一种用于里氏硬度计探头识别和信号放大的电路

摘要

本发明提供了一种用于里氏硬度计探头识别和信号放大的电路，包括Signal端，所述Signal端后接有仪表放大器U1B的输出端，所述仪表放大器U1B的输出端通过导线与仪表放大器U1B的反向输入端相连接，所述仪表放大器U1B的电源负极接地，所述仪表放大器U1B的电源正极接有电源AVcc，仪表放大器U1B的同向输入端接有型号为AD623BR的仪表放大器U3，并与仪表放大器U3的输出端相连接，仪表放大器U3的电源负极接地。本发明具有该电路将单端放大变为双端放大，提高了电路的抗干扰能力，提升的抗干扰能力至6dB，测量精度高，误差限在4HLD以下，能够识别探头插入和未插入的状态，减小了仪器的待机功耗，每次使用功耗在6mA一下，可持续使用两年的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及机械电子电路领域，尤其涉及一种用于里氏硬度计探头识别和信号放大的电路。

背景技术

随着单片机技术的发展，1978 年瑞士人Leeb博士首次提出了一种全新的测量硬度方法，它的基本原理是具有一定质量的冲击体在一定的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，

计算公式：HL=1000×(Vb/Va)

式中： HL—里氏硬度值 Vb—冲击体回跳速度 Va—冲击体冲击速度

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。

冲击装置有D，C，DL，DC，G等多种型号，为了区分不同的冲击装置，行业内约定，在冲击装置的内部加上一个识别电阻，其中D探头的识别电阻是0Ω，DL探头的识别电阻是无穷大，也就是开路，现在市面上存在的里氏硬度计，多数是对里氏硬度计冲击装置（探头）输出的电信号进行单端放大，单端放大的特点信号容易受到干扰，而在探头识别的过程中也无法确认DL探头插入和无探头插入两种状态,这样的话，里氏硬度计主机需要一直处于数据采集热备状态，即使在探头未插入时也需要不断地进行数据采集，这就增加了仪器的功耗。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术所存在的不足之处，提供一种用于里氏硬度计探头识别和信号放大的电路，该电路将单端放大变为双端放大，提高了电路的抗干扰能力，提升的抗干扰能力至6dB，测量精度高，误差限在4HLD以下，能够识别探头插入和未插入的状态，减小了仪器的待机功耗，每次使用功耗在6mA一下，可持续使用两年。

本发明的技术解决方案是，提供如下一种用于里氏硬度计探头识别和信号放大的电路，其特征是：包括仪表放大器U1A、电阻R1、电阻R2、传感器SENSOR1、电容C3、电阻R3、仪表放大器U3、电容C6、电容C5、电阻R4、仪表放大器U2A、电容C1、电容C2、电阻R5、存储器U4以及连接导线。

作为优选，一种用于里氏硬度计探头识别和信号放大的电路，包括Signal端，所述Signal端后接有仪表放大器U1B的输出端，所述仪表放大器U1B的输出端通过导线与仪表放大器U1B的反向输入端相连接，所述仪表放大器U1B的电源负极接地，所述仪表放大器U1B的电源正极接有电源AVcc。

作为优选，电源AVcc上还接有电容C1，电容C1后接地，电源AVcc上还接有电容C2，电容C2为有极性电容，电容C2的正极与电源AVcc相连接，电容C2后接地。

作为优选，仪表放大器U1B的同向输入端接有型号为AD623BR的仪表放大器U3，并与仪表放大器U3的输出端相连接，仪表放大器U3的电源负极接地。

作为优选，仪表放大器U3的电源正极接有AVcc电源，AVcc电源上还接有电容C5，电容C5后接地，电容C5上还并联接有电容C6，电容C6为有极性电容，电容C6的正极与电源AVcc相连接，仪表放大器U3的1号脚和8号脚为仪表放大器的增益控制端，二者之间跨接一个增益控制电阻R4，5脚是输出参考端。

作为优选，仪表放大器U3的同向输入端和反向输入端之间通过电容C3相连接，仪表放大器U3的反向输入端上还接有电阻R3，电阻R3后接地，仪表放大器U3的同向输入端为VREF端，VREF端后接有电阻R5，电阻R5后接有AVcc电源。

作为优选，VREF端后还接有型号为LM4041AIM3-1.2存储器U4，并与存储器U4的1号接线脚连接，存储器U4的2号接线脚接地，存储器U4的3号接线脚空置。

作为优选，传感器SENSOR1上设有三个接线脚，其中传感器SENSOR1上的3号接线脚与存储器U4的1号接线脚相连接，传感器SENSOR1上的2号接线脚与仪表放大器U3的反向输入端相连接，传感器SENSOR1上的1号接线脚上接有电阻R2，电阻R2后接地，传感器SENSOR1上的1号接线脚上还接有仪表放大器U1A，并与仪表放大器U1A的同向输入端相连接。

作为优选，仪表放大器U1A的电源正极和仪表放大器U1A的电源负极空置，仪表放大器U1A的反向输入端上接有电阻R1，电阻R1后与仪表放大器U1A的输出端相连接，仪表放大器U1A的输出端为Detect_insert端。

采用本技术方案的有益效果：提高了电路的抗干扰能力及仪器的测量精度；能够识别探头插入和未插入的状态，减小了仪器的待机功耗。

经试验验证，采用本发明的里氏硬度计探头识别和信号放大的电路，其测量误差不超过被测涂层厚度的±0.01%，测量精度高，性能可靠。

附图说明

图1为本发明的电路连接示意图。

具体实施方式

为便于说明，下面结合附图，对发明的用于里氏硬度计探头识别和信号放大的电路做详细说明。

如图1中所示，一种用于里氏硬度计探头识别和信号放大的电路，包括仪表放大器U1A、电阻R1、电阻R2、传感器SENSOR1、电容C3、电阻R3、仪表放大器U3、电容C6、电容C5、电阻R4、仪表放大器U2A、电容C1、电容C2、电阻R5、存储器U4以及连接导线。

所述的用于里氏硬度计探头识别和信号放大的电路，包括Signal端，

所述Signal端后接有仪表放大器U1B的输出端，

所述仪表放大器U1B的输出端通过导线与仪表放大器U1B的反向输入端相连接，

所述仪表放大器U1B的电源负极接地，

所述仪表放大器U1B的电源正极接有电源AVcc，

电源AVcc上还接有电容C1，电容C1后接地，

电源AVcc上还接有电容C2，电容C2为有极性电容，电容C2的正极与电源AVcc相连接，电容C2后接地，

仪表放大器U1B的同向输入端接有型号为AD623BR的仪表放大器U3，并与仪表放大器U3的输出端相连接，

仪表放大器U3的电源负极接地，

仪表放大器U3的电源正极接有AVcc电源，AVcc电源上还接有电容C5，电容C5后接地，

电容C5上还并联接有电容C6，电容C6为有极性电容，电容C6的正极与电源AVcc相连接，

仪表放大器U3的1号接线脚与仪表放大器U3的8号接线脚之间通过增益控制电阻R4连接，仪表放大器U3的5号接线脚是输出参考端REF端，

仪表放大器U3的同向输入端和反向输入端之间通过电容C3相连接，

仪表放大器U3的反向输入端上还接有电阻R3，电阻R3后接地，

仪表放大器U3的同向输入端为VREF端，VREF端后接有电阻R5，电阻R5后接有AVcc电源，

VREF端后还接有型号为LM4041AIM3-1.2存储器U4，并与存储器U4的1号接线脚连接，

存储器U4的2号接线脚接地，

存储器U4的3号接线脚空置，

传感器SENSOR1上设有三个接线脚，其中传感器SENSOR1上的3号接线脚与存储器U4的1号接线脚相连接，传感器SENSOR1上的2号接线脚与仪表放大器U3的反向输入端相连接，传感器SENSOR1上的1号接线脚上接有电阻R2，电阻R2后接地，

传感器SENSOR1上的1号接线脚上还接有仪表放大器U1A，并与仪表放大器U1A的同向输入端相连接，

仪表放大器U1A的电源正极和仪表放大器U1A的电源负极空置，

仪表放大器U1A的反向输入端上接有电阻R1，电阻R1后与仪表放大器U1A的输出端相连接，

仪表放大器U1A的输出端为Detect_insert端。

通过上述电路，可以直接识别DL探头，因为DL探头的识别电阻是无穷大（断路），传统的电路是无法识别探头是否插入，在探头未插入时，显示也为DL型，而本发明通过使用仪表传感器，控制两个输入端的电位来区分插入DL探头和未插入任何探头的情况，未插入探头时，两个输入端的电位分别是VREF和0，而插入DL探头之后，由于探头的线圈内部电阻很小，在冲击子不工作的时候线圈两端是等电位的，因为L1的电阻近似为零，两个输入端的电位都是VREF，仪器可以根据这个电位的变化来区分探头是否已经插入。

本电路采用仪表放大器进行放大，仪表放大器是精密差分放大器，可以最大限度的消除共模干扰，提高了检测精度，在传统的里氏硬度计信号放大电路中多数采用单端放大模式，单端输入单端输出，单端模式的最大特点是任何空间干扰或电路寄生参数噪声的电压误差都会传入下一级，这就造成了系统误差；而在本发明中运用的放大器为仪表放大器，仪表放大器的特点是差分放大，可以减少甚至消除共模干扰，而本发明将仪表放大器的参考电压VREF也输入到单片机进行采集，这个参考电压与信号VOUT，被单片机内部A/D转换器进行采集，通过软件实现差分采集，消除了地电位不平衡造成的数据采集误差，本电路采用OPA2340（U1）作为仪表放大器，采用AD623（U3）作为仪表放大器，采用LM4041AIM提供1.2V的基准电压源作为仪表放大器的参考电压。

采用本技术方案，该电路将单端放大变为双端放大，提高了电路的抗干扰能力，提升的抗干扰能力至6dB，测量精度高，误差限在4HLD以下，能够识别探头插入和未插入的状态，减小了仪器的待机功耗，每次使用功耗在6mA一下，可持续使用两年。

在上述实施例中，对本发明的最佳实施方式做了描述，很显然，在本发明的发明构思下，仍可做出很多变化。在此，应该说明，在本发明的发明构思下所做出的任何改变都将落入本发明的保护范围内。