本發(fā)明涉及一種監(jiān)測(cè)裝置，尤其是一種離心泵空化監(jiān)測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

空化是指當(dāng)液體中的壓力降低到當(dāng)前溫度的臨界汽化壓力以下時(shí)，液體發(fā)生汽化形成空泡，這些空泡形成和發(fā)展的狀態(tài)稱為空化。離心泵中，空化現(xiàn)象的發(fā)生主要集中在葉輪葉片進(jìn)口處，空化發(fā)生時(shí)液體的能量交換受到干擾和破壞，引起泵運(yùn)行特性改變、振動(dòng)噪聲、材料侵蝕、結(jié)構(gòu)破壞等一系列問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使泵液流中斷，不能正常工作。因此對(duì)離心泵內(nèi)空化情況的掌握對(duì)泵的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行具有重要意義，而基于超聲波傳感器監(jiān)測(cè)離心泵空化狀況是一種有效的方法。

現(xiàn)有監(jiān)測(cè)離心泵空化初生的方法主要有噪聲測(cè)量法、壓力測(cè)量法、振動(dòng)測(cè)量法和高速攝影法。由于空化發(fā)生發(fā)展的過(guò)程很短，而且在整個(gè)工作范圍內(nèi)都可能發(fā)生，因此空化很難預(yù)測(cè)。預(yù)防空化最好的辦法就是建立空化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并防止空化的發(fā)生和發(fā)展。國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者對(duì)空化的監(jiān)測(cè)進(jìn)行了大量的研究，但其研究對(duì)象大都集中在水輪機(jī)模型及其原型機(jī)，監(jiān)測(cè)方法也主要以高速攝影法和振動(dòng)法為主。

泵的空化性能檢測(cè)方面，國(guó)內(nèi)外方法很多，主要有振動(dòng)法、電測(cè)法、壓力脈動(dòng)法、能量法和噪聲法等。雖然已有在線檢測(cè)系統(tǒng)投入工業(yè)應(yīng)用，但由于空化信號(hào)提取難度大、檢測(cè)靈敏度低、缺乏定量分析等不足，使得這些研究成果并沒(méi)有得到大范圍的推廣?，F(xiàn)有在線檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)空化發(fā)生的機(jī)理、影響因素以及破壞作用都未完全弄清楚，而且還不能準(zhǔn)確檢測(cè)到空化初生。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種更好的預(yù)測(cè)空化初生，對(duì)空化過(guò)程進(jìn)行全程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并防止空化發(fā)生和發(fā)展的離心泵空化監(jiān)測(cè)裝置。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種離心泵空化監(jiān)測(cè)裝置，包括：

若干空化監(jiān)測(cè)單元，該空化監(jiān)測(cè)單元為超聲波換能器，該超聲波換能器包括有功率小于10w的發(fā)射端、及與發(fā)射端相配合的接收端，該接收端用于接收來(lái)自發(fā)射端方向的超聲波信號(hào)、且將所接收到的超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)化為聲波模擬信號(hào)；

放大器，用于接收放大聲波模擬信號(hào)；

A/D轉(zhuǎn)換器，用于將放大后的初級(jí)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲波數(shù)字信號(hào)；

微處理器，用于接收判斷來(lái)自A/D轉(zhuǎn)換器的聲波數(shù)字信號(hào)、并輸出相應(yīng)的反饋信號(hào)；

輸出單元，受控于微處理器、并顯示所接收到的反饋信號(hào)。

本發(fā)明的有益效果是：使傳統(tǒng)傳感器的功能由以往的“信息檢測(cè)”作用擴(kuò)展到兼具“信息處理”的功能，發(fā)射端和接收端分別安于泵管路上，利用超聲波接收端采集信號(hào)，并適當(dāng)放大后交給具有A/D轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理能力的微處理器實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波、模糊識(shí)別及分辨率選擇等，它能自動(dòng)適應(yīng)環(huán)境溫度、安裝差異等因素導(dǎo)致的信號(hào)變化，避免誤報(bào)。之所以選用超聲波換能器，是因?yàn)槌暡▽?duì)液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，且當(dāng)碰到雜質(zhì)或分界面會(huì)產(chǎn)生顯著反射，相應(yīng)地超聲波接收端接收到的信號(hào)就明顯減弱，故反應(yīng)敏感準(zhǔn)確，降低誤判。另外，相對(duì)于紅外傳感器的性能，超聲波具有頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn)。由于傳統(tǒng)應(yīng)用中，超聲波是用于產(chǎn)生空化的觸發(fā)器之一，常見(jiàn)的用途是，通過(guò)空化達(dá)到物件表面清洗的功能，因此，沒(méi)人會(huì)想到、也得不到用超聲波去監(jiān)測(cè)流體中空化情況的啟示。之所以本發(fā)明能使用超聲波達(dá)到空化監(jiān)測(cè)，是因?yàn)樯暾?qǐng)人通過(guò)理論分析和實(shí)際操作得到，超聲波換能器的發(fā)射端的功率低于10w時(shí)，流體并不會(huì)因?yàn)槌暡ǖ拇嬖诙a(chǎn)生超聲空化，因此，取一個(gè)合理功率范圍就是能實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)，而具體功率如何選取，取決于所安裝管路的材質(zhì)、厚度、流體成分、粘度等，只需要根據(jù)環(huán)境進(jìn)行調(diào)整即可，并不影響本發(fā)明目的的實(shí)現(xiàn)。

微處理器內(nèi)預(yù)設(shè)有常規(guī)管路內(nèi)空化的閥值信號(hào)，還包括：計(jì)時(shí)單元，用于記錄各空化監(jiān)測(cè)單元感應(yīng)到空泡時(shí)的時(shí)間、且與微處理器通過(guò)線路連接；對(duì)比單元，用于比較聲波數(shù)字信號(hào)與閥值信號(hào)的能量大小、并將超過(guò)閥值信號(hào)能量的聲波數(shù)字信號(hào)傳輸給微處理器。計(jì)時(shí)單元監(jiān)測(cè)空泡流速變化，經(jīng)對(duì)比單元與正常管路內(nèi)液體存在氣泡流動(dòng)情況進(jìn)行比較，從而監(jiān)測(cè)空化發(fā)展情況。其中，計(jì)時(shí)單元主要通過(guò)各空化監(jiān)測(cè)單元感應(yīng)到空泡的時(shí)間差，相應(yīng)的顯示出空泡流速的變化，泵管路流量的變化同樣間接反映空化的發(fā)展；對(duì)比單元將正常管路中空化的閥值與聲波數(shù)字信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，從而更為深入地反映空化發(fā)展。

離心泵空化監(jiān)測(cè)裝置還包括有：靈敏度調(diào)節(jié)單元，用于調(diào)節(jié)所述閥值信號(hào)大小、且與微處理器通過(guò)線路連接。針對(duì)不同的泵管路，需要調(diào)節(jié)空泡的靈敏度閾值(即閥值信號(hào))，控制監(jiān)測(cè)空化產(chǎn)生范圍。主要手段是液體中產(chǎn)生空泡的大小會(huì)直接引起比較器輸出端低電平持續(xù)時(shí)間的改變，調(diào)節(jié)分頻系數(shù)就能改變計(jì)數(shù)器的溢出時(shí)間，也就能調(diào)節(jié)空泡靈敏度閾值。

離心泵空化監(jiān)測(cè)裝置還包括有監(jiān)測(cè)管道，各超聲波換能器沿監(jiān)測(cè)管道長(zhǎng)度方向依次排布，且超聲波換能器的發(fā)射端和接收端對(duì)應(yīng)地安裝于監(jiān)測(cè)管道的周側(cè)。由于管路表面情況各不一樣，為了提高監(jiān)測(cè)的精度和準(zhǔn)確性，故使得離心泵空化監(jiān)測(cè)裝置自帶有監(jiān)測(cè)管道，只需要將監(jiān)測(cè)管道串接于泵管路中即可。這樣操作，可以避免因?yàn)椴煌苈凡馁|(zhì)和厚度增加閥值信號(hào)的調(diào)整難度，使得操作更加方便，準(zhǔn)確性也更高。

進(jìn)一步優(yōu)選方案：發(fā)射端的功率為5w。既可以保證

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)框圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的靈敏度調(diào)節(jié)單元。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

如圖1所示，本實(shí)施例包括微處理器1、若干空化監(jiān)測(cè)單元、放大器31、A/D轉(zhuǎn)換器32和輸出單元(未畫(huà)出)?？栈O(jiān)測(cè)單元為超聲波換能器，該超聲波換能器2包括有功率為5w的發(fā)射端21、及與發(fā)射端21相配合的接收端22，該接收端22用于接收來(lái)自發(fā)射端21方向的超聲波信號(hào)、且將所接收到的超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)化為聲波模擬信號(hào)；放大器31用于接收放大聲波模擬信號(hào)；A/D轉(zhuǎn)換器32用于將放大后的初級(jí)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲波數(shù)字信號(hào)；微處理器1用于接收判斷來(lái)自A/D轉(zhuǎn)換器32的聲波數(shù)字信號(hào)、并輸出相應(yīng)的反饋信號(hào)。輸出單元受控于微處理器1、并顯示所接收到的反饋信號(hào)，該輸出單元1可采用顯示器或圖譜打印機(jī)等其他任何能實(shí)現(xiàn)信息輸出的設(shè)備。微處理器可以為單片機(jī)，可采用日本NEC8位高性能單片機(jī)NEC 78K0/Kx1+系列；或者其他任何具有計(jì)算處理功能的微機(jī)。

微處理器1內(nèi)預(yù)設(shè)有常規(guī)管路內(nèi)空化的閥值信號(hào)，本實(shí)施例還包括計(jì)時(shí)單元41和對(duì)比單元42，計(jì)時(shí)單元41用于記錄各空化監(jiān)測(cè)單元感應(yīng)到空泡時(shí)的時(shí)間、且與微處理器1通過(guò)線路連接；對(duì)比單元42用于比較聲波數(shù)字信號(hào)與閥值信號(hào)的能量大小、并將超過(guò)閥值信號(hào)能量的聲波數(shù)字信號(hào)傳輸給微處理器1。計(jì)時(shí)單元41監(jiān)測(cè)空泡流速變化，經(jīng)對(duì)比單元42與正常管路內(nèi)液體存在氣泡流動(dòng)情況進(jìn)行比較，從而監(jiān)測(cè)空化發(fā)展情況。其中，計(jì)時(shí)單元41主要通過(guò)各空化監(jiān)測(cè)單元感應(yīng)到空泡的時(shí)間差，相應(yīng)的顯示出空泡流速的變化，泵管路流量的變化同樣間接反映空化的發(fā)展；對(duì)比單元42將正常管路中空化的閥值與聲波數(shù)字信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，從而更為深入地反映空化發(fā)展。直流穩(wěn)壓電源為超聲波換能器提供能量，根據(jù)本接收端的特點(diǎn)只需要約幾十伏電壓就夠了，一般可以選擇在安全電壓以內(nèi)，選取電路中的限流電阻，用以限定超聲波能量，脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生一定頻率方波，供給波形變換與驅(qū)動(dòng)電路，這里的脈沖頻率應(yīng)該與壓電晶片的共振頻率一致，當(dāng)加到兩端交流電壓的頻率與晶片的共振頻率相等時(shí)，輸出的能量最大，靈敏度也最高。接收用超聲波換能器2中，接收端22的共振頻率應(yīng)該與發(fā)射端21一致，它接收來(lái)自穿過(guò)管壁、空氣隙以及液體后衰減了的超聲波信號(hào)，這個(gè)信號(hào)較微弱，經(jīng)二極管雙向限幅后送給高輸入阻抗的比較器芯片，經(jīng)與參考電壓比較產(chǎn)生脈沖信號(hào)，以識(shí)別出液體中是否混有氣泡。

本實(shí)施例還包括有靈敏度調(diào)節(jié)單元5，該靈敏度調(diào)節(jié)單元5用于調(diào)節(jié)閥值信號(hào)大小、且與微處理器1通過(guò)線路連接。針對(duì)不同的泵管路，需要調(diào)節(jié)空泡的靈敏度閾值(即閥值信號(hào))，控制監(jiān)測(cè)空化產(chǎn)生范圍。主要手段是液體中產(chǎn)生空泡的大小會(huì)直接引起比較器輸出端低電平持續(xù)時(shí)間的改變，調(diào)節(jié)分頻系數(shù)就能改變計(jì)數(shù)器的溢出時(shí)間，也就能調(diào)節(jié)空泡靈敏度閾值。如圖2所示，靈敏度調(diào)節(jié)單元5即靈敏度調(diào)節(jié)電路，靈敏度調(diào)節(jié)電路中時(shí)鐘振蕩51電路產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，經(jīng)可編程分頻器后送到二進(jìn)制加法脈沖計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘端，而超聲波檢測(cè)52電路檢測(cè)到的超聲波脈沖信號(hào)加在該脈沖計(jì)數(shù)器的“清零”端。液體中混入單個(gè)空泡的大小會(huì)直接引起比較器輸出端低電平持續(xù)時(shí)間的改變，調(diào)節(jié)可編程分頻器的分頻系數(shù)就能改變加法計(jì)數(shù)器溢出時(shí)間，也就能調(diào)節(jié)氣泡靈敏度閾值，控制監(jiān)測(cè)空化初生產(chǎn)生的范圍。有需要的時(shí)候還可以通過(guò)報(bào)警觸發(fā)55電路進(jìn)行報(bào)警。

為了提高監(jiān)測(cè)精度和準(zhǔn)確性，避免因?yàn)椴煌苈凡馁|(zhì)和厚度增加閥值信號(hào)的調(diào)整難度，本實(shí)施例還包括有監(jiān)測(cè)管道6，各超聲波換能器2沿監(jiān)測(cè)管道長(zhǎng)度方向依次排布，且超聲波換能器2的發(fā)射端21和接收端22對(duì)應(yīng)地安裝于監(jiān)測(cè)管道6的周側(cè)。

本發(fā)明中，使超聲波傳感器的功能由以往的“信息檢測(cè)”作用擴(kuò)展到兼具“信息處理”的功能，此為其最大特點(diǎn)。另外，不同于其他檢測(cè)方式，它屬于無(wú)接觸式檢測(cè)，對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響更小，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。發(fā)射端21和接收端22分別安于泵管路上，利用超聲波接收端22采集信號(hào)，并適當(dāng)放大后交給具有A/D轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理能力的微處理器1實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波、模糊識(shí)別及分辨率選擇等，它能自動(dòng)適應(yīng)環(huán)境溫度、安裝差異等因素導(dǎo)致的信號(hào)變化，避免誤報(bào)。之所以選用超聲波換能器，是因?yàn)槌暡▽?duì)液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，且當(dāng)碰到雜質(zhì)或分界面會(huì)產(chǎn)生顯著反射，相應(yīng)地超聲波接收端22接收到的信號(hào)就明顯減弱，故反應(yīng)敏感準(zhǔn)確，降低誤判。此外，通過(guò)利用內(nèi)部定時(shí)器產(chǎn)生工作脈沖、擴(kuò)展總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換等技術(shù)，可以減少其他外圍芯片使用量、減小體積、提高性價(jià)比、增強(qiáng)抗干擾能力，利用該方法可以提前預(yù)防離心泵的空化初生。