一種造紙毛毯水分測試儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種造紙毛毯水分測試儀，包括微處理器和與微處理器相連的電源模塊、鍵盤輸入電路，微處理器的輸入端與溫度傳感器、信號調(diào)理電路相連，微處理器的輸出端與LCD、無線通訊模塊相連，信號調(diào)理電路的輸入端與測量轉(zhuǎn)換電路相連，測量轉(zhuǎn)換電路與激勵源相連。本實用新型采用電導(dǎo)法測量紙張中水分含量，創(chuàng)新地提出基于脈寬測量的電阻比值法和測量信號的數(shù)據(jù)處理方法，響應(yīng)速度快，成本低。其設(shè)計合理、精確度高、成本較低、通用性好、工作效率高，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)的不足。
【專利說明】一種造紙毛毯水分測試儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種材料成分測量裝置，尤其是涉及一種造紙毛毯水分測試儀。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科學(xué)研究的發(fā)展和生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步水分的定量分析已被列為各類物質(zhì)理化 分析的基本項目之一，作為各類物質(zhì)的一項重要的質(zhì)量指標(biāo)。紙張水分含量對印刷影響很 大，水分太低，紙質(zhì)發(fā)脆，印刷中易產(chǎn)生靜電；含量過高，將會使油墨難以干燥。水分變化對 紙的各種特性影響也很大，隨著水分的變化，其定量、抗張強(qiáng)度、柔韌性、耐折度等都將發(fā)生 變化，紙張尺寸也會發(fā)生伸縮，甚至發(fā)生卷曲、翹邊、起皺、荷葉邊等現(xiàn)象。
[0003] 傳統(tǒng)的直接水分測量法周期長，難以滿足現(xiàn)代生產(chǎn)對速度和連續(xù)化的要求，而非 電量的電測方法是比直接法更高效的水分測量方法，當(dāng)前應(yīng)用十分廣泛。水分檢測方法原 理上可以有：電阻法、電容法、中子法、微波法、紅外法、核磁共振法等?？紤]物料對象特性， 紅外法主要用于表面水分測量，多見于紙張水分檢測中，但其受物料顏色、粒度和料面蒸 氣、表面特性影響較大；中子法和核磁共振法基于水分中氫原子效應(yīng)，系統(tǒng)復(fù)雜，造價高，不 能體現(xiàn)檢測對象的專用性。微波法是利用水對微波能量的吸收或作用于物料的微波參量隨 水分變化的原理進(jìn)行水分測量，其測量值與物料成分有關(guān)，測量電路及信號處理較復(fù)雜，價 格偏高。
[0004] 電阻方法因其快速、準(zhǔn)確、成本低的特點一直是最常用的水分測量方法，但由于電 阻方法存在信號強(qiáng)度小、取樣要求高、抗干擾性較差等缺陷，近年來出現(xiàn)了許多新的基于電 阻測量原理的創(chuàng)新方法，如兩量程直流電阻法，脈沖電阻法，復(fù)阻抗分離法，交流阻抗法等。 實用新型內(nèi)容
[0005] 本實用新型所要解決的技術(shù)問題是：提供一種造紙毛毯水分測試儀，其采用電導(dǎo) 法測量紙張中水分含量，創(chuàng)新地提出基于脈寬測量的電阻比值法和測量信號的數(shù)據(jù)處理方 法，響應(yīng)速度快，成本低。其設(shè)計合理、精確度高、成本較低、通用性好、工作效率高，有效解 決了現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本實用新型的技術(shù)方案是：一種造紙毛毯水分測試儀，其特 征在于：包括微處理器和與所述微處理器相連的電源模塊、鍵盤輸入電路，所述微處理器的 輸入端與溫度傳感器、信號調(diào)理電路相連，所述微處理器的輸出端與LCD、無線通訊模塊相 連，所述信號調(diào)理電路的輸入端與測量轉(zhuǎn)換電路相連，所述測量轉(zhuǎn)換電路與激勵源相連。
[0007] 上述的一種造紙毛毯水分測試儀，其特征在于：所述微處理器采用Atreel公司的 高速嵌入式單片機(jī)AT-megal28。
[0008] 上述的一種造紙毛毯水分測試儀，其特征在于：所述激勵源為由ICL8038芯片構(gòu) 成正弦波信號發(fā)生電路。
[0009] 上述的一種造紙毛毯水分測試儀，其特征在于：所述溫度傳感器采用DALLAS公司 的單總線器件DS18820。
[0010] 上述的一種造紙毛毯水分測試儀，其特征在于：所述信號調(diào)理電路采用555芯片 構(gòu)成的非重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)觸發(fā)電路。
[0011] 上述的一種造紙毛毯水分測試儀，其特征在于：所述鍵盤輸入電路由模式鍵、力口 鍵、減鍵、確認(rèn)鍵、退出鍵、測試鍵、平均鍵、清除鍵、停止鍵、修正鍵組成。
[0012] 上述的一種造紙毛毯水分測試儀，其特征在于：所述IXD采用T6963C控制器的 128X64點陣模塊。
[0013] 上述的一種造紙毛毯水分測試儀，其特征在于：所述無線通訊模塊采用藍(lán)牙、Wifi、 GPRS、zigbee通訊模塊任意一種。
[0014] 采用了上述技術(shù)方案，本實用新型的有益效果為：
[0015] 1、本實用新型的水分測試儀采用電導(dǎo)法測量紙張中水分含量，創(chuàng)新地提出基于脈 寬測量的電阻比值法和測量信號的數(shù)據(jù)處理方法，響應(yīng)速度快，成本低。
[0016] 2、本實用新型的水分測試儀采用藍(lán)牙、wifi、GPRS、zigbee等無線通信方式將所測 數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程檢測設(shè)備，可實現(xiàn)遠(yuǎn)距離多點檢測，使用方便。
[0017] 綜上所述，本實用新型設(shè)計合理、精確度高、成本較低、通用性好、使用方便、工作 效率高，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)的不足。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1是本實用新型實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖2是本實用新型實施例的測量轉(zhuǎn)換電路電路圖；
[0020] 圖3是本實用新型實施例的信號調(diào)理電路電路圖；
[0021] 圖4是本實用新型實施例的信號采樣波形圖。
[0022] 其中：1、微處理器；2、電源模塊；3、激勵源；
[0023] 4、測量轉(zhuǎn)換電路；5、溫度傳感器；6、信號調(diào)理電路；
[0024] 7、鍵盤輸入電路；8、LCD ;9、無線通訊模塊。

【具體實施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進(jìn)一步說明。
[0026] 如圖1所示，一種造紙毛毯水分測試儀，其特征在于：包括微處理器1和與所述微 處理器1相連的電源模塊2、鍵盤輸入電路7,所述微處理器1的輸入端與溫度傳感器5、信 號調(diào)理電路6相連，所述微處理器1的輸出端與IXD8、無線通訊模塊9相連，所述信號調(diào)理 電路6的輸入端與測量轉(zhuǎn)換電路4相連，所述測量轉(zhuǎn)換電路4與激勵源3相連。
[0027] 本實施例中，所述微處理器1采用Atreel公司的高速嵌入式單片機(jī)AT_megal28。 它采用先進(jìn)的RISC精簡指令集結(jié)構(gòu)，具有128KB的在線可重復(fù)編程的FLASH、4KB的SRAM和 4KB的E2PR0M，同時具有8/16位定時器/計數(shù)器、PWM輸出模塊、UART、SPI等多種串行通信 接口、可編程的看門狗定時器等功能模塊、豐富的外部和內(nèi)部中斷源、多種工作模式。這些 特性使ATmegal28成為功能更強(qiáng)大的微控制器，更好地支持應(yīng)用于脈寬調(diào)制、高速I/O、遞 增/遞減計數(shù)能力等工業(yè)控制等場合。在程序中主要完成水分的采樣和高速處理、LCD顯 示、鍵盤輸人、驅(qū)動輸出、與PC機(jī)進(jìn)行通信等工作。該測定儀的測量的范圍在5?30%之 間，精度在±0.2%，水分用2個字節(jié)表示，因此共需要1KB保存在某一溫度條件下的水分 值，再加上溫度補(bǔ)償系數(shù)和密碼的設(shè)定。4KB空間已經(jīng)足夠了。它的可編程的看門狗定時器 模塊能保證系統(tǒng)能夠可靠穩(wěn)定的工作。
[0028] 本實施例中，所述激勵源3為由ICL8038芯片構(gòu)成正弦波信號發(fā)生電路。ICL8038 是一種單片多種信號波形發(fā)生器，它內(nèi)部的自激振蕩器發(fā)生三角波和方波，波形變換電路 將三角波變成正弦波，正弦波的失真度不大于〇. 1 %，工作頻率為〇. 001-300MHZ，信號頻率 基本不受電源電壓影響，主要取決于外界恒流源電阻以及定時電容。
[0029] 本實施例中，所述溫度傳感器5采用DALLAS公司的單總線器件DS18820。用于補(bǔ) 償環(huán)境溫度對紙張內(nèi)部水分的影響，環(huán)境溫度直接以"一線總線"的數(shù)字方式傳輸，省去了 溫度傳感器的放大處理等環(huán)節(jié)，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度 測量。同時它只占用單片機(jī)的一個端口，節(jié)約了系統(tǒng)的硬件資源，因此具有較高的性價比。
[0030] 本實施例中，所述信號調(diào)理電路6采用555芯片構(gòu)成的非重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)觸發(fā)電 路。為提高響應(yīng)速度，555芯片采用CMOS工藝的7555型號，為消除電容由于長期工作所產(chǎn) 生的變化誤差，測量采用電阻比值法，即在測量時首先對標(biāo)準(zhǔn)的精密參考電阻和電容構(gòu)成 的電路進(jìn)行測量，測出它的脈沖寬度：
[0031] TD1 = Rref*C*ln3 (1)。
[0032] 再通過導(dǎo)通電阻為1Ω的電子開關(guān)MAX4624切換到測量輸入電阻的狀態(tài)，測出它 的脈沖寬度：
[0033] Tp2 = Rin*C*ln3 (2)
[0034] 式⑴和（2)相除就得到輸入電阻和脈寬的關(guān)系：
[0035] Rin = Tp2*R ref/Tpl (3)
[0036] -般情況下測量電阻和參考電阻都是兆歐級的，因此，由電子開關(guān)引入的測量誤 差可以忽略。
[0037] 電子開關(guān)和觸發(fā)信號都由單片機(jī)控制。脈寬的測量由單片機(jī)的外中斷和定時中斷 來完成，由于單片機(jī)的外部中斷INTO和INT1均為負(fù)跳沿觸發(fā)中斷，因此在555的輸出端加 一級反相器，INTO中斷采樣輸出信號的上跳沿，然后再經(jīng)過一級反相器，INT1采樣輸出信 號的下跳沿。兩者采樣的時間差就是脈沖寬度。時間差的計算可由單片機(jī)的定時中斷來實 現(xiàn)，在INTO的中斷程序里開啟定時中斷，在INT1的中斷程序里關(guān)閉定時中斷。信號的采樣 波形如圖4所示。
[0038] 本實施例中，所述鍵盤輸入電路7由模式鍵、加鍵、減鍵、確認(rèn)鍵、退出鍵、測試鍵、 平均鍵、清除鍵、停止鍵、修正鍵組成。用于實現(xiàn)測量品種的選擇、參數(shù)的設(shè)定與修改、測試 與數(shù)據(jù)處理等工作。
[0039] 本實施例中，所述IXD8采用T6963C控制器的128X64點陣模塊。它可顯示測量 紙張的相關(guān)參數(shù)，然后通過鍵盤確定具體的測試對象，在每個測試子菜單下顯示測量值、測 量次數(shù)、平均值、標(biāo)定值設(shè)定密碼等選項，只有當(dāng)操作者的輸入密碼與系統(tǒng)給定的密碼相同 時，才能進(jìn)行標(biāo)定值的設(shè)定，一般情況下，這些值是不能隨意修改的。
[0040] 本實施例中，所述無線通訊模塊9采用藍(lán)牙、wifi、GPRS、zigbee通訊模塊任意一 種。
[0041] 實際使用中，激勵源3產(chǎn)生交流激勵信號，交流激勵信號再傳送到測量轉(zhuǎn)換電路 4,測量轉(zhuǎn)換電路4由隔離磁罐和補(bǔ)償電容組成，實現(xiàn)電信號隔離和導(dǎo)線電容補(bǔ)償，激勵源 3經(jīng)過放大變成兩路振幅相同、相位相反的正弦波信號提供給電極和電容補(bǔ)償電路，隔離磁 罐隔離現(xiàn)場并與電導(dǎo)儀直接相連，防止現(xiàn)場干擾竄入儀表。測量轉(zhuǎn)換電路4的電極與被測 紙張接觸，加入的交流激勵信號與電極紙張一起組成回路，測得與水分成比例的電導(dǎo)值，再 轉(zhuǎn)換成與電導(dǎo)成比例的電壓信號。電壓信號再經(jīng)過信號調(diào)理電路6轉(zhuǎn)換成脈寬信號，最終 由微處理器1做相應(yīng)數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換成紙張水分含量數(shù)據(jù)，并在IXD8中顯示。
[0042] 本實施例的紙張水分測定儀利用ATmegal28自身的4KB的E2PR0M用來存儲不同 種類的紙張的水分的標(biāo)定值、溫度補(bǔ)償系數(shù)和系統(tǒng)的密碼等參數(shù)。在使用之前需要進(jìn)行水 分的標(biāo)定工作，把同一樣本分別在標(biāo)準(zhǔn)測定儀和本測定儀同時進(jìn)行比對測量，確定水分和 電阻的關(guān)系，然后再通過鍵盤把對應(yīng)關(guān)系寫入E2PR0M中的相應(yīng)單元中保存起來，形成標(biāo)準(zhǔn) 的測量曲線或數(shù)據(jù)表格。同時考慮到溫度的影響，必須加上溫度補(bǔ)償系數(shù)以進(jìn)行修正。在 實際測量時，把當(dāng)前的測量值與這些標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，就可以實現(xiàn)水分的測量。
[0043] 本實用新型不局限于上述具體的實施方式，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員從上述構(gòu)思出 發(fā)，不經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動，所作出的種種變換，均落在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種造紙毛毯水分測試儀，其特征在于：包括微處理器（1)和與所述微處理器（1) 相連的電源模塊（2)、鍵盤輸入電路（7)，所述微處理器（1)的輸入端與溫度傳感器（5)、信 號調(diào)理電路（6)相連，所述微處理器（1)的輸出端與LCD(8)、無線通訊模塊（9)相連，所述 信號調(diào)理電路（6)的輸入端與測量轉(zhuǎn)換電路（4)相連，所述測量轉(zhuǎn)換電路（4)與激勵源（3) 相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種造紙毛毯水分測試儀，其特征在于：所述微處理器（1) 采用Atreel公司的高速嵌入式單片機(jī)AT-megal28。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種造紙毛毯水分測試儀，其特征在于：所述激勵源（3)為 由ICL8038芯片構(gòu)成正弦波信號發(fā)生電路。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種造紙毛毯水分測試儀，其特征在于：所述溫度傳感器（5) 采用DALLAS公司的單總線器件DS18820。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種造紙毛毯水分測試儀，其特征在于：所述信號調(diào)理電路 (6) 采用555芯片構(gòu)成的非重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)觸發(fā)電路。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種造紙毛毯水分測試儀，其特征在于：所述鍵盤輸入電路 (7) 由模式鍵、加鍵、減鍵、確認(rèn)鍵、退出鍵、測試鍵、平均鍵、清除鍵、停止鍵、修正鍵組成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種造紙毛毯水分測試儀，其特征在于：所述IXD(8)采用 T6963C控制器的128X64點陣模塊。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種造紙毛毯水分測試儀，其特征在于：所述無線通訊模塊 (9)采用藍(lán)牙、wifi、GPRS、zigbee通訊模塊任意一種。
【文檔編號】G08C17/02GK203908988SQ201420242971
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年5月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月14日
【發(fā)明者】楊瑞哲 申請人:楊瑞哲