)的D。輸出，與非門(139)的另一個(gè)輸入端接集成塊(119)的D1輸出，與非門(139)的輸出連接液晶顯示電路(12)的DS1輸入端，與非門(139)輸出連接(12)的DS2輸入端；與非門(142)的一個(gè)輸入端與集成塊(119)的D6輸出，另一輸入端與與非門(143)的一個(gè)輸入端連接并與集成塊(119)的D4輸連接，與非門(143)的另一個(gè)輸入端與集成塊(119)的D5輸出連接，與非門(142)的輸出端與(12)的DS3連接，與非門(143)的輸出與(12)的DS4連接；“與門”電路(140)和(141)是四輸入端，與門電路(140)的四個(gè)輸入端分別與集成塊(119)的、D0、D1、D2、D3輸出連接，與門電路(141)的四個(gè)輸入端分別與集成塊(119)的D4、D5、D6、D7輸出連接，與門電路(140)的輸出連接(12)的CS1和CS2，與門電路(141)的輸出與(12)的CS3和CS4連接。
專利摘要超聲波應(yīng)力儀是一種測量應(yīng)力的儀器，以聲彈效應(yīng)原理為基礎(chǔ)通過測定超聲波在構(gòu)件中的傳播時(shí)間可算出構(gòu)件的應(yīng)力，主要由振蕩器延遲電器，窄脈沖發(fā)射、換能器、接收放大控制器、零電平觸發(fā)器、R-S觸發(fā)器、模擬擴(kuò)展器時(shí)間計(jì)算器、液晶顯示電路、電源及恒溫槽組成，本儀器抗干擾能力強(qiáng)，溫度影響小，精度高，便于攜帶使用。
文檔編號G01L1/25GK2099310SQ9122486
公開日1992年3月18日 申請日期1991年9月16日 優(yōu)先權(quán)日1991年9月16日
發(fā)明者張寶明 申請人:鐵道部大橋工程局橋梁科學(xué)研究所