一种绝对值检波式的涂层复阻抗的测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种绝对值检波式的涂层复阻抗的测量装置及方法，由J555时基器产生的1kHz左右的方波信号，经过两次二阶低通滤波后，形成畸变很小的基频正弦信号。正弦信号幅值降压到一定比例后形成激励信号，加载到涂层传感器与标准电阻的两端；然后设计高阻抗输入差分电路，对涂层传感器两端的电压进行差分放大；并对放大的差分信号设计相关的运算电路，分别获得差分信号的绝对值、以及它的绝对值检波结果。最后根据绝对值与绝对值检波结果的输出，计算涂层复阻抗的大小。本发明专利技术通过数学建模与关系推导，给出了计算复阻抗的中间参数与逐步解析公式，为复阻抗计算的信号处理方法提供了理论依据。

【技术实现步骤摘要】
一种绝对值检波式的涂层复阻抗的测量装置及方法
本专利技术涉及一种涂层复阻抗的测量装置及方法，尤其是涉及一种绝对值检波式的涂层复阻抗的测量装置及方法。
技术介绍
现今工业上为了预防和降低各种腐蚀的影响，许多工程结构或系统采用了防腐涂层技术，如防腐化合物、防腐漆膜、防腐胶带等。受到水分吸收、气候变化、外力损伤、施工缺陷等因素的影响，这些防腐涂层随着时间推移会出现老化现象，导致防腐性能下降，最终整体结构失效。防腐涂层的维修周期通常是根据经验和涂层外观而定的，往往造成过早维修或维修滞后，造成不必要的浪费。所以腐蚀检测技术无论从腐蚀的预测上来说还是从防腐工作上来说，都有十分重要的意义，可以很大程度上减少经济上的损失。涂层的失效方式主要包括腐蚀、龟裂、起泡、脱落和老化等。其中，防腐涂层的老化失效检测技术一直是研究的重点与难点。目前有关腐蚀检测技术有目视检查、渗透剂检查、超声波检查、涡流检查、敲击检查、电化学等方法。虽然前面几种方法能够在一定程度上实现涂层老化状态的判别，但其检测过程比较繁琐，而且结构件的拆卸还可能增大待测涂层的受损率，最重要的是检测的精度远达不到要求。与上述检测技术相比，绝对值检波式的涂层复阻抗的测量技术具有操作简单、测量耗时短、对材料损害小、测量范围广等优点，而且可以实现智能化测量。用于腐蚀保护的涂层在逐渐老化过程中，其复阻抗大小随之发生改变，对其复阻抗的测量可以监测涂层的老化程度。由于涂层老化过程中，复阻抗变化范围大，从最初的100MΩ级变化到最后的100kΩ级，需要设计专门的测量处理电路来完成复阻抗的测量。数字式的复阻抗测量方法需要专门的集成阻抗测量芯片如AD5933来完成，也有通过计算机或单片机配合高速AD采样转换直接数字信号处理的测量方法。但在某些特定的应用场合，由于这些方法本身的复杂性，难以适合应用上的要求。同时数字式复阻抗测量虽然具有较高的测量精度，但对于达到10M级以上的阻抗，测量系统本身阻抗的影响不容忽视，这些方法也还需要后续信号处理方法上的进一步考虑。
技术实现思路
本专利技术主要是解决现有技术所存在的大范围交流阻抗变化难以测量等的技术问题，提供了一种模拟电路设计的方法，适合于涂层的复阻抗测量。本专利技术还有一目的是解决现有技术所存在的对交流复阻抗测量过程中需要进行检波的技术问题；提供了一种独特的绝对值检波方法，只需要四个通用运放即可完成，消除了常规检波条件下要求特殊检波器件的限制或复杂的电路结构的缺点。本专利技术再有一目的是解决现有技术所存在的高阻抗的测量容易受测量系统输入电容影响的技术问题，提供了一套理论数学模型与推导公式消除输入电容的影响，并且用算法实现了这些公式的应用计算。本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种绝对值检波式的涂层复阻抗的测量装置，其特征在于，包括：方波信号的产生电路：用于所产生的设定频率的方波信号；两次二阶低通滤波电路：用于将方波信号进行两次二阶低通滤波后形成畸变小的基频正弦信号；差分放大电路：用于将基频正弦信号的正弦信号幅值降压到设定比例后形成激励信号，加载到涂层传感器与标准电阻的两端，并对涂层传感器两端的电压进行差分放大；绝对值及放大滤波电路：获得放大的差分信号绝对值结果；绝对值检波电路：获得放大的差分信号绝对值检波结果；阻抗测量结果获取模块：根据绝对值与绝对值检波结果的输出，在AD转换与测量标定的基础上，计算涂层复阻抗的大小。优选的，方波信号的产生电路包括型号是NE555的芯片、二极管D1、二极管D2、电阻R1、电阻R2、电容C1以及电容C2；电阻R1一端接芯片脚4，另一端经二极管D1后接芯片脚6；电阻R1另一端还依次串接电阻R2、二极管D2后接芯片脚6；电容C1一端与电容C2一端连接后接芯片脚1，另一端接芯片脚5；电容C2另一端接芯片脚2；芯片脚4和脚8之间接直流电源；芯片脚1接地；芯片脚3为输出端。优选的，两次二阶低通滤波电路包括运算放大器一、运算放大器二、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C3、电容C4、电容C5以及电容C6；电阻R3串接电阻R4后接运算放大器一同相输入端，电容C3一端接电阻R3与R4另一端接运算放大器一反相输入端与输出端；电容C5一端连接运算放大器一同相输入端；运算放大器一的输出端串接电阻R5后串接R6再与运算放大器二的同相输入端相连；电容C6一端接R5与R6另一端接运算放大器二的输出端；电容C4一端接电阻R6与运算放大器二同相输入端；两个运算放大器的4脚均接直流电源；11脚均接地。优选的，差分放大电路包括降压处理电路和高输入阻抗差分放大电路，其中，降压处理电路包括运算放大器三、电阻R7、电阻R8、电阻R9、以及电容C7；电阻R7与电容C7串接后接运算放大器三反向输入端，运算放大器三反向输入端还同时与电阻R8一端、电阻R9一端连接，电阻R8另一端接直流电源，电阻R9另一端接地；运算放大器三同向输入端与输出端连接。高输入阻抗差分放大电路包括运算放大器四、运算放大器五、运算放大器六、电阻R10至电阻R20以及电容C8；电阻R10一端接运算放大器四同相输入端；电阻R11与电阻R12串接后与运算放大器五的同相输入端连接，电阻R12一端接直流电源；电阻R13一端与R16串接，另一端与电容C8、运算放大器四的反相输入端连接；电阻R14一端与R15串接、与运算放大器五的反相输入端连接，另一端与电容C8串接；电阻R15一端与R17串接后接于电阻R20、运算放大器六同相输入端；电阻R18一端接直流电源；电阻R20一端与运算放大器六输出端连接。优选的，绝对值及放大滤波电路包括运算放大器七、运算放大器八、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R25、电阻R26、电容C9、电容C10、电容C11、二极管D3以及二极管D4；电阻R21一端与电容C10串接后与电容C9连接，另一端接于电阻R22、运算放大器七反向输入端；电阻R22一端与二极管D3反向端相连后与二极管D4反向端连接，另一端与二极管D4的正向端连接；电阻R23一端与电容C9连接，另一端与电阻R25、电容C11连接；电阻R24一端与电阻R22、二极管D4正向端连接，另一端与电阻R26、运算放大器八反相输入端连接；电阻R25一端接直流电源；电阻R26一端接运算放大器八输出端；电容C11一端接运算放大器八输出端。优选的，绝对值检波电路包括运算放大器九、运算放大器十、运算放大器十一、运算放大器十二、电阻R27至电阻R40、电容C12至电容C19、二极管D5至二极管D8；电容C12一端串接电阻R27后与运算放大器九的反相输入端、电阻R30连接；电容C13串接电阻R28后与电阻R31、运算放大器十反相输入端连接；电容C14串接电阻R29后与二极管的反相端连接；电阻R30一端接运算放大器九的输出端再与电容C15串接；电阻R31一端串接电阻R33，还与二极管D6正向端连接；电阻R32一端与电容C15串接，另一端接于电阻R34、运算放大器十一反本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种绝对值检波式的涂层复阻抗的测量装置，其特征在于，包括：/n方波信号的产生电路：用于所产生的设定频率的方波信号；/n两次二阶低通滤波电路：用于将方波信号进行两次二阶低通滤波后形成畸变小的基频正弦信号；/n差分放大电路：用于将基频正弦信号的正弦信号幅值降压到设定比例后形成激励信号，加载到涂层传感器与标准电阻的两端，并对涂层传感器两端的电压进行差分放大；/n绝对值及放大滤波电路：获得放大的差分信号绝对值结果；/n绝对值检波电路：获得放大的差分信号绝对值检波结果；/n阻抗测量结果获取模块：根据绝对值与绝对值检波结果的输出，在AD转换与测量标定的基础上，计算涂层复阻抗的大小。/n

【技术特征摘要】
1.一种绝对值检波式的涂层复阻抗的测量装置，其特征在于，包括：
方波信号的产生电路：用于所产生的设定频率的方波信号；
两次二阶低通滤波电路：用于将方波信号进行两次二阶低通滤波后形成畸变小的基频正弦信号；
差分放大电路：用于将基频正弦信号的正弦信号幅值降压到设定比例后形成激励信号，加载到涂层传感器与标准电阻的两端，并对涂层传感器两端的电压进行差分放大；
绝对值及放大滤波电路：获得放大的差分信号绝对值结果；
绝对值检波电路：获得放大的差分信号绝对值检波结果；
阻抗测量结果获取模块：根据绝对值与绝对值检波结果的输出，在AD转换与测量标定的基础上，计算涂层复阻抗的大小。


2.根据权利要求1所述的一种绝对值检波式的涂层复阻抗的测量装置，其特征在于，方波信号的产生电路包括型号是NE555的芯片、二极管D1、二极管D2、电阻R1、电阻R2、电容C1以及电容C2；电阻R1一端接芯片脚4，另一端经二极管D1后接芯片脚6；电阻R1另一端还依次串接电阻R2、二极管D2后接芯片脚6；电容C1一端与电容C2一端连接后接芯片脚1，另一端接芯片脚5；电容C2另一端接芯片脚2；芯片脚4和脚8之间接直流电源；芯片脚1接地；芯片脚3为输出端。


3.根据权利要求1所述的一种绝对值检波式的涂层复阻抗的测量装置，其特征在于，两次二阶低通滤波电路包括运算放大器一、运算放大器二、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C3、电容C4、电容C5以及电容C6；电阻R3串接电阻R4后接运算放大器一同相输入端，电容C3一端接电阻R3与R4另一端接运算放大器一反相输入端与输出端；电容C5一端连接运算放大器一同相输入端；运算放大器一的输出端串接电阻R5后串接R6再与运算放大器二的同相输入端相连；电容C6一端接R5与R6另一端接运算放大器二的输出端；电容C4一端接电阻R6与运算放大器二同相输入端；两个运算放大器的4脚均接直流电源；11脚均接地。


4.根据权利要求1所述的一种绝对值检波式的涂层复阻抗的测量装置，其特征在于，差分放大电路包括降压处理电路和高输入阻抗差分放大电路，其中，
降压处理电路包括运算放大器三、电阻R7、电阻R8、电阻R9、以及电容C7；电阻R7与电容C7串接后接运算放大器三反向输入端，运算放大器三反向输入端还同时与电阻R8一端、电阻R9一端连接，电阻R8另一端接直流电源，电阻R9另一端接地；运算放大器三同向输入端与输出端连接，
高输入阻抗差分放大电路包括运算放大器四、运算放大器五、运算放大器六、电阻R10至电阻R20以及电容C8；电阻R10一端接运算放大器四同相输入端；电阻R11与电阻R12串接后与运算放大器五的同相输入端连接，电阻R12一端接直流电源；电阻R13一端与R16串接，另一端与电容C8、运算放大器四的反相输入端连接；电阻R14一端与R15串接、与运算放大器五的反相输入端连接，另一端与电容C8串接；电阻R15一端与R17串接后接于电阻R20、运算放大器六同相输入端；电阻R18一端接直流电源；电阻R20一端与运算放大器六输出端连接。


5.根据权利要求1所述的一种绝对值检波式的涂层复阻抗的测量装置，其特征在于，绝对值及放大滤波电路包括运算放大器七、运算放大器八、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R25、电阻R26、电容C9、电容C10、电容C11、二极管D3以及二极管D4；电阻R21一端与电容C10串接后与电容C9连接，另一端接于电阻R22、运算放大器七反向输入端；电阻R22一端与二极管D3反向端相连后与二极管D4反向端连接，另一端与二极管D4的正向端连接；电阻R23一端与电容C9连接，另一端与电阻R25、电容C11连接；电阻R24一端与电阻R22、二极管D4正向端连接，另一端与电阻R26、运算放大器八反相输入端连接；电阻R25一端接直流电源；电阻R26一端接运算放大器八输出端；电容C11一端接运算放大器八输出端。


6.根据权利要求1所述的一种绝对值检波式的涂层复阻抗的测量装置，其特征在于，绝对值检波电路包括运算放大器九、运算放大器十、运算放大器十一、运算放大器十二、电阻R27至电阻R40、电容C12至电容C19、二极管D5至二极管D8；电容C12一端串接电阻R27后与运算放大器九的反相输入端、电阻R30连接；电容C13串接电阻R28后与电阻R31、运算放大器十反相输入端连接；电容C14串接电阻R29后与二极管的反相端连接；电阻R30一端接运算放大器九的输出端再与电容C15串接；电阻R31一端串接电阻R33，还与二极管D6正向端连接；电阻R32一端与电容C15串接，另一端接于电阻R34、运算放大器十一反相输入端、二极管D7正向端、电阻R35；电阻R33一端接于电阻R36、电阻R37、电阻R38、电阻R39、电阻R40、电容C18；电阻R34一端串接电容C16；电阻R35一端接于二极管D8反向端、电阻R36；电阻R38一端串接电容C17；电阻R39一端接于电容C19、运算放大器十二输出端；电阻R40一端接于运算放大器十二反相输入端、电容C19。


7...

【专利技术属性】
技术研发人员：王选择，郑烨，张瑜灿，王恒辉，王爱辉，翟中生，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42