基于激励切换的非金属复合材料老化状态多深度检测装置

技术特征：
1.基于激励切换的非金属复合材料老化状态多深度检测装置，其特征在于，包括有：传感器单元以及仪器控制端；所述仪器控制端中包括有信号发生模块、信号放大器、锁相放大器、切换控制与数据采集模块；所述传感器单元中包括有激励电极、检测电极、激励控制模块以及信号初级处理模块；其中，激励电极和检测电极采用打印印刷的方式，制备形成在同一pcb基底板上；pcb基底板上制备形成的检测电极具体包括有第一检测电极、第二检测电极、第三检测电极、第四检测电极；其中，第一检测电极、第二检测电极、第三检测电极、第四检测电极构成第一检测电极组，第一检测电极、第二检测电极、第三检测电极、第四检测电极的特征相同且顺次等间隔设置；pcb基底板上制备形成的激励电极具体为第一激励电极、第二激励电极、第三激励电极、第四激励电极、第五激励电极、第六激励电极、第七激励电极；其中，第一激励电极、第三激励电极、第五激励电极与第七激励电极构成第一激励电极组，第二激励电极与第六激励电极构成第二激励电极组，第四激励电极构成第三激励电极组；第一激励电极设置在第一检测电极背离第二检测电极侧，第三激励电极设置在第二检测电极背离第一检测电极侧，第五激励电极设置在第三检测电极背离第四检测电极侧，第七激励电极设置在第四检测电极背离第三检测电极侧；第一激励电极、第三激励电极、第五激励电极与第七激励电极的特征相同，且第一激励电极至第一检测电极之间的距离、第三激励电极至第二检测电极之间的距离、第五激励电极至第三检测电极之间的距离、第七激励电极至第四检测电极之间的距离均相同；第二激励电极设置在第一激励电极、第三激励电极之间的中间位置处，第六激励电极设置在第五激励电极、第七激励电极之间的中间位置处，且第二激励电极与第六激励电极的特征相同；第四激励电极设置在第二激励电极、第六激励电极之间的中间位置处。2.根据权利要求1所述的基于激励切换的非金属复合材料老化状态多深度检测装置，其特征在于，所述激励控制模块由多路复用模块和激励分配模块构成；多路复用模块由第一多路复用器和第二多路复用器构成；激励分配模块由分别与第一激励电极组、第二激励电极组、第三激励电极组中的各个激励电极一一对应设置的多个激励分配电压跟随器构成；其中，第一多路复用器与激励分配模块相配合，用于控制第一激励电极组和第二激励电极组；第二多路复用器与激励分配模块相配合，用于控制第三激励电极组；第一多路复用器、第二多路复用器选用型号为mux509ipwr的芯片；激励分配模块中的多个激励分配电压跟随器选用型号为lm7332max/nopb的芯片；芯片型号为mux509ipwr的第一多路复用器的vdd引脚接 5v工作电压；芯片型号为mux509ipwr的第一多路复用器的vss引脚接-5v工作电压；芯片型号为mux509ipwr的第一多路复用器的en引脚接高电平；芯片型号为mux509ipwr的第一多路复用器的a0引脚、a1引脚与切换控制与数据采集模块的数字控制信号输出端相连接，且a0引脚和a1引脚均连接有一个下拉电阻；芯片型号为mux509ipwr的第一多路复用器的gnd引脚、s1a引脚、s3a引脚、s4a引脚、s1b引脚、s2b引脚、s4b引脚接地；芯片型号为mux509ipwr的第一多路复用器的da引脚与激励分配模块中与第一激励电极组相对应的激励分配电压跟随器的in a端相连接；芯片型号为mux509ipwr的第一多路复用器的db引脚与激励分配模块中与第二激励电极组相对
应的激励分配电压跟随器的in a端相连接；芯片型号为mux509ipwr的第二多路复用器的vdd引脚接 5v工作电压；芯片型号为mux509ipwr的第二多路复用器的vss引脚接-5v工作电压；芯片型号为mux509ipwr的第二多路复用器的en引脚接高电平；芯片型号为mux509ipwr的第二多路复用器的a0引脚和a1引脚与切换控制与数据采集模块的数字控制信号输出端相连接，并且a0引脚和a1引脚均连接有一个下拉电阻；芯片型号为mux509ipwr的第二多路复用器的gnd引脚、s1a引脚、s2a引脚、s3a引脚接地；芯片型号为mux509ipwr的第二多路复用器的da引脚与激励分配模块中与第三激励电极组相对应的激励分配电压跟随器的in a端相连接；芯片型号为lm7332max/nopb的激励分配电压跟随器的v 引脚接 5v工作电压；芯片型号为lm7332max/nopb的激励分配电压跟随器的v-引脚接-5v工作电压；芯片型号为lm7332max/nopb的激励分配电压跟随器的outa引脚与对应的激励电极组中的各激励电极相连接。3.根据权利要求1所述的基于激励切换的非金属复合材料老化状态多深度检测装置，其特征在于，所述信号初级处理模块由跨阻放大模块和加法器模块构成；所述跨阻放大模块与第一检测电极组中的各检测电极一一对应设置，由跨阻放大器和信号初级处理同相比例放大器构成；其中，跨阻放大器与信号初级处理同相比例放大器均选用型号为tlv272idr的芯片，加法器选用型号为lm7332max/nopb的芯片；芯片型号为tlv272idr的跨阻放大器的vdd引脚接 5v工作电压；芯片型号为tlv272idr的跨阻放大器的gnd引脚接-5v工作电压；芯片型号为tlv272idr的跨阻放大器的2in-引脚与第一检测电极组中的对应检测电极相连接；芯片型号为tlv272idr的跨阻放大器的2out引脚与信号初级处理同相比例放大器的1in 引脚相连接；芯片型号为tlv272idr的信号初级处理同相比例放大器的vdd引脚接 5v工作电压；芯片型号为tlv272idr的信号初级处理同相比例放大器的gnd引脚接-5v工作电压；芯片型号为tlv272idr的信号初级处理同相比例放大器的1out引脚与芯片型号为lm7332max/nopb的加法器模块的in a引脚相连接；芯片型号为lm7332max/nopb的加法器模块的v 引脚接 5v工作电压；芯片型号为lm7332max/nopb的加法器模块的v-引脚接-5v工作电压；芯片型号为lm7332max/nopb的加法器模块的outa引脚与信号放大器的信号输入端相连。4.根据权利要求1所述的基于激励切换的非金属复合材料老化状态多深度检测装置，其特征在于，所述信号发生模块由有源晶振、分频器、信号发生高通滤波器、信号发生低通滤波器、信号发生同相比例放大器、信号发生电压跟随器构成；其中，分频器选用型号为74hc4040d,653的芯片，信号发生高通滤波器、信号发生低通滤波器和信号发生同相比例放大器均选用型号为tl084idt的芯片,信号发生电压跟随器选用型号为tl082的芯片；芯片型号为74hc4040d,653的分频器的vcc引脚接 5v工作电压；芯片型号为74hc4040d,653的分频器的gnd引脚和mp引脚接地；芯片型号为74hc4040d,653的分频器的cp#引脚与有源晶振相连；芯片型号为tl082的信号发生电压跟随器的vcc 引脚接 5v工作电压；芯片型号为tl082的信号发生电压跟随器的vcc-引脚接-5v工作电压；芯片型号为tl082的信号发生电压跟随器的1in 引脚与经过信号发生高通滤波器、信号发生低通滤波器、信号发生同相比
例放大器与芯片型号为74hc4040d,653的分频器的输出信号端相连接；芯片型号为tl082的信号发生电压跟随器的2in 引脚与1in 引脚相连；芯片型号为tl082的信号发生电压跟随器的1out引脚与多路复用模块中芯片型号为mux509ipwr的第一多路复用器的s2a引脚和s3b引脚相连，与多路复用模块中芯片型号为mux509ipwr的第二多路复用器的s4b引脚相连；芯片型号为tl082的信号发生电压跟随器的2in-引脚与2out引脚相连；芯片型号为tl082的信号发生电压跟随器的2out引脚与锁相放大器的参考信号模块的输入端相连。5.根据权利要求1所述的基于激励切换的非金属复合材料老化状态多深度检测装置，其特征在于，所述信号放大器由信号放大第一高通滤波器、信号放大第一低通滤波器、信号放大第二低通滤波器、信号放大第二高通滤波器、信号放大第一同相比例放大器和信号放大第二同相比例放大器构成；信号放大第一高通滤波器、信号放大第一低通滤波器、信号放大第二低通滤波器、信号放大第二高通滤波器、信号放大第二同相比例放大器均选用型号为gs8094-sr的芯片，信号放大第一同相比例放大器选用型号为tlv271idbvr的芯片。6.根据权利要求1所述的基于激励切换的非金属复合材料老化状态多深度检测装置，其特征在于，所述锁相放大器由检测信号处理模块、参考信号处理模块、锁相放大多路复用器和锁相放大低通滤波器构成；检测信号处理模块由检测信号第一电压跟随器、检测信号第二电压跟随器、检测信号第一同相比例放大器、检测信号第二同相比例放大器、检测信号第一反相比例放大器、检测信号第二反相比例放大器构成；检测信号第一电压跟随器、检测信号第二电压跟随器、检测信号第一同相比例放大器、检测信号第二同相比例放大器、检测信号第一反相比例放大器、检测信号第二反相比例放大器均选用型号为lm7332max/nopb的芯片;参考信号处理模块由参考信号第一同相比例放大器、参考信号第二同相比例放大器，参考信号第一同相比例放大器后连接有参考信号第一电压比较器，参考信号第二同相比例放大器后连接有参考信号移相器和参考信号电压比较器；参考信号第一同相比例放大器、参考信号第二同相比例放大器和参考信号移相器均选用型号为lm7332max/nopb的芯片，参考信号电压比较器选用型号为tl3016cdr的芯片；锁相放大多路复用器选用型号为cd74hc4051m96的芯片；锁相放大低通滤波器由锁相放大第一低通滤波器和锁相放大第二低通滤波器构成；锁相放大第一低通滤波器和锁相放大第二低通滤波器均选用型号为tl082的芯片。7.根据权利要求1所述的基于激励切换的非金属复合材料老化状态多深度检测装置，其特征在于，所述切换控制与数据采集模块由数据采集卡和pc机构成；切换控制与数据采集模块与锁相放大器的两路输出信号相连；其中，数据采集卡选用型号为阿尔泰usb-2884。

技术总结
本发明属于非金属复合材料老化状态检测技术领域，尤其涉及一种基于激励切换的非金属复合材料老化状态多深度检测装置。该检测装置通过切换控制信号，使激励控制模块选通不同检测深度所对应的激励电极、检测电极的组合，实现对非金属复合材料老化状态浅、中等和深三种层次的深度检测。基于激励切换的非金属复合材料老化状态多深度检测装置，包括有：传感器单元以及仪器控制端；仪器控制端中包括有信号发生模块、信号放大器、锁相放大器、切换控制与数据采集模块；传感器单元中包括有激励电极、检测电极、激励控制模块以及信号初级处理模块；其中，激励电极和检测电极采用打印印刷的方式，制备形成在同一PCB基底板上。制备形成在同一PCB基底板上。制备形成在同一PCB基底板上。


技术研发人员：殷晓康 范瑞祥 赵明睿 韩宗凯 文凯杰 张兆瑞 马龙辉 李伟 陈国明 袁新安 李肖
受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）
技术研发日：2023.04.18
技术公布日：2023/5/16