一种渗硼层厚度测量仪制造技术

一种物理测量技术领域的渗硼层厚度测量仪，它包括传感器及信号处理单元，变频振荡器输出分别送往和两传感器通过电缆相连的驱动及信号放大器、相敏检波器、频率计。相敏检波器输出端分别接到减法器两输入端，减法器的输出和频率计的输出接计算机或Ｘ－Ｙ记录仪。本实用新型专利技术采用了频率扫描技术和有标样定量分析技术，具有电阻率突变明显，易于判定的特点，可对渗硼层厚度进行在线、快速、无损检测。（*该技术在2005年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
一种渗硼层厚度测量仪本技术属于物理
，更进一步涉及一种测量渗硼层厚度的测量仪。人们为了提高材料表面的耐磨性，常用的处理措施之一是表面渗硼。对于渗硼层厚度的精确测量，目前市场上出售的各种涂层厚度测厚仪对此无能为力，而国内外普遍采用的方法是剖切法，即沿垂直于渗硼层表面的方向切开工件，然后在光镜或扫描电镜下观察剖面，直接度量渗硼层厚度；在生产现场则是靠控制工艺参数来大致获得所要求的厚度。随着现代表面处理设备的发展，自动化程度的进一步提高，迫切求在生产现场能对渗硼层厚度进行快速、无损测试，以提高劳动生产率。然而截止目前在国内外这仍是一大难题。本技术的目的在于提供一种电阻率突变明显、易于判定的、可在生产现场直接对渗硼层的厚度进行快速、无损测试的测量仪器。本技术包括传感器及信号处理单元，信号处理单元中的变频振荡器的输出端分别接驱动与信号放大器的输入端、相敏检波器的控制端、频率计的输入端。驱动及信号放大器的驱动输出端通过电缆与传感器相连，驱动及信号放大器的信号输出端与相敏检波器的输入端相连。相敏检波器的输出端和减法器的输入端相连，减法器的输出端和频率计的输出端将电阻率-->差值信号及频率信号送往外部X-Y记录仪鄞计算机。下面结合附图对本技术作进一步的描述。图1为本技术的方框图。图2为本技术的驱动及放大器电原理图。图3为本技术的变频振荡器电原理图。图4为本技术的相敏检波器电原理图。图1是渗硼层厚度测试仪方框图。在图1中，1、2为电涡流传感器。3、4为驱动及信号放大器。5、6为相敏检波器。7为变频振荡器。9为由IC1及R1、R2、R3组成的减法器，IC1采用高精度低漂移运算放大器OP-07芯片。本技术的变频振荡器7的输出分别送往和两传感器通过电缆相连的驱动及信号放大器3、4，还送往相敏检波器5、6，以及频率计8的输入端，相敏检波器5、6的输出端V0、V0’分别和减法器9的两输入端相连，减去器9的输出端Y-OUT和频率计8的输出端X-OUT可接外部计算机进行数据的进一步处理。图中传感器探头1、2采用聚四氟乙烯骨架、在其上用纯银导线绕制成一扁平线圈，然后封装在聚四氟乙烯制作的壳体内，其外形结构取决于试样的形状。图1中样品10和试样11系同一材质、同一形状、同一安装方式，标样10为未渗硼样品，试样11为渗硼待测样品。变频振荡器7输出正弦波信号VB经驱动及放大器3到传感器1，在试样10的表层内产生涡流，其趋肤深度随传感器频率的增高而变浅。样品的电阻率不同，在样品表面产生的涡流的损耗程-->度不同，传感器的阻抗变化也就不同；一般而言，当其它条件不变时，样品电阻率越大，涡流损耗越小，传感器的阻抗也就越大。因而，根据传感器阻抗的变化，就可获知对应激励频率在样品表面产生趋肤深度内的电阻率变化的平均值。在图1中，传感器阻抗的变化经过驱动及信号放大器3放大、送往相敏检波器5进行检波滤波，输出一反映样品表层一定深度内电阻率大小的直流信号。激励频率不同，趋肤深度不同，所测的电阻率也就代表了样品表面不同深度层的电阻率。传感器的激励频率即变频振荡器7的输出经频率计8转换成直流电压信号X-0UT输出，它的大小反映了测试的深度。为更有效的提取渗硼层厚度的信息。将反映渗硼层电阻率的信号V0与反映未渗硼层电阻率的信号V0′相比较，即相减，从而消除了基底材料等的影响。图2驱动及信号放大器由两部分组成，一部分是驱动信号放大器12，另一部分是传感器信号放大器13。变频振荡器输出的正弦波信号VB需要经过功率放大方能作为传感器的驱动信号，而驱动信号放大器12正是完成此功能的功率放大器。其输入信号为变频振荡器的输出信号VB，VB经电阻R4与电位器P1组成的衰减器生成合适的电压信号，再经电容器C1耦合到运算放大器IC2的负端；IC2与Q1、Q2组成的负反馈放大器对此进行功率放大驱动变压器T1的初级；宽频带运算放大器IC2采用宽频带运算放大器CA3100芯片，三极管Q1、Q2分别为2N5053、-->2N4037。IC2的输出和推挽电路Q1、Q2相连，输出经变压器T1后输出一功率信号V1。电涡流传感器的测量电路有多种形式，如Q值测试电路、电桥电路和谐振电路；本技术采用了电桥电路。传感器信号放大器13中电涡流传感器线圈L和配桥线圈L01，与可变电容C0和电容C02，以及电阻R0和R01组成电桥的四个臂，驱动放大器12的功率放大驱动信号V1作为电桥的供桥电压驱动信号；初始工作可调节可变电容器C0使电桥平衡。电桥的输出连接到运算放大器IC3和Q3、Q4组成的小信号宽频带放大器的输入端，对电桥输出的小信号进行电压放大。小信号宽频带放大器的带宽为10kHZ～2MHZ，宽频带运算放大器IC3采用CA3100芯片，三极管Q4、Q3分别为2N5053、2N4037。电桥输出的信号经电阻R9和电位器P2组成的衰减器生成合适的电压信号再经电容C5耦合到运算放大器IC3的输入端，IC3的输出和推挽电路Q4、Q3相连，其输出即为传感器信号放大器的输出信号VC。图3变频振荡器由两部分组成，一部分是方波信号发生器14；另一部分是波形整理电路15。方波信号发生器14由IC4组成，IC4为一时基电路NE555，其输出为方波信号VA，VA的频率范围为10kHZ～2MHz；方波VA的频率由电阻R14、电位器P3和可变电容C11的参数所确定，调节可变电容器C11可改变方波的频率。本仪器可进行手动扫描和自动扫描，手动扫描只需手动旋动可调电容器C11；而自动扫描则启动开关K，从而电-->动机D带动C11的轴进行自动频率扫描。方波信号VA经波形整理电路15输出正弦波信号VB。波形整理电路16为由两IC5、IC6所组成的积分电路组成，其输入方波信号发生器的输出VA相连，输出即整形为正弦波信号VB。正弦波扫描信号VB将输出到驱动信号放大器12进行功率放大；同时VB还将作为相敏检波器16的参考输入信号。图4为相敏检波器电原理图。它由两部分组成，一是相敏检波器16；另一是滤波器17。对于交流放大信号VC，不仅要能反映其幅值信息，还需反映其相位信息。所以相敏检波器16既要保持传感器信号放大器13输出信号VC的幅值信息；同时要反映出变频振荡器输出信号VB与传感器信号放大器13输出信号VC的相位差信息。相敏检波器16的输入信号为VC，参考输入信号为VB，它们分别从两个变压器T2、T3的初级输入；变压器T2的次级与桥式检波电路a、b端相连，变压器T3次级接桥式检波电路c、d端。当VC和VB同相位时，其输出信号VD为正；当VC和VB反相时，VD为负。所以VD的大反映了VC的大小；而VD的极性则反映了VC与VB的相位差，相敏检波器的输出信号VD输入到滤波器17的输入端。滤波器是由运算放大器IC7(IC7采用芯片CA3100)和阻容滤波网络12、C13、R17、R18组成的二阶有源低通滤波器；其带宽为2MHZ；它的输出是直流信号V0。从而电涡流传感器的信号经传感器信号放大器13、相敏检波器16和滤波器7输出为-->可作比较和驱动显示的信号V0。本技术是利用涡流法测量工件表面电阻率的方法来获得渗硼层厚度的，其最大特点是采用了频率扫描技术和有标样定量分析技术。频率扫描技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种渗硼层厚度测量仪，它包括传感器及信号处理单元，其特征在于：所述信号处理单元中的变频振荡器（７）的输出端分别接驱动与信号放大器（３）、（４）的输入端、相敏检波器（５）、（６）的控制端、频率计（８）的输入端；驱动与信号放大器（３）、（４）的驱动输出端通过电缆与传感器（１）、（２）相连；驱动与信号放大器（３）、（４）的信号输出端与相敏检波器（５）、（６）的输入端相连，相敏检波器（５）、（６）的输出端和减法器（９）的输入端相连，减法器（９）的输出端和频率计（８）的输出端将电阻率差值信号及频率信号送往外部Ｘ－Ｙ记录仪或计算机。

【技术特征摘要】
1.一种渗硼层厚度测量仪，它包括传感器及信号处理单元，其特征在于：所述信号处理单元中的变频振荡器(7)的输出端分别接驱动与信号放大器(3)、(4)的输入端、相敏检波器(5)、(6)的控制端、频率计(8)的输入端；驱动与信号放大器(3)、(4)的驱动输出端通过电缆与传感器(1)、(2)相连；驱动与信号放大器(3)、(4)的信号输出端与相敏检波器(5)、(6)的输入端相连，相敏检波器(5)、(6)的输出端和减法器(9)的输入端相连，减法器(9)的输出端和频率计(8)的输出端将电阻率差值信号及频率信号送往外部X-Y记录仪或计算机。2.如权利要求1所述的渗硼层厚度测量仪，其特征在于：所述的变频振荡器(7)采用时基电路NE555专用芯片，其输出经两级宽频带...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘军海，陆明珠，苏启生，何家文，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：实用新型
国别省市：61[中国|陕西]