Pulse durability of thin-film resistors embedded in printed circuit boards
2011 International Students and Young Scientists Workshop ?Photonics and Microsystems”
Pulse durability of thin-film resistors embedded in printed circuit boards
Adam K?ossowicz, Pawe? Winiarski and Andrzej Dziedzic
Faculty of Microsystem Electronics and Photonics, Wroclaw University of Technology, Wybrze e Wyspia skiego 27, 50-370 Wroc?aw, Poland (e-mails: 165216@student.pwr.wroc.pl and andrzej.dziedzic@pwr.wroc.pl ) Abstract - The passives (resistors, capacitors, inductors) embedded in printed circuit boards (PCBs) can improve electrical properties and reliability of electronic systems. Pulse durability is an important parameter of passive components and active devices. In the case of resistors it allows to determine many properties including maximum power dissipation, resistance change or phenomena occurring in resistor structures after pulse surging. Furthermore pulse durability defines utility for pulse circuits. Thus this work presents pulse durability of thinfilm resistors made on the surface or embedded in Printed Circuit Boards. Investigated test structures were made of nickel–phosphorus (Ni-P) alloy on FR-4 laminate with sheet resistance 25 /sq or 100 /sq. Pulse durability was determined by calculating the maximum nondestructive electric field, maximum nondestructive surface power density or maximum nondestructive volume power density. These parameters were determined in dependence on pulse duration, resistor geometry (length, width, aspect ratio), type of cladding, laser trimming and accelerated aging process.
Fig. 1. Cross-section through typical multichip module (MCM) with embedded passives
I. INTRODUCTION Traditional passives are three-dimensional discrete components, soldered through or onto surface. They occupy significant part of top/bottom surface (up to 50% of the surface area) and increase thickness and weight of electronic circuits/systems. The embedded passives (resistors, capacitors and/or inductors Fig.1) are more and more used in multichip module (MCM) technologies. They are fabricated among others in Low Temperature Co-fired Ceramics (LTCC) substrates or PCBs. The embedded passives in comparison to traditional ones are essentially two-dimensional elements that become part of the internal layers of a PCB or LTCC substrate increasing its thickness only of around several μm. Shifting of passives into substrate can increase a free space of PCB for active components and improve packaging density.
The embedded passive technology (EPT) is incited by many factors such as the need for higher packaging density, lower production costs and better electrical properties. EPT permits for distance reduction between components (which leads to reduction of parasitics, less crosstalk and enhance transmission quality) and improving of electrical performance especially in higher frequencies (because of lower loss and lower noise yield). One should note, that EPT can also simplify the assembly process and reduce assembly cost (for example embedded passives have not problem with positioning). By using of embedded passives we can lower material cost by reducing the number of discrete passives, flux, and solder paste. Nowadays technology allows to embed both thick-film and thin-film resistors. Pulse durability is an important parameter of passive components and active devices. In general, the susceptibility to high voltage pulses and electrostatic discharges has been investigated for thin- and thick-film resistors for more than 30 years [1,2]. Such investigations can be performed with the aid of single or series of “long” pulses (rectangular shape surges with 1 to 20 ms duration) [3,4] or by the series of “short” voltage pulses (with duration from several hundred nanoseconds up to several hundred microseconds, eg. [5]). This paper characterizes experimentally, compares and analyzes pulse durability (determined by calculating the maximum nondestructive electric field, maximum nondestructive surface power density or maximum non destructive volume power density) of thin-film (TF) resistors made on the surface or embedded in Printed Circuit Boards (PCBs) [6,7].
978-1-4577-1652-2/11/$26.00 ?2011 IEEE
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II. INVESTIGATED STRUCTURES Test structures were fabricated in processes based on Ohmega-Ply technology [6]. Structures were made from resistive foils with 25 /sq (0.4 μm thick) or 100 ?/sq (0.1 μm thick) sheet resistance embedded between two layers. Upper layer is copper foil (17.5 or 35 μm thick). Those thin layers are laminated with standard FR-4 laminate (Fig. 2 and 3). The fabrication process involves electroplating of nickelphosphorus alloy on copper foil, lamination formed foil on FR4 and subtractive methods for defining shape and dimension of resistor.
The research was conducted using self-made GIHV-1 pulse generator (rectangular pulses with duration timp from 10 μs to 10 s, time between pulses T from 10 ms to 10 s and pulse amplitude from 5 to 1500 V), laboratory multimeter, and a personal computer (Fig. 4). B. Measurement procedure
There is no one general method used to measure pulse durability, so it is hard to define parameters and criterion of experimental procedure. Nevertheless we determined failure criterion for resistors as changing of resistance after pulse stress by more than ±10% of initial value or visible structural damage. To determine pulse durability the following parameters were calculated: Emax – maximum nondestructive electric field: (1)
Fig. 2. Review of Ohmega-Ply process
Pmax – maximum nondestructive power: (2) PS – maximum nondestructive surface power density: (3) PV – maximum nondestructive volume power density: (4) where: V – largest non-destructive amplitude of pulse voltage, l - length of resistor, Rafter - resistance of resistor after pulse stress; w - width of resistor; t - thickness of resistor. Resistors with different dimensions, aspect ratio, sheet resistance or type of cladding were surged with high amplitude pulses. For experiment laser trimmed resistors and aged ones were also used. Type of cut was dependent on dimension of resistor and was not performed to obtain proper value of resistance but specified length of cut (Tab. 1). TABLE 1
TYPE OF LASER CUT IN DEPENDENCE ON RESISTOR DIMENSION
In our experiment rectangular resistor were used, their widths and lengths were determined in two etching processes. The dimensions were from 0.25 to 1.5 mm width and aspect ratio (n = length/width) between 1 and 4. Part of tested structures was coated with Resin Coated Copper (RCC) or Laser Drillable Prepreg (LDP) 2×106 to gain protection from environmental conditions and simulate multilayer PCBs. Also part of structures was trimmed with two types of cut with NdYAG laser.
Fig. 3. Simulation of embedded resistor
III. PULSE DURABILITY A. Measurement system
Dimension [mm] 1×1; 1.5×1.5 1×1; 1.5×1.5; 2×1; 3×1.5 2×1; 3×1.5
Cut type I-type to ? resistor width I-type to ? resistor width L-type
The aging process proceeds in three cycles. First thermal cycle with parameters: time of process t1 = 160 h, temperature temp = 100°C. Second thermal and moisture cycle: t2 = 190 h, temp = 60°C, relative humidity = 95%. Last thermal cycle: t3 = 130 h, temp = 140°C. The experiment was divided into two parts. In the first part each tested component was stressed by two identical pulses, and its resistance was measured after short time. If resistance change was smaller than ±10% the amplitude was increased by
Fig. 4. Review of measurement system
70
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2% and procedure was repeated. This process was conducted until the failure criterion was achieved. Similar procedure was repeated in all kinds of test.
Emax [V/mm]
70 60 50 40 30 20 10 0
none 2x106 RCC none 2x106 RCC none
0.25 mm 0.5 mm 1 mm 1.5 mm
Parameters of the pulse for constant time of pulse were as follow: timp = 1 ms, T = 1 s, number of pulses N = 2, V - dependent of resistor type. Parameters of experiment pulses with various duration were as follow: timp = 10 μs, 100 μs, 1 ms, 10 ms, 100 ms, 1 s, 10 s; T = 1 s for timp < 1 s and 10 s for timp = 10 s; N = 2, V - dependnt of resistor type. After all tests the results were analyzed and compared in dependence on resistor geometry (length, width, aspect ratio), type of cladding, laser trimming, pulse duration, and accelerated ageing process. Part of received results were presented in this paper. IV. RESULTS A. Pulse durability for constant pulse duration
2x106
RCC
1 sq
2 sq
4 sq
Fig. 6. Maximum nondestructive electric field, resistors (100
/sq), timp = 1ms
0.25 mm 0.5 mm 1 mm 1.5 mm
3,5x10 3,0x10 2,5x10
PV [W/mm ]
3
5
5
By analyzing obtained results for experiments with constant pulse duration many dependencies were observed. The larger the resistor is the higher amplitude can be used without destroying the structure. But with increasing the resistors length the maximum nondestructing electric field is decreasing. Other parameters (PS and PV) behave in a similar way. Therefore pulse durability is larger for smaller structures (Fig. 5). Moreover coated structures exhibit larger pulse durability (by about 30%) - better results were received for structures coated with LDP 2×106 cladding (Figs. 5 and 6). Resistors fabricated from 25 /sq foil have smaller values of V and Emax compared to 100 /sq ones, however are characterized by higher values of PS and PV (Fig. 7). Thus thickness of resistor also influence on pulse durability.
80 70 60
Emax [V/mm]
0.25 mm 0.5 mm 1 mm 1.5 mm
5
2,0x10 1,5x10 1,0x10 5,0x10
5
5
5
4
0,0
none 2x106 RCC none 2x106 RCC none 2x106 RCC 4 sq 1 sq 2 sq
Fig. 7. Maximum nondestructive volume power density, resistors (100 timp = 1ms
/sq),
50 40 30 20 10 0
none 2x106 RCC none 2x106 RCC none 2x106 RCC
In general laser trimming decreases pulse durability; changes are more significant for longer I-type cut. The L-type cut causes less decrease in pulse durability than I-type. After any laser trimming deterioration of parameters was observed (Fig. 8), around 50% for Emax and around 70% for PS, these values are independent on value of sheet resistance. TABLE 2 LEGEND FOR ABBREVIATIONS USED IN FIG. 8
Dimension 1×1 and 1.5×1.5 mm 2×1 and 3×1.5 mm short I-type to 1/4 width I-type to 1/2 width long I-type to 1/2 width L-type to 1/2 width and 1/3 length
1 sq
2 sq
4 sq
Fig. 5. Maximum nondestructive electric field, resistors (25
/sq), timp = 1ms
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45 40 35
Emax [V/mm]
1x1 mm 2x1 mm 1.5x1.5 mm 3x1.5 mm
B.
Pulse durability for various pulse duration
30 25 20 15 10 5 0
none short long none short long none short long
Pulse durability decreases very quickly with increase of pulse duration. There is power relationship between pulse duration and Emax, PS and PV. Figure 9 shows power dependence for shorter timp and nearly constant (almost independent on pulse duration) for longer pulses. For better determination of those characteristics an approximation was applied by equation: (5) and the b parameter is very close to 0.4 (Fig. 10). C. Pulse durability after ageing process
uncovered
2x106
RCC
Fig. 8. Maximum nondestructive electric field, resistors (25 timp = 1ms
/sq), trimmed,
10
2
2x1 mm none 2x1 mm 2x106 2x1 mm RCC 0.5x0.25 mm none 0.5x0.25 mm 2x106 0.5x0.25 mm RCC
After three cycles of aging structures were tested in the same way and with same parameters as in the test with constant time of pulse. Aging process affects pulse durability of tested thin-film resistors. Some surface and volume nondestructive power density of aged structures decreases (mainly for uncovered and RCC-coated resistors) whereas the other (for resistors with LDP 2×106 cladding) increases (Fig. 11).
3,5x10 3,0x10 2,5x10
PV [W/mm ]
3
5
Emax [V/mm]
5
4x1 mm 1x0.25 mm 0.25x0.25 mm
5
2,0x10 1,5x10 1,0x10
5
10
1
5
5
10
-3
10
-2
10
-1
10
0
10
1
10
2
10
3
10
/sq),
4
5,0x10
4
timp [ms]
Fig. 9. Maximum nondestructive electric field, resistors (100 timp = various
6
0,0
none 2x106 RCC none 2x106 RCC
before
after
10
PV [W/mm ]
10
3
5
2x1 mm none 2x1 mm 2x106 2x1 mm RCC 0.5x0.25 mm none 0.5x0.25 mm 2x106 0.5x0.25 mm RCC Approximation
Fig. 11. Maximum nondestructive volume power density, unaged versus aged 100 Ω/sq resistors
V. CONCLUSIONS The investigation of pulse durability of thin-film resistors embedded in printed circuit boards was conducted. Based on the research the influence of dimension, sheet resistivity and type of cladding on pulse stability was discovered. Smaller resistors have better pulse durability than larger ones. Additionally structures coated with LDP 2×106 cladding have the best stability. Relying on results of research with variable duration of pulse, values of parameters and time of pulse, power relationship was ascertained. By analyzing and approximating those characteristics relative value of parameter was obtained, it is equal to 0.4. Ageing process has an influence on pulse stability but this phenomena was not examined sufficiently. The results can be used to determine safety parameters of work conditions for devices with this type of components.
10
4
10
3
10
-3
10
-2
10
-1
10
0
10
1
10
2
10
3
10
4
10
5
timp [ms]
Fig. 10. Maximum nondestructive volume power density, resistors (100 /sq), timp = various
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ACKNOWLEDGMENT
This work was supported by statutory activity of Wroc?aw University of Technology, Grant 343 745 W12. Authors would like to thank Mr Wojciech St plewski for preparation of test samples.
REFERENCES
1. 2. C.H. Seager, G.E. Pike; Electrical field induced changes in thick film resistors, Proc. Int. Microelectronics Symp. (ISHM-USA) 1976, p.115-122 J.-P. Constantin, M. Moulin, J.-B. Ranger; Effect of surge voltages on thin and thick film resistors, Proc. 2nd Int. M-electronics Conf. (ISHM-Japan), 1982, p.51-55 J.M. Kozlowski, M. Tancula; The influence of electrical pulses on thick film (Du Pont 1421 Birox) resistors, Electrocomponent Science and Technology, vol. 9 (1982), p.185-189 R.F. Szeloch, K. Brydak, R. Borek, A. Dziedzic, L. Golonka; Computer controlled step-stress method for thick film resistive layers testing, Proc. RELECTRONIC`88 (7th Symp. on Reliability in Electronics), Budapest 1988, p.606-610 D. Bonfert, G. Klink, K.-H. Bock, P. Svasta, C. Ionescu; Electrical stress on film resistive structures on different substrates, Proc. 34th ISSE Conf., Tatranska Lomnica (Slovakia), May 2011 A. Dziedzic, A. K?ossowicz, P. Winiarski, K. Nitsch, T. Piasecki, G. Kozio?, W. St plewski; Wybrane w?a ciwo ci elektryczne i stabilno ü elementów biernych wbudowanych w p?ytki obwodów drukowanych, Mat. X Krajowej Konf. Elektroniki, Dar?ówko 2011, s. 59-70 W. St plewski, T. Serzysko, G. Kozio?, K. Janeczek, A. Dziedzic; Investigations of passive components embedded in printed circuit boards, Proc. 35th IMAPS/CPMT Poland Int. Conference, Gda sk-Sobieszewo, Sept. 2011
3.
4.
5.
6.
7.
振动测试系统
一、振动测试系统 1.主要功能 DASP V10振动测试系统包括信号采集和实时分析软硬件。DASP V10 是一套运行在Windows95/98/Me/NT/2000/Xp平台上的多通道信号采集和实时分析软件，通过和东方所的不同硬件配合使用，即可构成一个可进行多种动静态试验的试验室。DASP V10 软件既具有多类型视窗的多模块功能高度集成特性，具有操作便捷的特点。基于东方所在各种工程应用领域的长期经验，DASP-V10对各种功能模块重新进行整合，成为一套功能更加全面、操作更加便捷、界面更加美观、性能继续保持领先的动静态信号测试分析系统。DASP V10 软件的每一个模块中均包含了非常多的功能，各种功能可交错使用，在测试和分析的功能和性能上突破了以往信号分析仪的种种限制，与INV系列采集仪配合形成的系统的各项指标均可达到或超过国家高级仪器的标准。DASP V10 软件的所有测试分析结果都可以多种方式输出，包括图形的复制、存盘、打印，数据导出为TXT、CSV、Excel电子表格和Access数据库格式，并可轻松输出图文并茂的Word格式或者Html格式的分析报告。基于DASP V10 的平台上，还可以运行专业模态和动力学分析系统、虚拟仪器库、信号发生器以及针对声学、旋转机械、路桥土木、计量检定等行业的多种软件系统，满足各方面各层次的测试和分析需求。
3.隶属 （1）实验室：水机测控实验室（B01-205/207） （2）负责人：魏德华 二、ANSYS/CFD流体分析软件 1.主要功能 FLUENT、CFX是目前国际上比较流行的商用CFD软件包，国际市场占有率达70%。凡跟流体、热传递及化学反应等有关的领域均可使用。它具有丰富的物理模型、先进的数值方法以及强大的前后处理功能，在航空航天、汽车设计、石油天然气、涡轮机设计等方面都有着广泛应用，包括管路、渠道、流体机械、燃烧、环境分析、油气消散/聚积、喷射控制、多相流等方面的流动计算分析。 2.主要设备 3.隶属 （1）实验室：水机测控实验室（B01-205/207） （2）负责人：石祥钟
振动信号检测系统的设计1
信号检测综合训练 说明书 题目：振动信号检测系统设计 学院：电气工程与信息工程学院 班级：电子（2）班 姓名: 钱鹏鹏 学号：11260224 指导老师：缑新科 2014.12.07
摘要 机械在运动时，由于旋转体的不平衡、负载的不均匀、结构刚度的各向异性、间隙、润滑不良、支撑松动等因素，总是伴随着各种振动。机械振动在大多情况下是有害的，振动往往会降低机器性能，破坏其正常工作，缩短使用寿命，甚至导致事故。机械振动还伴随着同频率的噪声，恶化环境，危害健康。另一方面，振动也被利用来完成有用工作，如运输、夯实、清洗、粉碎、脱水等。这时必须正确选择振动参数，充分发挥振动机械的性能。在现代企业管理制度中，除了对各种机械设备提出低振动和低噪声要求外，还需随时对机器的运行状况进行监测、分析、诊断，对工作环境进行控制。为了提高机械结构的抗振性能，有必要进行机械机构振动分析和振动设计，这些都离不开振动测试。 本文在此基础上设计了一种专用的振动信号检测系统，具有功耗低、体积小、精度高等优点。 信号检测的内容要求： 通过MCS-51系列单片机设计振动信号检测系统。要求如下： 1 振动信号的特点，选择合适的传感器，并设计相应的检测电路； 2 将设计完成的检测电路，通过软件防真验证； 3 主要设计指标：可测最大加速度：-5m/s~+5m/s;可测最大速度：-0.16m/s~+0.16m/s；可测最大位移：-5mm~+5mm；通频带：0.05Hz~35Hz；转换精度：8bit；采样频率：128Hz 4 利用LCD显示振动信号，有必要的键盘控制。
总体设计方案介绍： 本系统由发射电路和接收电路组成。发射电路主要由加速度传感器构成。接收电路由单片机最小系统和外部串口以及显示部分模块三部分组成。。 硬件电路设计： （1）使用MMA8452加速度传感器和STC89C52单片机来实现。 一.设计目的:了解加速度传感器的工作机理，以及单片机的各种性能； 二.设计器材:电源、proteus7.7软件、89C52，MMA8452加速度传感器，导线若干。 三．设计方案介：该系统目的是便于对一些物理量进行监视、控制。本设计以加速度传感器显示出加速度信号即振动信号，再通过单片机将信号从串口接入电脑显示出来，即完成振动信号的检测功能。 （2）振动传感器的分类 1、相对式电动传感器 电动式传感器基于电磁感应原理，即当运动的导体在固定的磁场里切割磁力线时，导体两端就感生出电动势，因此利用这一原理而生产的传感器称为电动式传感器。 相对式电动传感器从机械接收原理来说，是一个位移传感器，由于在机电变换原理中应用的是电磁感应电律，其产生的电动势同被测振动速度成正比，所以它实际上是一个速度传感器。 2、电涡流式传感器 电涡流传感器是一种相对式非接触式传感器，它是通过传感器端部与被测物体之间的距离变化来测量物体的振动位移或幅值的。电涡流传感器具有频率范围宽（0～10 kHZ），线性工作范围大、灵敏度高以及非接触式测量等优点，主要应用于静位移的测量、振动位移的测量、旋转机械中监测转轴的振动测量。 3、电感式传感器 依据传感器的相对式机械接收原理，电感式传感器能把被测的机械振动参数的变化转换成为电参量信号的变化。因此，电感传感器有二种形式，一是可变间隙，二是可变导磁面积。 4、电容式传感器 电容式传感器一般分为两种类型。即可变间隙式和可变公共面积式。可变间隙式可以测量直线振动的位移。可变面积式可以测量扭转振动的角位移。 5、惯性式电动传感器 惯性式电动传感器由固定部分、可动部分以及支承弹簧部分所组成。为了使传感器工作在位移传感器状态，其可动部分的质量应该足够的大，而支承弹簧的刚度应该足够的小，也就是让传感器具有足够低的固有频率。根据电磁感应定律，感应电动势为：u=Blx&r 。式中B为磁通密度，l为线圈在磁场内的有效长度，r x&为线圈在磁场中的相对速度。 从传感器的结构上来说，惯性式电动传感器是一个位移传感器。然而由于其输出的电信号是由电磁感应产生，根据电磁感应电律，当线圈在磁场中作相对运动
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铁氧化物与普鲁士蓝类化合物的形貌可控合成与非经典结晶机理研究
铁氧化物与普鲁士蓝类化合物的形貌可控合成与非经典结晶机理研 究 【摘要】：随着材料科学的持续发展,新材料的开发与材料性能的提高成为研究热点。已有研究表明,通过对材料的形貌可控合成,可提高材料性能,并可望以形貌均一的材料为筑块,构成多功能复合材料。由于材料的形貌可控合成涉及到材料学、材料化学、材料物理、结晶学以及仿生学等诸多领域,已成为一个跨学科的基础性研究课题。随着材料形貌可控合成研究的深入开展,已取得了丰富的研究成果,但仍有一些重要问题有待解决。如：开发通用的形貌可控乃至成分可控的简易液相合成方法；合成结构有序的分级材料,并对其组装方式和原因进行深入探讨；研究非经典结晶现象,并推动非经典结晶理论的完善等。为开发较具普适性的无机物形貌可控合成方法,合成结构有序的分级无机材料以及研究形貌可控合成过程中的经典与非经典结晶现象,厘清其机理。本文以水热法、固相热分解法和离心助界面沉淀法等进行无机材料的形貌可控合成；采用X射线衍射分析(XRD)、穆斯堡尔谱、选区电子衍射(SAED)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、红外可见光谱(FT-IR)、振动样品磁强计(VSM)及全自动比表面积及微孔物理吸附分析仪等多种分析测试手段,对合成产物的结构、成分、形貌、分级结构的组装方式、磁学性能及多孔材料的比表面积与孔径分布等进行了表征和分析。通过研究,得出了如下主要结果：1.以亚铁氰化钾为单源母体,以水热法为合成方法,通过调节各项反应参数,制备成份与
形貌可控的铁氧化物与普鲁士蓝类化合物。(1)当NaOH浓度为0.1mol/L时,产物为片状四氧化三铁。这种四氧化三铁面积大,其边长约为数十微米。通过对产物形貌随时间变化的研究表明,片状四氧化三铁由纳米颗粒定向组装而成,表现出单晶体的衍射特征。当NaOH 浓度为1mol/L时,产物为类八面体状四氧化三铁,SAED表明其为单晶结构。通过对产物形貌随时间变化的研究表明,类八面体状四氧化三铁由片状四氧化三铁溶解后再结晶形成。(2)在中性环境中,制得了普鲁士白微晶。穆斯堡尔图谱分析表明,这是首次成功合成能在空气中稳定存在的普鲁士白产物。SEM表明产物为立方状普鲁士白微米颗粒,边长约为2-5微米,且部分晶体内部含立方状大孔。分析表明,普鲁士白立方体由层层组装缓慢生长形成,其中大孔的形成是受溶解作用的影响。(3)在酸性环境中,制得了普鲁士蓝介晶。研究表明,当盐酸浓度超过1mol/L时,可获得八面体状介晶。此八面体介晶的长轴长度约为7微米左右,由数百纳米的颗粒组装构成。SAED表明其表现出单晶的衍射行为特征,说明产物为有序分级组装体。研究表明,由于在酸性条件下,普鲁士蓝易被腐蚀,当对普鲁士蓝的腐蚀作用使纳米粒子达到一个适中的浓度时,形成普鲁士蓝介晶。(4)在酸性环境中,在添加聚乙二醇(PEG)的前提下,制得了普鲁士蓝介晶。产物为赝截角立方体,两端距离约为5-6微米。由纳米颗粒与亚微米立方体组装而成。(5)在酸性环境中,在添加CTAB的前提下,制得了突出立方体状普鲁士蓝微晶。研究表明,CTAB可抑制普鲁士蓝的成核,使产物尺寸均一性提高,并可吸附在普鲁士蓝晶体的表面,引发盐酸对其普鲁士蓝立方体边、角的
汽车发动机振动噪声测试系统
附件1 汽车发动机振动噪声测试系统 1用途及基本要求： 该设备主要用于教学和科研中的振动和噪声测量,要求能够测量试验对象的振动噪声特性（频率、阶次、声强等)，能对试验数据进行综合分析。该产品的生产厂应具有多年振动噪声行业从业经验，有较高的知名度和影响力。系统软件和硬件应该为成熟的模块化设计,同时具有很强的扩展能力,能保证将来软件和硬件同时升级。 2设备技术要求及参数 2.1设备系统配置 2.1.1数据采集系统一套； 2.1.2数据测试分析软件一套； 2.1.3传声器 2个； 2.1.4加速度计 2个; 2.1.5声强探头 1套； 2.1.6声级校准器 1个； 2.1.7笔记本电脑一台 2.2数据采集、控制系统技术要求 2.2.1主机箱一个；供电采用9～36V直流和 200~240V交流； 2.2.2便携式采集前端，适用于实验室及现场环境； 2.2.3整机消耗功率〈150W； 2.2.4工作环境温度:—10?C ~50?C； 2.2.5中文或英文WindowsXP下运行,操作主机采用笔记本电脑； 2.2.6输入通道数：4个以上，其中2个200V极化电压输入通道、不少一个转速输入通道； 2.2.7输入通道拥有Dyn-X技术,动态范围160dB； 2.2.8每通道最高采样频率：≥65.5kHz，最大分析带宽：≥25.6kHz； 2.2.9系统留有扩充板插槽,根据需要可以进一步扩充；数据采集前端可同时连接多种形式传感器，包括加速度计、转速探头、传声器、声强探头等; 2.2.10系统具有堆叠和分拆能力，多个小系统可组成多通道大系统进行测量。大系统可分拆成多个小系统独立运行; 2.2.11采集前端的数据传输具备二种方式之一：①通过10/100M自适应以太网传输至PC； ②通过无线通讯以太网技术传输至PC，通信距离在100米以上。使测量过程更为灵活方便,方便硬件通道和计算机系统扩展升级;
机械振动测试系统综述
机械振动测试系统综述 翟 慧 强 张 金 萍 于 玲 王 丹 （沈阳化工大学 机械工程学院,辽宁 沈阳 110142） 摘 要:机械振动测试技术在工业生产中起着十分重要的作用，为此设计和制造高效的机械振动测试系统便成为测试技术的重要内容。本文首先概述了机械振动测试系统的发展历程。总结和分析了发展机械振动 测试系统的基本组成和应用理论。根据不同原理列举了几种机械振动测试系统的类型并对不同的机械振动 测试系统进行分析,探讨了他们的优点和不足。最后在此基础上分析了机械振动测试系统的几个发展趋势和 系统建设中仍然要注意的抗干扰问题和故障诊断问题。 关键词：机械振动测试系统；测试技术；抗干扰；故障诊断 1 引言 振动问题广泛存在于热门的生活和生产当中。建筑物、机器等在内界或者外界的激励下就会产生振动。而机械振动常常会破坏机械的正常工作，甚至会降低机械的使用寿命并对机器造成不可逆的损坏多数的机械振动是有害的。因而对振动的研究不仅有利于改善人们的生活环境和生活水平，也有助于提高机械设备的使用寿命，提高人们的生产效率。正因如此振动测试在生产和科研等多方面都有着十分重要的地位[1]。为了控制振动，将振动给人们带来的危害降至最低，就需要我们了解振动的特性和规律，对振动进行测试和研究。振动测试系统应运而生。 振动测试系统有着较为长久的发展历史，是与人类社会的发展有着紧密的联系。随着计算机技术和相关高科技技术的问世和发展，振动测试系统也有了飞跃性的发展。振动测试系统从最早的简单机械设备的应用到如今的先进的计算机技术和设备的应用。从刚开始的检测人员的耳朵来进行测量、判断和计算出大概的故障点的原始方法到现在的计算机控制、存储、处理数据的处理[2]。无不体现出振动测试系统的长足发展和飞跃式的进步。与此同时，机械振动测试在理论方面也有了长足的发展，1656年惠更斯首次提出物理摆的理论并且创造出了单摆机械钟到现今的自动控制原理和计算机的日趋完善，人们对机械振动分析的研究已日趋成熟。而伴随着振动测试系统的进步和日臻成熟，其在国民的日常生活和生产中所扮演的角色也愈发的重要。 2机械振动测试系统的基本理论与组成 机械振动测试就是利用现代一些测试手段，对所研究物体的机械振动进行测量，并对测得的信号进行更细致的分析，以期获得在各种工作状态下物体的机械振动特性，从而判断物体的机械振动特性是否符合要求。 振动测试系统主要由传感器、信号调节部分、数模转换器、信号处理部分和数据记录部分、反馈部分等组成。传感器是将被测量转换成某种电信号的部件。是整个测试系统最重要的组成部分。信号调节部分是把传感器的输出信号转换成适合于进一步传输和处理的形式。经过加工处理使得原始信号更加便于分析和处理。这种信号的转换多数是电信号直接的转换。信号处理部分是对来自信号调节环节的信号进行各种运算和分析。这也是测试的核心意义所在，包括对时域和频域的分析，已得到各种参数。数模转换器是采用计算机等进行测试、控制系统时进行模拟信号与数字信号的相互转换的环节。测试系统的主要作用是更加便捷易懂的将初试信号转换成某种信号进行提取分析。因此最重要的是信号不能失真，不出现扰动。这就对测试系统提出了较为严格的要求[3]。 3.振动测试系统的分类 近几年来，振动测试理论与方法都有了很大的发展。目前振动测试方法按其原理不同可以分为四类。直观类、光学类、机械类和电测类。直观法操作简便，不受各种器材的限制。
基于labview振动测试系统
基于LabVIEW的振动信号测试系统设计 摘要：虚拟仪器是现代计算机技术同仪器技术深层次结合的全新概念仪器，实质是利用计算机的显示器的显示功能模拟传统仪器的控制面板，以多种形式表达输出测量结果，利用计算机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析和处理，完成各种测试功能的一种计算机仪器系统。 本次设计利用了基于LabVIEW的虚拟仪器技术设计了一套振动测试系统，下位机采用AT89C52单片机进行数据采样，并通过RS-232串口与上位机通信实现信号数据的传输，上位机软件开发基于LabVIEW平台。其具有信号采集，波形显示，数据处理，数据保存，信号参数检测等功能，具有操作简单，界面直观，适用性强等特点。通过设计，能够对数据进行时域显示和频域分析处理。 关键词：虚拟仪器；振动测试；LabVIEW；单片机
Vibration Testing System Based on LabVIEW Signal Design Abstract : Virtual instrumentation is modern computer technology combined with the deep-seated instrument technology new concept instrument , in essence, the use of the computer monitor 's display traditional analog instrument control panel to output measurement results of various forms of expression , the use of powerful computer software functions the operation data for signal analysis and processing is completed for all test functions of a computer system apparatus . The design takes advantage of LabVIEW -based virtual instrument technology designed a vibration test systems, next-bit machine using AT89C52 microcontroller for data sampling , and to achieve data transmission signal via RS-232 serial communication with the PC , PC software development based on LabVIEW platform. Which has a signal acquisition, waveform display , data processing, data storage , signal parameter detection and other functions, with a simple, intuitive interface, applicability, and other characteristics. By design, the data can be displayed in time domain and frequency domain analysis. Ke ywords: Virtual Instrument, vibration test, LabVIEW, SCM
普鲁士蓝染色试剂盒的染色原理
普鲁士蓝染色试剂盒的染色原理 普鲁士蓝染色试剂盒分为三种包括伊红法、中性红法、核固红法等。染色原理基本相同，根据复染时染色液的不同区别为这3种方法。 含铁血黄素(hemosiderin)是一种血红蛋白源性色素，为金黄色或棕黄色颗粒，因其含铁、金黄色，故称为含铁血黄素。当红细胞被巨噬细胞吞噬后，在溶酶体酶的作用下，血红蛋白被分解为不含铁的橙色血质和含铁的含铁血黄素。Perls普鲁士蓝反应(Prussian blue reaction)又称为含铁血黄素染色，即经过亚铁氰化钾和稀酸处理后可以产生蓝色，常见于吞噬细胞内或间质内，主要显示三价铁盐。Perls普鲁士蓝是非常经典的组织化学反应，是显示组织内三价铁的一种敏感、传统优良的方法。 染色原理： 亚铁氰化钾溶液使三价铁离子从蛋白质中被稀盐酸分离出来，三价铁与亚铁氰化钾反应，生成一种不溶解的蓝色化合物即三价铁的亚铁氰化物普鲁士蓝，所以该反应被称为普鲁士蓝反应。三价铁的亚铁氰化物是一种很稳定的化合物，在反应后可用红色染色剂进行复染，如核固红、伊红、中性红等。 Perls stain常用于显示局部组织内的各种出血性病变，常见于吞噬细胞内。在判断含铁血黄素沉积时，用Perls反应可以得到证实, 该染色法可以很好地区分含铁血黄素与其他色素。该染色液稳定性好、可以长期保存、不易产生沉淀、应用范围广，可以进行复染。 复染特点：
普鲁士蓝染色试剂盒（Perls stain，伊红法），其复染液采用伊红染色液，也是常用的复染液，该复染液染色时间较核固红染色液要短。 普鲁士蓝染色试剂盒（Perls stain，核固红法），该染色液的复染液采用核固红，是最经典、最常用的复染液。 普鲁士蓝染色试剂盒（Perls stain，中性红法），该染色液的复染液采用中性红，该复染液染色时间比较灵活，可以相应缩短。 染色结果： 含铁血黄素或三价铁蓝色 细胞核、其他组织红色
振动测试系统
振动测试系统 1.主要功能 DASP V10振动测试系统包括信号采集和实时分析软硬件。DASP V10 是一套运行在Windows95/98/Me/NT/2000/Xp平台上的多通道信号采集和实时分析软件，通过和东方所的不同硬件配合使用，即可构成一个可进行多种动静态试验的试验室。DASP V10 软件既具有多类型视窗的多模块功能高度集成特性，具有操作便捷的特点。基于东方所在各种工程应用领域的长期经验，DASP-V10对各种功能模块重新进行整合，成为一套功能更加全面、操作更加便捷、界面更加美观、性能继续保持领先的动静态信号测试分析系统。DASP V10 软件的每一个模块中均包含了非常多的功能，各种功能可交错使用，在测试和分析的功能和性能上突破了以往信号分析仪的种种限制，与INV系列采集仪配合形成的系统的各项指标均可达到或超过国家高级仪器的标准。DASP V10 软件的所有测试分析结果都可以多种方式输出，包括图形的复制、存盘、打印，数据导出为TXT、CSV、Excel电子表格和Access数据库格式，并可轻松输出图文并茂的Word格式或者Html格式的分析报告。基于DASP V10 的平台上，还可以运行专业模态和动力学分析系统、虚拟仪器库、信号发生器以及针对声学、旋转机械、路桥土木、计量检定等行业的多种软件系统，满足各方面各层次的测试和分析需求。
3.隶属 （1）实验室：水机测控实验室（B01-205/207） （2）负责人：魏德华 一、ANSYS/CFD流体分析软件 1.主要功能 FLUENT、CFX是目前国际上比较流行的商用CFD软件包，国际市场占有率达70%。凡跟流体、热传递及化学反应等有关的领域均可使用。它具有丰富的物理模型、先进的数值方法以及强大的前后处理功能，在航空航天、汽车设计、石油天然气、涡轮机设计等方面都有着广泛应用，包括管路、渠道、流体机械、燃烧、环境分析、油气消散/聚积、喷射控制、多相流等方面的流动计算分析。 2.主要设备 3.隶属 （1）实验室：水机测控实验室（B01-205/207） （2）负责人：石祥钟
普鲁士蓝染色试剂盒说明书
普鲁士蓝染色试剂盒(Perls stain，核固红法) ----北京华越洋生物GT355-H 含铁血黄素（Hemosiderin）是一种血红蛋白源性色素，为金黄色或棕黄色颗粒，因其含铁、金黄色，故称为含铁血黄素。当红细胞被巨噬细胞吞噬后，在溶酶体酶的作用下，血红蛋白被分解为不含铁的橙色血质和含铁的含铁血黄素。 Perls stain 常用于显示局部组织内各种出血性病变，常见于吞噬细胞内。在判断含铁血黄素沉积时，用Perls 反应可以得到证实，该染色方法可以很好的区分含铁血黄素和其他色素。该染色液稳定性好、可以长期保存、不易产生沉淀、应用范围广、可以进行复染。该染色液的复染液采用核固红，是最经典、最常用的复染液。 产品洯成： 规格2×50ml 2×100ml Storage Perls stain A 25ml 50ml RT避光 Perls stain B 25ml 50ml RT 临用前，取A1、A2等量混合，即为试剂(A)Perlsstain，不宜提前配制。试剂(B): 核固红染色液50ml 100ml RT 避光 使用说明书 1 份 自备材料： 1、10%的中性福尔马林 2、系列乙醇 3、蒸馏水 4、4%的多聚甲醛
操作步骤（仅供参考）： （一）石蜡切片染色 1、组织固定于10%中性福尔马林，常规脱水包埋。 2、切片厚度4um，常规脱蜡至水。 3、蒸馏水水洗1min。 4、切片入Perls stain（见注意事项4），浸染15-30min。 5、蒸馏水充分冲洗2-5min。 6、入核固红染色液，淡染细胞核5-10min。 7、自来水冲洗1-5s。 8、常规脱水透明，中性树胶封固。 （二）冰冻切片染色 1、无需脱蜡，直接迅速用蒸馏水冲洗2～3min。 2、染色、脱蜡、透明、封固步骤同石蜡切片的染色步骤。（三）细胞染色 1、4%多聚甲醛固定10～20min。 2、自来水冲洗2 次，每次2min。 3、蒸馏水冲洗2 次，每次2min。 4、染色、脱蜡、透明、封固步骤同石蜡切片的染色步骤。染色结果： 含铁血黄素或三价铁蓝色 细胞核、其他组织红色 阴性对照（可选）
聚苯胺-普鲁士蓝
52 纳米复合材料的制备及其在生物传感器和生物燃料电池中的应用 第三章基于PANI-PB/MWNTs纳米复合材料的葡萄糖生物传感器的 研究 葡萄糖酶生物传感器已广泛用于食品工业中进行质量检验以及在临床中检测糖尿病。在所有的酶生物传感器中，大约85%是研究葡萄糖生物传感器的[1-4]。极大部分葡萄糖生物传感器是通过检测酶反应产物H2O2来间接检测葡萄糖，对于葡萄糖的检测主要基于以下反应。 GOD(FAD) + D-glucose →GOD(FADH2)+gluconolactone （3-1） GOD(FADH2) + O2→GOD(FAD) + H2O2 （3-2）由反应可知过氧化氢氧化所产生的电流信号与葡萄糖含量成线性关系。在检测过氧化氢时，较高的检测电位使传感器易受生理溶液中电活性干扰物（如抗坏血酸，尿酸等）的影响。普鲁士蓝（PB）作为生物电分析化学中常用的电子媒介体，可以在低电位下催化还原H2O2，而且具有价格便宜，容易制备等特点[5-7]。如前章所述，普鲁士蓝有致命的弱点就是在中性及碱性条件下不稳定，从而导致所制备的酶生物传感器的性能也不稳定[8]，因此提高普鲁士蓝在电极上的稳定性，是制备高稳定性酶生物传感器的前提。 PB通常是通过电化学还原FeCl3-Fe(CN)6溶液而制备的，在本章中，首次采用一步原位化学还原的方法制备了聚苯胺-普鲁士蓝（PANI-PB）复合材料，然后将多壁碳纳米管分散在这种纳米颗粒的溶液中，最终得到PANI-PB/MWNTs复合材料，该复合材料表现良好的稳定性和电催化活性，用该材料制备的生物传感器也表现出良好的稳定性。 第一节实验药品、仪器及方法 3.1.1 实验药品及仪器
三振动系统固有频率的测量
实验三振动系统固有频率的测量 一、实验目的 1、了解和熟悉共振前后利萨如图形的变化规律和特点； 2、学习用“共振法”测试机械振动系统的固有频率（幅值判别法和相位判别法）； 3、学习用“锤击法”测试机械振动系统的固有频率（传函判别法）； 4、学习用“自由衰减振动波形自谱分析法”测试振动系统的固有频率（自谱分析法）。 二、实验装置框图
图3-1实验装置框图 三、实验原理 对于振动系统，经常要测定其固有频率，最常用的方法就是用简谐力激振，引起系统共振，从而找到系统的各阶固有频率。另一种方法是锤击法，用冲击力激振，通过输入的力信号和输出的响应信号进行传函分析，得到各阶固有频率。以下对这两种方法加以说明： 1、简谐力激振 简谐力作用下的强迫振动，其运动方程为： t F Kx x C x m e ωsin 0=++ 方程式的解由21X X +这两部分组成： ) sin cos (211t w C t w C e X D D t +=-ε 21D w w D -= 式中1C 、2C 常数由初始条件决定： t w A t w A X e e sin cos 212+= 其中 ( ) () 2 2 2 22 2 214e e e q A ω εω ω ωω+--= ， () 22 222 242e e e q A ω εω ω ε ω+-= , m F q 0= 1X 代表阻尼自由振动基，2X 代表阻尼强迫振动项。 自由振动周期： D D T ωπ 2= 强迫振动项周期： e e T ωπ 2= 由于阻尼的存在，自由振动基随时间不断得衰减消失。最后，只剩下后两项，也就是通常讲的定常强动，即强迫振动部分： ( ) () () t q t q x e e e e e e e e ωω εω ω ε ωωω εω ω ωωsin 42cos 422 222 22 222 2 2+-+ +--= 通过变换可写成
振动信号检测系统设计1
(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！) 信号检测综合训练 说明书 题目：振动信号检测系统设计 学院：电气工程与信息工程学院 班级：电子（2）班 姓名: 钱鹏鹏 指导老师：缑新科 2014.12.07
摘要 机械在运动时，由于旋转体的不平衡、负载的不均匀、结构刚度的各向异性、间隙、润滑不良、支撑松动等因素，总是伴随着各种振动。机械振动在大多情况下是有害的，振动往往会降低机器性能，破坏其正常工作，缩短使用寿命，甚至导致事故。机械振动还伴随着同频率的噪声，恶化环境，危害健康。另一方面，振动也被利用来完成有用工作，如运输、夯实、清洗、粉碎、脱水等。这时必须正确选择振动参数，充分发挥振动机械的性能。在现代企业管理制度中，除了对各种机械设备提出低振动和低噪声要求外，还需随时对机器的运行状况进行监测、分析、诊断，对工作环境进行控制。为了提高机械结构的抗振性能，有必要进行机械机构振动分析和振动设计，这些都离不开振动测试。 本文在此基础上设计了一种专用的振动信号检测系统，具有功耗低、体积小、精度高等优点。 信号检测的内容要求： 通过MCS-51系列单片机设计振动信号检测系统。要求如下： 1 振动信号的特点，选择合适的传感器，并设计相应的检测电路； 2 将设计完成的检测电路，通过软件防真验证； 3 主要设计指标：可测最大加速度：-5m/s~+5m/s;可测最大速度：-0.16m/s~+0.16m/s；可测最大位移：-5mm~+5mm；通频带：0.05Hz~35Hz；转换精度：8bit；采样频率：128Hz 4 利用LCD显示振动信号，有必要的键盘控制。 总体设计方案介绍：
聚苯胺普鲁士蓝讲解
纳米复合材料的制备及其在生物传感器和生物燃料电池中的应用123 第七章基于聚合物膜保护的PB纳米粒子的生物传感器的研究 普鲁士蓝（PB）作为六氰合金属配合物的典型代表常被用于电致变色、电化学、光物理以及磁性材料和分析化学等方面。由于其优越的电催化能力，PB常被用作安培型生物传感器的电子媒介体[1-3]，另一方面，有文献报道普鲁士蓝在中性及碱性溶液中很不稳定，所制备的电极甚至只有存放几个小时[4，5]，从而导致所制备的酶生物传感器的性能也不稳定。为了克服这些困难，文献上已经报道了很多提高PB稳定性的方法，如微乳液法[6]，聚合物保护法[7，8]，模板法[9]等。Zhang等人报道了在酸性溶液中合成PB纳米串的方法，所制备的PB纳米粒子小于50 nm，由于具有很大的比表面，从而提高了PB 的稳定性[10]。Xia 等人报道了向H2O2和K3Fe(CN)6 溶液逐渐加入FeCl3的方法，所制备的PB 和碳纳米管之间表现出协同效应，提高了PB 的稳定性[11]。近年来聚合物保护法制备PB也受到人们的关注，Kitagawa 等人报道了采用poly(diallydimethylammonium chloride) 作为保护膜制备了高分散的PB 纳米粒子[12]。Yakhmi等人也报道了采用聚苯胺保护的PB膜[13，14]。在所有的导电聚合物中，聚吡咯是最具吸引力的，因为它即使在中性条件也具有优越的导电性，良好的环境稳定性和很好的生物相容性。Vidal等人报道了采用电沉积的方法制备PPY/PB复合膜，但至今还没人报道采用化学还原的方法制备PPY@PB纳米粒子[15]。 在本文中，首次用一种简单的方法制备了聚吡咯-普鲁士蓝复合材料。然后将多壁碳纳米管分散在这种掺杂纳米颗粒的溶液中。最终得到PPY@PB/MWNTs复合材料，通过利用CNTs与PB的协同效应制备了电化学传感器[16]，该复合材料表现良好的稳定性和电催化活性，用该材料制备的生物传感器也表现出良好的稳定性。
普鲁士蓝
普鲁士蓝 这种神奇的颜料是一个叫狄斯巴赫的德国人于1704年，用草木灰，牛血和氯化铁制成的。 它色泽深沉呈现出奇异的夜空蓝，还能发出青或红的光。为了好卖和不让自己的秘方泄露，又由于他的发现者是德国人，便给他起了普鲁士蓝的名字。它又叫铁蓝，柏林蓝，中国蓝。 听到普鲁士蓝的成分，许多人会吓一跳。普鲁士蓝成分的基础是亚铁氰化铁，现在普鲁士蓝一般有两种，铵铁蓝【Fe(NH4)Fe(CN)6】和钾铁蓝【Fe.K.Fe(CN)6】。无论是哪一种普鲁士蓝，里面都有吓人的CN。 CN，氰，大家都会想到剧毒的氰化钾或是氰化氢。其实，普鲁士蓝毒性并不大，还可以用来解毒。大家都见过元素周期表，一定知道铊的毒性是很大的，而普鲁士蓝正好可以解除铊的毒性。因为铊可置换普鲁士蓝上的铁后形成不溶性物质,使其随粪便排出。
工业上生产普鲁士蓝用的是亚铁盐和亚铁氰化钠或亚铁氰化钾反应，随即将沉淀氧化成普鲁士蓝。在这之前，需要先把他们配制成溶液。 硫酸亚铁，硫酸铵和亚铁氰化钾反应，生成了一种叫做白浆的物质，它的化学式是[Fe(NH4)2Fe(CN)6]，生成白浆的化学方程式为：FeSO4+(NH4)2SO4+NaFe(CH)6=Fe(NH4)2Fe(CN)6+2NaSO4 把白浆用硫酸酸化，再用氯酸钾在50~60℃氧化一小时，或在20~30℃时用重铬酸钾氧化。 氯酸钾的氧化过程可用下面的方程式表示： 6Fe(NH4)2Fe(CN)6+KClO3+3H2SO4=6Fe(NH4)Fe(CN)6+KCl+3 H2O+3(NH4)SO4 它的产品就是铵铁蓝。如果用亚铁氰化钾代替亚铁氰化钠和硫酸铵，产品就是钾铁蓝。
镗孔振动测量系统设计
目录 1 引言 (3) 1.1课题的任务和意义 (3) 1.2振动测量现状及趋势 (5) 1.2.1振动测量在机器状态监测中的应用 (6) 1.2.2振动测量仪器的发展 (7) 2 方案制定 (9) 2.1方案一 (9) 2.1.1 整体设计 (10) 2.1.2 弓形位移式测试装置的测试 (10) 2.2方案二 (11) 2.2.1 整体设计 (12) 2.2.2 功能模块设计 (13) 2.3方案三 (14) 2.3.1 整体设计 (15) 2.3.2 功能模块设计 (15) 2.4 设计方案论证 (16) 2.5 方案选择 (17) 3 总体设计 (17) 3.1传感器模块 (18) 3.1.1电涡流传感器 (18) 3.1.2 BENTLY电涡流传感器 (19)
3.1.3 轴的径向振动测量 (20) 3.2转换器模块 (21) 3.2.1 ADC0809工作原理 (21) 3.2.2 ADC0809的主要特性 (22) 3.2.3 ADC0809的内部结构及引脚 (22) 3.2.4 ADC0809工作过程 (24) 3.2.5 ADC0809与单片机的接口 (25) 3.3控制器模块 (27) 3.3.1 AT89C51单片机 (28) 3.3.2 时钟电路 (30) 3.3.3 复位电路 (31) 3.3.4 应用举例 (32) 3.3.5人机接口模块 (34) 3.4显示器模块 (38) 3.4.1 LED显示器 (38) 3.4.2 LCD显示器 (39) 4 系统调试 (45) 4.1 Keil C 软件使用 (45) 4.2 Proteus 软件 (50) 4.2.1 Proteus 软件特点 (51) 4.2.2 Proteus软件仿真 (52) 4.3 标度变换 (53)
第3章普鲁士蓝的初步研究
第3章普鲁士蓝的初步研究 世界上第一种铁蓝于1704年首先在普鲁士（在今日的德国）合成,故称为普鲁士蓝(Prussian Blue)。由于色泽鲜艳，着色力强，广泛用于造漆、油墨、绘画颜料和蜡笔、涂饰漆布、漆纸以及塑料制品等着色。近年来，具有300多年历史的普鲁士蓝又受到了人们的重视，普鲁士蓝膜及其类似物由于在电色显示[1]、电催化[2]和固体电池[3]、分子磁体研究[4]等诸多方面的应用而受到广泛关注。我们对普鲁士蓝的聚集过程、光照稳定性、热稳定性及化学稳定性等进行了较为系统的研究，并在利用纳米普鲁士蓝制备中性墨水、环保可降解墨水等方面作了有益的尝试，取得了初步的研究成果[5-6]。 3.1 普鲁士蓝的制备及用途 有关普鲁士蓝的化学组成有多种，最常见的是亚铁氰化铁钾和亚铁氰化铁两种,其化学式一般认为是KFe[Fe（CN）6]和Fe4[Fe（CN）6]3,工业上它们一般是由亚铁氰化钾（俗名:黄血盐）和亚铁盐反应后，再在酸性介质中经过氧化而生成的。有关普鲁士蓝的结构在许多教科书和专着中已经有论述[7-9],这里对普鲁士蓝的有关性质进行了较为系统的研究。 3.1.1 普鲁士蓝的实验室制备及聚集过程 在实验室利用亚铁氰化钾和氯化铁等三价铁盐反应，即可制得普鲁士蓝，不同的反应物比例所得的产品组成不同。 在亚铁氰化钾和氯化铁的物质的量之比为1:1时，形成的产物是亚铁氰化铁钾 KFe[Fe(CN)6]，一般称为普鲁士蓝(I)，化学方程式如下： K4Fe（CN）6 + FeCl3 == KFe[Fe（CN）6] + 3KCl 该体系是不稳定体系，随着放置时间的增长，粒子间有相互聚集而降低表面能的趋势。从热力学考虑，恒温、恒压下体系有自发降低自由焓的趋势，微粒自发聚集，缩小表面积。由晶核初发育的微粒为一次粒子（线形大小0.1～0.5μm），一次粒子聚集后成为二次粒子（线形大小0.5～10μm）。粒子一旦聚集，其结果是粒子增大，布朗运动速度降低，终于成为动力学不稳定体系。观察发现普鲁士蓝溶液经历了“真溶液→胶体→悬浊液→沉淀”的逐步变化过程，在胶体阶段可观察到明显的丁达尔效应。如果及时稀释到0.005 mol/L，则体系较为稳定，长期放置不会凝聚。如果将生成的沉淀及时分离并干燥，将会得到可溶性蓝色粉末，它是一种特殊形态的纳米级铁蓝颜料“可溶蓝”[10]。当“可溶蓝”干粉加入水中时会立刻散布成胶体状，溶解速度快而均匀，可以达到很好的着色效果。如果陈化后再分离干燥，得到的蓝色粉末溶解性不佳，甚至完全不溶。 将亚铁氰化钾和三氯化铁按物质的量之比为3:4进行反应，得到的产物是亚铁氰化铁Fe4[Fe（CN）6]，一般称为普鲁士蓝(Ⅱ)，化学方程式如下： 3K4Fe（CN）6+4FeCl3 ==Fe4[Fe（CN）6]3↓+12KCl 首先称取亚铁氰化钾和三氯化铁，分别放入100ml的烧杯中加水充分溶解。将亚铁氰
振动测试系统
构建一振动测试系统方案： ?选用合理的试验方法，对某机床进行频率响应试验； ?对机床某部位振动的振幅和频率实现在线监测。 参考答案： 依据题意所给内容，此测试系统应该是一个动态，接触式测量系统；依据采集的信号在测量系统中的传递情况可知不需要反馈通道，故测量系统的类型可以选择为开环测量系统。 据以上初步分析，构建的振动测试系统结构如下： 被测对象——传感器——数据传输环节——信号调理——数据采集卡——信号分析处理——数据显示环节——读取存储测量结果 各部分分析如下： 被测对象：出于构建系统的目的——获取振动引起的振幅和频率的数据，以普通机床为例可以选择其振动较为明显的部位，如主轴箱，溜板箱，挂轮箱等，安 装方式采用磁钢吸附（方便，牢固，温度稳定性佳，可靠），注意安装位 置及其选择，处理，方法等。 传感器：（作用为感受被测量的大小并输出与之对应的可用信号）选择压电式加速度传感器（固有频率 75～500kHz，机床一般是2～3 kHz；传感器的输出电荷语作用力成正比，即与被测对象的加 速度成正比：Q=dma——d为压电系数，m为质量块的质量，a 为加速度）；测量范围：0.001～800MPa 灵敏度： 0.2～ 1000PC/MPa , 工作温度： -196～+200℃。 数据传输环节：实现数据传输——主要为电缆传输。当测试系统的多个功能环节相对独立时，就需要数据传输环节将数据从一个环节传输到另一个环节。
信号调理：将传感器输出的电荷通过电荷放大器（原因在于输出电压仅与传感器的电荷量及反馈电容有关，无需考虑电缆的电容，方便远距离测试）转换成采 集设备能够识别的模拟信号。 数据采集卡：实现数据采集功能的计算机扩展卡，将信号调理后的模拟信号变成数字信号通过各种接口接触显示设备（此处为计算机）。 信号分析处理：利用数字信号处理器对其进行数字信号处理（此处为变换域分析——频域变换）。 数据显示结果：借助于各种电脑软件（如LabVIEW）将数据采集系统获取的数据以振幅和频率的形式显示出来，以便完成监视，控制或分析等的后续目的； 读取存储测量结果：除读取当时测量的频率，还可以获取之前频率数值，实现在线监测。 依据以上叙述，先建立振动测试系统结构图如下： 机床某个被测部位——压电式加速度传感器——电缆传输——电荷放大器——数据采集卡——信号分析处理——计算机（兼有储存功能，配有外部电源） 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 参考答案： 此测试系统应该是一个动态，接触式测量系统；依据采集的信号在测量系统中的传递情况可知系统不需要反馈通道，故选择为开环测量系统。 据以上初步分析，构建的振动测试系统结构如下： 被测对象——传感器——调理电路——数据采集————计算机 各部分分析如下： 被测对象：出于构建系统的目的——获取振动引起的振幅和频率的数据，以普通机床为例可以选择其振动较为明显的部位——主轴箱（此时机床为启动运行状