一种基于单片机的电阻测量及损伤成像装置及方法制造方法及图纸

一种基于单片机的电阻测量及损伤成像装置及方法，装置包括单片机，单片机与上位机连接，单片机通过隔离电路与待测结构输入连接，待测结构输出和节点电压检测电路输入连接，节点电压检测电路第一输出接地，节点电压检测电路第二输出和单片机的ADC转换接口连接；待测结构为碳纤维增强复合材料结构件；方法是通过单片机控制输出高电平信号，高电平信号经过隔离电路后输入到待测结构中；高电平信号通过损伤区域会反映损伤区域电阻的变化，由待测结构输出到节点电压检测电路，最后到单片机ADC转换接口，实现数据的储存和发送；单片机将接收到的电平信号发送到上位机，并通过数据处理实现损伤成像；本发明专利技术具有成本低、结构简单，检测效率高等优点。效率高等优点。效率高等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于单片机的电阻测量及损伤成像装置及方法


[0001]本专利技术涉及无损检测与结构健康监测
，具体涉及一种基于单片机的电阻测量及损伤成像装置及方法。

技术介绍

[0002]结构健康状态监测技术是一种综合性技术，涉及到信息技术、结构动力学、优化设计等多个学科，受到众多学者的广泛关注，先后出现了一大批相关的检测技术方法，如声发射检测技术、超声检测技术、射线检测技术、红外热成像技术以及涡流检测技术等。这些检测方法都是在不损坏材料、制件性能和结构的前提下，以物理或者化学的方法为手段，借助现代化的技术和设备器材，检测材料结构中各种宏观的内部或表面缺陷。目前国际上对于重要结构，如复合材料结构等，应用最多的无损检测方法是超声检测，该技术具有检测速度快，检测结果精确等优点。
[0003]但是目前大多数在结构健康监测中应用的无损检测方法都存在传感器或者外来检测设备的引入的问题。当在结构中引入传感器等设备时，也就意味着增加了原结构的组成元素，可能存在对原有结构的强度削弱、增加原结构的负载等问题；同时引入的传感器以及配套设备可能会极大地增加整个系统的附加成本。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于单片机的电阻测量及损伤成像装置及方法，使用单片机作为检测的输出以及数据接收装置，整体检测装置具有成本低、结构简单，检测效率高等优点。
[0005]为了达成上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种基于单片机的电阻测量及损伤成像装置，包括单片机1，单片机1的通信接口与上位机2相连接，单片机1输出的IO端口与隔离电路3的输入端连接，隔离电路3的输出端利用导线与端子与待测结构4的输入连接，待测结构4的输出和节点电压检测电路5的输入连接，节点电压检测电路5的第一输出接地，节点电压检测电路5的第二输出和单片机1的ADC转换接口连接。
[0007]所述的单片机1为具备多路数字和模拟输入输出功能的单片机，包括STM32系列的单片机。
[0008]所述的隔离电路3由与单片机1输出的IO端口对应数量止逆二极管阵列组成。
[0009]所述的待测结构4为碳纤维增强复合材料结构件。
[0010]所述的节点电压检测电路5由串联精密电阻R0与电压测量节点组成。
[0011]利用一种基于单片机的电阻测量及损伤成像装置的方法，包括以下步骤：
[0012]1)通过单片机1内部检测程序控制其输出的IO端口切换以及输出高电平信号，高电平信号经过隔离电路3后输入到待测结构4中；
[0013]2)高电平信号通过损伤区域会反映损伤区域电阻的变化，然后由待测结构4的输
出输入到节点电压检测电路5，最后输入到单片机1的ADC转换接口，实现数据的储存和发送；
[0014]3)单片机1通过串口通信将接收到的电平信号发送到上位机2，并通过数据处理实现损伤成像。
[0015]所述的步骤1)具体为：通过配置单片机1的IO端口，将IO端口通过程序配置为输出模式，并将初始状态设置为低电平；在检测开始时，通过依次将IO端口的输出设置为高电平达到向外输出高电平，并在下一个IO端口输出高电平之前将上一个IO端口的状态重新设置为低电平，高电平信号从单片机1发出并直接进入隔离电路3，高电平信号直接进入待测结构4，待测结构4相当于一个被测电阻，而单片机1输出的高电平信号相当于电源，达到电阻的测量效果。
[0016]所述的步骤2)具体为：高电平信号由隔离电路3输入到待测结构4中，再经过测点，最后经过已知精密电阻R0后接地，由此组成电阻测量电路；首先由输出口发出电压为U，在经过二极管后被分得导通电压为U1，最后经过电压测量节点测得的电压为U0，由此求得在待测结构4的待测电阻分得电压为(U
‑
U1‑
U0)；根据已知精密电阻电阻R0得到：
[0017][0018]变换后得到待测结构4的电阻的计算式为：
[0019][0020]所述的步骤3)具体为：由单片机1检测程序计算得到的电阻值数据将通过串口发送到上位机2中，通过数据的加密以及解码处理来保证数据的传输准确性；将数据帧头与帧尾添加在数据值的两端，再通过解码的形式去除数据帧头和帧尾提取中间的有效数据，最后通过数据重新排序形成输出矩阵，通过输出得到损伤成像结果；当损伤发生时，待测结构4相应位置的电阻值会发生明显变化，通过识别后将损伤位置确定，从而形成损伤定位图。
[0021]本专利技术的有益效果为：
[0022]本专利技术以单片机作为核心，区别于传统的传感器测量思路。本专利技术利用单片机的数字与模拟输入输出接口对待测结构4由损伤引起的电阻变化直接进行测量，根据电阻的变化程度来反映损伤的程度，并通过本身的数据存储以及发送功能与显示端配合实现损伤的可视化；另外单片机的多通道输入输出为大范围检测提供了可能，不仅有利于降低整体装置的复杂程度，还有利于减少检测成本。
[0023]本专利技术采用单片机1作为信号的发送端以及接收端，这样的集成式的检测方式能够改善传统无损检测含有大量检测设备的缺点，降低检测整体的复杂度，同时单片机1的通道切换速度能够基本满足实时扫查的检测方式，满足了检测的实时性需求，另外采用的单片机1成本十分低，有效降低了检测系统的成本。本专利技术的传感路径采用的是结构本身的材料路径(碳纤维)，不仅能够满足结构的力学性能，还能够传递电信号，这样的做法能够减少甚至移除检测中传感器的使用，极大地减少了检测成本以及系统的复杂度，还能够有效地降低整个系统的重量。传统的检测方法由于采用了外来的检测设备和传感器，导致在检测过程中会出现传感器失效等问题，而采用结构材料自身作为传感路径能够有效解决该类问题，由于结构本身就是传感材料，所以服役寿命相同，当传感材料失效也就意味着结构失
效，两者达到了服役寿命的统一。本专利技术装置具有结构简单，复杂度低，成本低，检测效率高等优点。
附图说明
[0024]图1是本专利技术装置的结构示意图。
[0025]图2是本专利技术装置单片机1和隔离电路3的连接示意图。
[0026]图3是本专利技术装置隔离电路3、待测结构4、节点电压检测电路5的连接示意图。
[0027]图4是本专利技术装置上位机2接收数据示意图。
[0028]图5是本专利技术装置损伤成像示意图。
具体实施方式
[0029]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。
[0030]参照图1、图2，一种基于单片机的电阻测量及损伤成像装置，包括具备多路数字和模拟输入输出功能的单片机1，单片机1为STM32单片机，单片机1的电源接口与供电电源相连接，单片机1的通信接口与上位机2相连接，单片机1输出的IO端口与隔离电路3的输入端连接，隔离电路3的输出端利用导线与端子与待测结构4的输入连接，待测结构4的输出和节点电压检测电路5的输入连接，节点电压检测电路5的第一输出接地，节点电压检测电路5的第二输出和单片机1的ADC转换接口连接。
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于单片机的电阻测量及损伤成像装置，包括单片机(1)，其特征在于：单片机(1)的通信接口与上位机(2)相连接，单片机(1)输出的IO端口与隔离电路(3)的输入端连接，隔离电路(3)的输出端利用导线与端子与待测结构(4)的输入连接，待测结构(4)的输出和节点电压检测电路(5)的输入连接，节点电压检测电路(5)的第一输出接地，节点电压检测电路(5)的第二输出和单片机(1)的ADC转换接口连接。2.根据权利要求1所述的一种基于单片机的电阻测量及损伤成像装置，其特征在于：所述的单片机(1)为具备多路数字和模拟输入输出功能的单片机，包括STM32系列的单片机。3.根据权利要求1所述的一种基于单片机的电阻测量及损伤成像装置，其特征在于：所述的隔离电路(3)由与单片机(1)输出的IO端口对应数量止逆二极管阵列组成。4.根据权利要求1所述的一种基于单片机的电阻测量及损伤成像装置，其特征在于：所述的待测结构(4)为碳纤维增强复合材料结构件。5.根据权利要求1所述的一种基于单片机的电阻测量及损伤成像装置，其特征在于：所述的节点电压检测电路(5)由串联精密电阻R0与电压测量节点组成。6.利用一种基于单片机的电阻测量及损伤成像装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)通过单片机(1)内部检测程序控制其输出的IO端口切换以及输出高电平信号，高电平信号经过隔离电路(3)后输入到待测结构(4)中；2)高电平信号通过损伤区域会反映损伤区域电阻的变化，然后由待测结构(4)的输出输入到节点电压检测电路(5)，最后输入到单片机(1)的ADC转换接口，实现数据的储存和发送；3)单片机(1)通过串口通信将接收到的电平信号发送到上位机(2)，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾亮，蔡洋康，张楠，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：