一种里氏硬度传感器的制作方法

1.本实用新型属于传感器技术领域，具体涉及一种里氏硬度传感器。


背景技术：

2.随着单片机技术的发展，1978年瑞士认leeb博士首次提出了一种全新的硬度测量方法，其基本原理是具有一定质量的冲击体在一定试验力作用下冲击试样表面，测量冲击体距试样表面1mm处的冲击速度与回跳速度，里氏硬度值以冲击体回跳速度与冲击速度之比来表示，较硬的材料产生的反弹速度大于较软者，该里氏硬度值的计算公式如下：
3.hl＝1000
×
(vb/va)；其中，hl表示里氏硬度值，vb表示冲击体回跳速度，va冲击体冲击速度。
4.对于里氏硬度计的传感器(也叫冲击装置)，利用电磁原理让线圈感应出与速度成正比的电压，只要测出感应电压之比就能算出回跳速度与冲击速度之比，也可得到里氏硬度值。
5.现有技术中，对于传感器采集的信号，需要通过线缆传输到主机中。然而，由于冲击装置和主机通过线缆连接，操作时不方便。由于冲击装置仅产生原始电压信号，需要通过线缆传输到主机后，主机再进行放大和处理。在使用分体式里氏硬度计时，冲击装置需要进行加载、释放等操作，还经常需要从不同方向对试样进行测试，使得线缆会影响冲击装置测试过程，也容易拖拽主机致其跌落损坏；此外，线缆在传输信号过程中，极其容易受到外界电磁环境的影响，导致数据存在偏差。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是提供一种里氏硬度传感器，用于解决现有技术中存在的至少一个问题。
7.为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
8.本实用新型提供一种里氏硬度传感器，包括壳体，所述壳体内设有用于感应得到被测工件表面电压信号的冲击装置以及用于处理所述电压信号以获得里氏硬度值的电路板；
9.所述冲击装置包括线圈，所述电路板包括调理电路和arm微处理器，所述线圈的两端与所述调理电路电连接，以将所述电压信号传输至所述调理电路进行信号调理，所述调理电路与所述arm微处理器电连接，以使所述arm微处理器对调理后的电压信号进行计算，得到里氏硬度值；
10.所述arm微处理器设有通信模块，所述通信模块与外部智能终端通信连接。
11.在一种可能的设计中，所述调理电路包括稳压电路和同相比例放大电路，所述稳压电路分别与所述同相比例放大电路的第一端电连接，所述同相比例放大电路的第一端还与所述线圈的两端电连接，所述同相比例放大电路的第二端与所述arm微处理器电连接。
12.在一种可能的设计中，所述稳压电路包括电压基准源芯片u2，所述电压基准源芯
片u2的第一引脚的第一端和第二引脚的第一端均与第一电阻r7的第一端以及第二电阻r8的第一端电连接，所述第一电阻r7的第二端接入电压电源，所述电压基准源芯片u2的第三引脚分别与接地端以及第一电容c2的第一端电连接，所述第一电容c2的第二端与所述第二电阻r8的第一端电连接，所述第二电阻r8的第二端与第一运算放大器u3b的同相输入端电连接，所述第一运算放大器u3b的反相输入端和输出端相互连接，所述第一运算放大器u3b的输出端与所述同相比例放大电路的第一端以及所述线圈的负极信号端电连接。
13.在一种可能的设计中，所述同相比例放大电路包括第三电阻r11、第二电容c1、第四电阻r12、第五电阻r6、第六电阻r13以及第二运算放大器u3a；
14.所述第三电阻r11的第一端和所述第二电容c1的第一端均与所述第一运算放大器u3b的输出端以及所述线圈的负极信号端电连接，所述第二电容c1的第二端、所述第四电阻r12的第一端以及所述第五电阻r6的第一端分别与所述线圈的正极信号端电连接，所述第五电阻r6的第二端接地，所述第四电阻r12的第二端与所述第二运算放大器u3a的同相输入端电连接，所述第三电阻r11的第二端和所述第六电阻r13的第一端与所述第二运算放大器u3a的反相输入端电连接，所述第二运算放大器u3a的输出端与所述arm微处理器电连接。
15.在一种可能的设计中，所述arm微处理器采用cortex m0内核的arm微处理器。
16.在一种可能的设计中，所述通信模块为有线通信模块，所述有线通信模块包括usb接口芯片，所述usb接口芯片的一端与所述arm微处理器电连接，所述usb接口芯片的另一端与数据线电连接，所述数据线远离所述usb接口芯片的一端设有usb接口。
17.在一种可能的设计中，所述通信模块为无线通信模块，所述无线通信模块与外部智能终端无线通信连接。
18.有益效果：
19.本实用新型中的里氏硬度传感器，通过在壳体将用于感应被测工件表面电压信号的冲击装置以及用于处理电压信号以获得里氏硬度值的电路板集成设置，其中，冲击装置的线圈在获得感应电动势信号后，发送至电路板的调理电路，调理电路将信号放大后发送至arm微处理器，arm微处理器对电压信号进行计算，得到里氏硬度值，然后利用arm微处理器的通信模块将处理结果发送至智能终端，该智能终端可以对采集的波形进行可视化显示。即本技术将数据采集、数据处理和数据传输均集成在传感器内部，避免在数据传输时受到外界干扰，提高传感器的智能程度；且本技术采用的电子器件为低功耗器件，使得设备功耗非常低，节约硬件成本。
附图说明
20.图1为本实施例中里氏硬度传感器的结构框图；
21.图2为本实施例中调理电路的电路结构图；
22.图3为本实施例中arm微处理器的电路结构图。
23.其中，1-壳体；2-冲击装置；3-电路板；4-线圈；5-调理电路；6-arm微处理器；7-通信模块；8-稳压电路；9-同相比例放大电路。
具体实施方式
24.为使本说明书实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本说明书实
施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
25.实施例
26.如图1-3所示，本实用新型提供一种里氏硬度传感器，包括壳体1，所述壳体1内设有用于感应被测工件表面电压信号的冲击装置2以及用于处理所述电压信号以获得里氏硬度值的电路板3；所述冲击装置2包括线圈4，所述电路板3包括调理电路5和arm微处理器6；所述线圈4的两端与所述调理电路5电连接，以将所述电压信号传输至所述调理电路5进行信号调理，所述调理电路5与所述arm微处理器6电连接，以使所述arm微处理器6对调理后的电压信号进行计算，得到里氏硬度值；所述arm微处理器6设有通信模块7，所述通信模块7与外部智能终端通信连接。
27.其中，优选的，所述arm微处理器6采用cortex m0内核的arm微处理器6，该微处理器既可以利用内部的adc模块进行数据采集，又能进行数据处理和运算，提高了传感器的智能化水平。
28.基于上述公开的内容，通过在壳体1将用于感应被测工件表面电压信号的冲击装置2以及用于处理电压信号以获得里氏硬度值的电路板3集成设置，其中，冲击装置2的线圈4在获得感应电动势信号后，发送至电路板3的调理电路5，调理电路5将信号放大后发送至arm微处理器6，arm微处理器6对电压信号进行计算，得到里氏硬度值，然后利用arm微处理器6的通信模块7将处理结果发送至智能终端，该智能终端可以对采集的波形进行可视化显示。即本技术将数据采集、数据处理和数据传输均集成在传感器内部，避免在数据传输时受到外界干扰，提高传感器的智能程度。
29.在一种可能的设计中，所述调理电路5包括稳压电路8和同相比例放大电路9，所述稳压电路8分别与所述同相比例放大电路9的第一端电连接，所述同相比例放大电路9的第一端还与所述线圈4的两端电连接，所述同相比例放大电路9的第二端与所述arm微处理器6电连接。
30.具体的，所述稳压电路8包括电压基准源芯片u2，所述电压基准源芯片u2的第一引脚的第一端和第二引脚的第一端均与第一电阻r7的第一端以及第二电阻r8的第一端电连接，所述第一电阻r7的第二端接入电压电源，所述电压基准源芯片u2的第三引脚分别与接地端以及第一电容c2的第一端电连接，所述第一电容c2的第二端与所述第二电阻r8的第一端电连接，所述第二电阻r8的第二端与第一运算放大器u3b的同相输入端电连接，所述第一运算放大器u3b的反相输入端和输出端相互连接，所述第一运算放大器u3b的输出端与所述同相比例放大电路9的第一端以及所述线圈4的负极信号端电连接。
31.其中，所述稳压电路8的工作原理为：
32.首先，sig-和sig+是线圈4的两个端子，线圈4的输出信号是冲击体穿过线圈4时的感应电动势。所述电压基准源芯u2可以输出一个稳定的2.5v电压，在模拟电路中第一运算放大器u3b的输出端7脚与反相输入端6脚相连接,形成典型的深度负反馈电路，利用运算放大器虚短的概念(即6脚和5脚相当于短路在一起，具有相同的电压)，可以得出7脚的电压会跟随5脚的电压，而且由于运算放大器的输出阻抗低，而输入阻抗高，因此第一运算放大器
u3b跟随电路起到了提高驱动能力的作用。而又由于sig-的电等于输出端7脚的电位，因此也是2.5v，而且是一个稳定的2.5v，这是因为第一运算放大器u3b的输出阻抗小，相当于电池内阻小，不会产生内部分压，使得sig-的电位很稳定，从而实现稳压。
33.具体的，所述同相比例放大电路9包括第三电阻r11、第二电容c1、第四电阻r12、第五电阻r6、第六电阻r13以及第二运算放大器u3a；
34.所述第三电阻r11的第一端和所述第二电容c1的第一端均与所述第一运算放大器u3b的输出端以及所述线圈4的负极信号端电连接，所述第二电容c1的第二端、所述第四电阻r12的第一端以及所述第五电阻r6的第一端分别与所述线圈4的正极信号端电连接，所述第五电阻r6的第二端接地，所述第四电阻r12的第二端与所述第二运算放大器u3a的同相输入端电连接，所述第三电阻r11的第二端和所述第六电阻r13的第一端与所述第二运算放大器u3a的反相输入端电连接，所述第二运算放大器u3a的输出端与所述arm微处理器6电连接。
35.其中，需要说明的是，本实施例采用的同相比例放大电路9为典型的放大电路，其具体的电路原理为现有技术，此处不再赘述。
36.其中，需要说明的是，由于切割磁力线时会产生电压，而当冲击体碰到工件表面回弹而穿越线圈4时，又会经过产生一个反向的电压，这个电压的幅值最大为200mv。根据运算放大器的特性，可以推算出，第二运算放大器u3a的输出端1脚输出的是一个峰值电压为1v，以2.5v为基准，上下浮动在
±
1v以内电压信号。通过计算在距离工件1mm处回弹速度与入射速度的比值，就可以计算出里氏硬度hl＝(vb/va)
×
100％；其中，第二运算放大器u3a的输出端1脚的电压可以直接输入到所述arm微处理器6中，并利用所述arm微处理器6内置的adc模块对该电压进行采集，从而计算得到峰值电压的比值，即上述公式中的vb/va，
37.在一种可能的设计中，所述通信模块7为有线通信模块7，所述有线通信模块7包括usb接口芯片，所述usb接口芯片的一端与所述arm微处理器6电连接，所述usb接口芯片的另一端与数据线电连接，所述数据线远离所述usb接口芯片的一端设有usb接口，则通过将usb接口插接在具有otg功能的智能终端上，可以实现传感器与智能终端的数据传输，并对测试信号的波形和计算结果进行可视化显示；其中，所述智能终端包括但不限于手机、平板电脑、电脑等，此处不做限定。当然，可以理解的是，本实施例的通信模块7也可以采用无线通信模块7，优选的，采用蓝牙通信模块7，从而通过蓝牙通信模块7与外部智能终端进行无线通信，实现数据传输。
38.有益效果：
39.本实施例中的里氏硬度传感器，通过在壳体1将用于感应被测工件表面电压信号的冲击装置2以及用于处理电压信号以获得里氏硬度值的电路板3集成设置，其中，冲击装置2的线圈4在获得感应电动势信号后，发送至电路板3的调理电路5，调理电路5将信号放大后发送至arm微处理器6，arm微处理器6对电压信号进行计算，得到里氏硬度值，然后利用arm微处理器6的通信模块7将处理结果发送至智能终端，该智能终端可以对采集的波形进行可视化显示。即本技术将数据采集、数据处理和数据传输均集成在传感器内部，避免在数据传输时受到外界干扰，提高传感器的智能程度；且本技术采用的电子器件为低功耗器件，使得设备功耗非常低，节约硬件成本。
40.最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本
实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。