專利名稱：乳化液濃度在線檢測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及乳化液濃度檢測，具體涉及乳化液濃度在線檢測儀。
背景技術(shù)：
在煤礦綜采工作面，乳化液是液壓支架和液壓支柱所采用的工作介質(zhì)，在液壓系統(tǒng)中起著血液的作用。它不僅起傳遞動(dòng)力、潤滑、冷卻的作用，而且還對(duì)腐蝕和銹蝕起抑制作用。傳統(tǒng)的礦用乳化液濃度檢測手段是比較落后的，大多數(shù)廠礦都是使用折光儀法和破乳法來檢測乳化液的濃度，這兩種方法都需要人工取樣和目測讀數(shù)，導(dǎo)致乳化液濃度檢測的精度較差；由于所采用的檢測方法都是在離線狀態(tài)下進(jìn)行的，檢測出的濃度與實(shí)際濃度存在著時(shí)間差，不能準(zhǔn)確反映乳化液的瞬間狀態(tài)值，因而控制精度較差，不能滿足生產(chǎn)要求。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于提供一種乳化液濃度在線檢測儀。為了解決上述問題，根據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)方案，乳化液濃度在線檢測儀，包括微處理器、溫度傳感器、溫度檢測電路、超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、超聲波發(fā)射探頭和超聲波接收探頭，其中溫度檢測電路接收溫度傳感器輸出的乳化液溫度信號(hào)，處理后輸出到微處理器；微處理器發(fā)出觸發(fā)脈沖信號(hào)到超聲波發(fā)射電路；超聲波發(fā)射電路接收微處理器發(fā)出的觸發(fā)脈沖信號(hào)，經(jīng)過處理后輸出高壓脈沖信號(hào)到超聲波發(fā)射探頭；超聲波發(fā)射探頭接收超聲波發(fā)射電路發(fā)出的高壓脈沖信號(hào)后發(fā)射超聲波；超聲波接收探頭接收超聲波發(fā)射探頭發(fā)射的超聲波，輸出到超聲波接收電路；超聲波接收電路將收到的信號(hào)處理后輸出到微處理器； 微處理器接收超聲波接收電路和溫度檢測電路輸出的信號(hào)，處理后輸出到顯示電路或上位機(jī)；其特點(diǎn)是超聲波接收電路包括限幅及前置放大電路、變形雙積分電路、比較電路和反相及限幅電路；其中限幅及前置放大電路接收超聲波接收探頭發(fā)射的信號(hào)，經(jīng)雙向限幅和前置放大后，輸出到變形雙積分電路；變形雙積分電路接收限幅及前置放大電路輸出的信號(hào)，轉(zhuǎn)換成雙積分超聲波信號(hào)，輸出到比較電路;比較電路將收到的信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)比較后輸出方波信號(hào)到反相及限幅電路；反相及限幅電路將收到的方波信號(hào)進(jìn)行反相及限幅后輸出到微處理器。根據(jù)所述本實(shí)用新型所述的乳化液濃度在線檢測儀的優(yōu)選方案，所述微處理器還將處理后的信號(hào)通過通訊電路發(fā)送到上位機(jī)；同時(shí)，微處理器還通過通訊電路接收上位機(jī)發(fā)出的控制信號(hào)。根據(jù)所述本實(shí)用新型所述的乳化液濃度在線檢測儀的優(yōu)選方案，該乳化液濃度在線檢測儀還包括遙控器和紅外遙控接收電路；所述紅外遙控接收電路接收遙控器發(fā)出的紅外遙控信號(hào)，進(jìn)行處理后輸出到微處理器。根據(jù)所述本實(shí)用新型所述的乳化液濃度在線檢測儀的優(yōu)選方案，超聲波發(fā)射電路包括光電隔離電路、驅(qū)動(dòng)控制電路和高壓脈沖產(chǎn)生電路；其中光電隔離電路接收微處理器發(fā)出的觸發(fā)脈沖信號(hào)，進(jìn)行信號(hào)隔離處理，將處理后的信號(hào)輸出到驅(qū)動(dòng)控制電路；驅(qū)動(dòng)控制電路接收光電隔離電路輸出的信號(hào)，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)輸出到高壓脈沖產(chǎn)生電路；高壓脈沖產(chǎn)生電路接收驅(qū)動(dòng)控制電路輸出的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，產(chǎn)生高壓脈沖信號(hào)輸出到超聲波發(fā)射探頭。根據(jù)所述本實(shí)用新型所述的乳化液濃度在線檢測儀的優(yōu)選方案，變形雙積分電路包括快恢復(fù)二極管、積分電容和放電電阻，其中，快恢復(fù)二極管的正極連接限幅及前置放大電路的輸出端，積分電容和放電電阻并聯(lián)連接，并聯(lián)連接后的一端連接快恢復(fù)二極管的負(fù)極以及比較電路的其中一個(gè)輸入端，并聯(lián)連接后的另一端接地。根據(jù)所述本實(shí)用新型所述的乳化液濃度在線檢測儀的優(yōu)選方案，比較電路包括高速比較器，其中，高速比較器的正向輸入端連接變形雙積分電路的輸出端，高速比較器的負(fù)向輸入端通過可調(diào)電阻連接直流電源。本實(shí)用新型所述的乳化液濃度在線檢測儀的有益效果是本實(shí)用新型通過測試超聲波在乳化液中的傳播時(shí)間，利用微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和計(jì)算，并對(duì)溫度變化進(jìn)行補(bǔ)償， 通過顯示電路將濃度數(shù)據(jù)顯示，利用通訊電路將濃度數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，同時(shí)，還能通過遙控器進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動(dòng)遙測；本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了乳化液濃度自動(dòng)在線檢測，顯示直觀，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，測量迅速，測試準(zhǔn)確度高，使用方便，超聲波接收電路簡單、可靠、準(zhǔn)確； 本實(shí)用新型非常適合我國煤礦、石油、化工、機(jī)械等行業(yè)使用，具有極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

圖1是本實(shí)用新型所述的乳化液濃度在線檢測儀的電路原理框圖。圖2是本實(shí)用新型所述的超聲波接收電路5的電路原理框圖。圖3是本實(shí)用新型所述的超聲波發(fā)射電路4的電路原理框圖。圖4是本實(shí)用新型所述的超聲波接收電路5的電路原理圖。圖5是本實(shí)用新型所述的乳化液濃度在線檢測儀工作原理示意圖。圖6是本實(shí)用新型所述的微處理器1的程序流程框圖。
具體實(shí)施方式
參見圖1至圖3，本實(shí)用新型所述的乳化液濃度在線檢測儀，由微處理器1、溫度傳感器2、溫度檢測電路3、超聲波發(fā)射電路4、超聲波接收電路5、超聲波發(fā)射探頭6、超聲波接收探頭7、遙控器8、紅外遙控接收電路9、通訊電路10、顯示器15和上位機(jī)16構(gòu)成，其中 將溫度傳感器2、超聲波發(fā)射探頭6和超聲波接收探頭7放置在待測乳化液中，將溫度傳感器2、溫度檢測電路3、微處理器1、超聲波發(fā)射電路4、超聲波發(fā)射探頭6順序連接，并將超聲波接收探頭7的輸出端連接超聲波接收電路5的輸入端、超聲波接收電路5的輸出端連接微處理器1的其中一個(gè)輸入端，同時(shí)，微處理器1的其中另一個(gè)輸入端還連接紅外遙控接收電路9的輸出端，紅外遙控接收電路12的輸入端連接遙控器8的輸出端，微處理器1的其中一個(gè)輸出端還連接顯示器15的輸入端；另外，微處理器1還與通訊電路10連接，通訊電路10與上位機(jī)16連接，微處理器1與通訊電路10之間以及通訊電路10與上位機(jī)16之間信號(hào)均為雙向傳輸；其中溫度檢測電路3接收溫度傳感器2輸出的乳化液溫度信號(hào)，處理后輸出到微處理器1 ；微處理器1發(fā)出觸發(fā)脈沖信號(hào)到超聲波發(fā)射電路4 ；同時(shí)，微處理器1接收超聲波接收電路5和溫度檢測電路3輸出的信號(hào)，處理后輸出到顯示電路或通過通訊電路10發(fā)送到上位機(jī)；微處理器1還通過通訊電路10接收上位機(jī)發(fā)出的控制信號(hào)；并且，微處理器1接收所述紅外遙控接收電路9發(fā)出的紅外遙控信號(hào)；超聲波發(fā)射電路4接收微處理器1發(fā)出的觸發(fā)脈沖信號(hào)，經(jīng)過處理后輸出高壓脈沖信號(hào)到超聲波發(fā)射探頭6 ；超聲波發(fā)射探頭6接收超聲波發(fā)射電路4發(fā)出的高壓脈沖信號(hào)后發(fā)射超聲波；超聲波接收探頭7接收超聲波發(fā)射探頭6發(fā)射的超聲波，輸出到超聲波接收電路 5 ；超聲波接收電路5將收到的信號(hào)處理后輸出到微處理器1 ；超聲波接收電路5包括限幅及前置放大電路11、變形雙積分電路12、比較電路13 和反相及限幅電路14 ；其中限幅及前置放大電路11接收超聲波接收探頭發(fā)射的信號(hào)，經(jīng)雙向限幅和前置放大后，輸出到變形雙積分電路12 ；變形雙積分電路12接收限幅及前置放大電路11輸出的信號(hào)，轉(zhuǎn)換成雙積分超聲波信號(hào)，輸出到比較電路13;比較電路13將收到的信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)比較后輸出方波信號(hào)到反相及限幅電路 14 ；反相及限幅電路14將收到的方波信號(hào)進(jìn)行反相及限幅后輸出到微處理器1 ；所述紅外遙控接收電路9接收遙控器8發(fā)出的紅外遙控信號(hào)，進(jìn)行處理后輸出到微處理器1。在本實(shí)用新型所述的乳化液濃度在線檢測儀的具體實(shí)施方案中，超聲波發(fā)射電路 4包括光電隔離電路21、驅(qū)動(dòng)控制電路22和高壓脈沖產(chǎn)生電路23 ；其中光電隔離電路21接收微處理器1發(fā)出的觸發(fā)脈沖信號(hào)，進(jìn)行信號(hào)隔離處理，將處理后的信號(hào)輸出到驅(qū)動(dòng)控制電路22 ；驅(qū)動(dòng)控制電路22接收光電隔離電路21輸出的信號(hào)，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)輸出到高壓脈沖產(chǎn)生電路23;[0050]高壓脈沖產(chǎn)生電路23接收驅(qū)動(dòng)控制電路22輸出的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，產(chǎn)生高壓脈沖信號(hào)輸出到超聲波發(fā)射探頭6。參見圖4，在本實(shí)用新型所述的乳化液濃度在線檢測儀的具體實(shí)施方案中，變形雙積分電路12包括快恢復(fù)二極管D4、積分電容C13和放電電阻R19，其中，快恢復(fù)二極管D4 的正極連接限幅及前置放大電路11的輸出端，積分電容C13和放電電阻R19并聯(lián)連接，并聯(lián)連接后的一端連接快恢復(fù)二極管D4的負(fù)極以及比較電路13的其中一個(gè)輸入端，并聯(lián)連接后的另一端接地。比較電路13包括高速比較器U17，其中，高速比較器U17的正向輸入端連接變形雙積分電路12的輸出端，高速比較器U17的負(fù)向輸入端通過可調(diào)電阻R33連接直流電源。并且，在微處理器1中設(shè)置有圖6所示的程序，單片機(jī)程序工作流程如下系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)，首先讀取工作方式、標(biāo)定溫度、聲時(shí)等系統(tǒng)參數(shù)，判斷是否有通信中斷，若有，則執(zhí)行中斷服務(wù)程序，和上位機(jī)進(jìn)行通信；若沒有通信中斷，則檢測溫度并發(fā)出觸發(fā)脈沖信號(hào)，同時(shí)根據(jù)讀取的參數(shù)，并利用儲(chǔ)存的濃度與溫度和時(shí)間的關(guān)系式計(jì)算出乳化液的濃度。如果在濃度檢測過程中出現(xiàn)溫度檢測異?；虺暡òl(fā)射接收異常等情況， 系統(tǒng)自動(dòng)產(chǎn)生報(bào)警；如果檢驗(yàn)正常，則顯示濃度。在顯示過程中，檢測是否有遙控信號(hào)接收， 若有，則產(chǎn)生中斷，執(zhí)行相應(yīng)的遙控功能，執(zhí)行完后返回溫度、聲速檢測。在具體方案中，溫度傳感器可以選用DS18B20 ；超聲波探頭采用諧振式超聲波傳感器，并采用收、發(fā)獨(dú)立方式，達(dá)到排除發(fā)射干擾的目的。同時(shí)，采用中心頻率為2. 5MHz的超聲波探頭，提高超聲波的傳播能量；采用處理速度高的單片機(jī)，使計(jì)時(shí)頻率可達(dá)32MHz， 提高聲時(shí)的分辨率；并且在超聲波接收電路中采用變形積分方式對(duì)超聲波信號(hào)進(jìn)行處理， 提高了電路的噪聲容限能力，降低了對(duì)電路元件的要求，使得測量的超聲波聲速更加準(zhǔn)確。超聲波接收電路5的工作原理是接收超聲波探頭接收發(fā)射信號(hào)后，經(jīng)二極管 D9，D11雙向限幅后，經(jīng)放大器U19、電阻R16、R17、R31組成的寬帶放大器進(jìn)行前置放大； 前置放大的信號(hào)送入由快恢復(fù)二極管D4、放電電阻R19、積分電容C13及高速比較器U17的輸入阻抗構(gòu)成的變形雙積分電路12，這里以快恢復(fù)二極管D4代替積分電路中的電阻，并將積分電容C13并聯(lián)放電電阻R19，構(gòu)成雙積分電路，由于快恢復(fù)二極管D4的正向電阻小，所以正向積分斜率大，上升快，而放電時(shí)間由于放電電阻R19的存在變得較慢，從而獲得上升沿陡，幅度大的積分波形；該波形包含超聲波脈沖波束特征值，并去除了干擾信號(hào)，所以相對(duì)固定，而與常規(guī)的脈沖提取電路通過檢測超聲波主波不同，無需過零檢測電路，把超聲波波束作為一個(gè)整體來處理，使電路簡潔、可靠、準(zhǔn)確；雙積分超聲波信號(hào)經(jīng)高速比較電路后變成方波，經(jīng)反相及限幅后送入微處理器1計(jì)數(shù)口。參見圖5，乳化液濃度在線檢測儀的工作原理是乳化液濃度在線檢測儀采用超聲波聲速法來實(shí)現(xiàn)礦用乳化液濃度的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測，對(duì)于不同濃度的乳化液，超聲波在其傳播的速度是不相同的。但在實(shí)際應(yīng)用中，由于乳化液的其它狀態(tài)如溫度、壓力的變化也會(huì)使聲速發(fā)生變化，因此必須考慮溫度和壓力的影響，對(duì)它們進(jìn)行補(bǔ)償?？紤]到乳化液的壓力變化不大，而且壓力對(duì)聲速的影響很小，可忽略不計(jì)，因而只考慮溫度對(duì)聲速的影響。由于聲速是通過測量超聲波在固定聲程上的傳播時(shí)間即聲時(shí)算出的，因此，超聲波在乳化液中傳播速度的測量最終歸結(jié)為對(duì)傳播時(shí)間的測量，即測量超聲波脈沖從發(fā)射到接收所用時(shí)間發(fā)射探頭和接收探頭之間的距離為Z即超聲波傳播的聲程力u由于超聲波傳播的聲程i是一定的，因此只要測出超聲波傳播的時(shí)間 ，就可以得到超聲波在乳化液中的傳播速度。因此只要測量出從發(fā)射超聲波信號(hào)到接收到超聲波信號(hào)所需要的時(shí)間，通過距離和時(shí)間計(jì)算出超聲波在乳化液中傳播的速度。同時(shí)，由于乳化液溫度變化時(shí)，超聲波傳播速度也會(huì)發(fā)生改變，因此在測試乳化液的濃度時(shí)，還需要用溫度傳感器來檢測乳化液的溫度，以便補(bǔ)償溫度變化對(duì)聲速變化造成的影響，保證測試準(zhǔn)確度。濃度與溫度和時(shí)間的關(guān)系式如下N=f (Τ, t)其中N表示乳化液的濃度；T表示乳化液的溫度；t表示超聲波脈沖從發(fā)射到接收所用時(shí)間，即超聲波在乳化液中傳播L距離所用的時(shí)間；L表示超聲波發(fā)射探頭6與超聲波接收探頭7之間的距離；在對(duì)乳化液濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測之前，一方面，需要在實(shí)驗(yàn)室配制濃度值介于需要測試濃度范圍的乳化液；另一方面，還要確保乳化液的溫度有所變化。在此基礎(chǔ)上，首先， 在實(shí)驗(yàn)室用微處理器和超聲波發(fā)射電路、接收電路測量出不同濃度的乳化液隨溫度變化而變化的傳播時(shí)間。然后，依據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)，得出乳化液濃度、超聲波傳播時(shí)間及溫度三者之間的函數(shù)關(guān)系曲線。最后，用軟件編寫函數(shù)表達(dá)式的程序，并將其存進(jìn)微處理器1芯片中，作為后續(xù)乳化液濃度實(shí)時(shí)檢測的經(jīng)驗(yàn)公式使用。
權(quán)利要求1.乳化液濃度在線檢測儀，包括微處理器(1)、溫度傳感器(2)、溫度檢測電路(3)、超聲波發(fā)射電路(4)、超聲波接收電路(5)、超聲波發(fā)射探頭(6)和超聲波接收探頭(7)，其中溫度檢測電路(3)接收溫度傳感器(2)輸出的乳化液溫度信號(hào)，處理后輸出到微處理器⑴；微處理器(1)發(fā)出觸發(fā)脈沖信號(hào)到超聲波發(fā)射電路(4)；超聲波發(fā)射電路(4)接收微處理器(1)發(fā)出的觸發(fā)脈沖信號(hào)，經(jīng)過處理后輸出高壓脈沖信號(hào)到超聲波發(fā)射探頭(6);超聲波發(fā)射探頭(6)接收超聲波發(fā)射電路(4)發(fā)出的高壓脈沖信號(hào)后發(fā)射超聲波； 超聲波接收探頭(7)接收超聲波發(fā)射探頭(6)發(fā)射的超聲波，輸出到超聲波接收電路(5)；超聲波接收電路(5)將收到的信號(hào)處理后輸出到微處理器(1)； 微處理器(1)接收超聲波接收電路(5)和溫度檢測電路(3)輸出的信號(hào)，處理后輸出到顯示電路或上位機(jī)； 其特征在于超聲波接收電路(5)包括限幅及前置放大電路(11)、變形雙積分電路(12)、比較電路(13)和反相及限幅電路(14)；其中限幅及前置放大電路(11)接收超聲波接收探頭發(fā)射的信號(hào)，經(jīng)雙向限幅和前置放大后，輸出到變形雙積分電路(12)；變形雙積分電路(12)接收限幅及前置放大電路(11)輸出的信號(hào)，轉(zhuǎn)換成雙積分超聲波信號(hào)，輸出到比較電路(13);比較電路(13)將收到的信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)比較后輸出方波信號(hào)到反相及限幅電路(14)；反相及限幅電路(14)將收到的方波信號(hào)進(jìn)行反相及限幅后輸出到微處理器(1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乳化液濃度在線檢測儀，其特征在于所述微處理器(1)還將處理后的信號(hào)通過通訊電路(10)發(fā)送到上位機(jī)；同時(shí)，微處理器(1)還通過通訊電路(10) 接收上位機(jī)發(fā)出的控制信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的乳化液濃度在線檢測儀，其特征在于該乳化液濃度在線檢測儀還包括遙控器(8)和紅外遙控接收電路(9)；所述紅外遙控接收電路(9)接收遙控器(8)發(fā)出的紅外遙控信號(hào)，進(jìn)行處理后輸出到微處理器(1)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的乳化液濃度在線檢測儀，其特征在于超聲波發(fā)射電路(4)包括光電隔離電路(21)、驅(qū)動(dòng)控制電路(22)和高壓脈沖產(chǎn)生電路(23)；其中光電隔離電路(21)接收微處理器(1)發(fā)出的觸發(fā)脈沖信號(hào)，進(jìn)行信號(hào)隔離處理，將處理后的信號(hào)輸出到驅(qū)動(dòng)控制電路(22)；驅(qū)動(dòng)控制電路(22)接收光電隔離電路(21)輸出的信號(hào)，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)輸出到高壓脈沖產(chǎn)生電路(23);高壓脈沖產(chǎn)生電路(23)接收驅(qū)動(dòng)控制電路(22)輸出的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，產(chǎn)生高壓脈沖信號(hào)輸出到超聲波發(fā)射探頭(6 )。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的乳化液濃度在線檢測儀，其特征在于變形雙積分電路(12) 包括快恢復(fù)二極管(D4)、積分電容(C13)和放電電阻(R19)，其中，快恢復(fù)二極管(D4)的正極連接限幅及前置放大電路(11)的輸出端，積分電容(C13)和放電電阻(R19)并聯(lián)連接，并聯(lián)連接后的一端連接快恢復(fù)二極管(D4)的負(fù)極以及比較電路(13)的其中一個(gè)輸入端，并聯(lián)連接后的另一端接地。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的乳化液濃度在線檢測儀，其特征在于比較電路(13)包括高速比較器(U17)，其中，高速比較器(U17)的正向輸入端連接變形雙積分電路(12)的輸出端，高速比較器U17的負(fù)向輸入端通過可調(diào)電阻(R33)連接直流電源。
專利摘要本實(shí)用新型公開了乳化液濃度在線檢測儀，包括微處理器、溫度傳感器、溫度檢測電路、超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、超聲波發(fā)射探頭和超聲波接收探頭；其特征在于超聲波接收電路包括限幅及前置放大電路、變形雙積分電路、比較電路和反相及限幅電路；其中限幅及前置放大電路接收超聲波接收探頭發(fā)射的信號(hào)，經(jīng)雙向限幅和前置放大后，輸出到變形雙積分電路；變形雙積分電路接收限幅及前置放大電路輸出的信號(hào)，轉(zhuǎn)換成雙積分超聲波信號(hào)，輸出到比較電路；比較電路將收到的信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)比較后輸出方波信號(hào)到反相及限幅電路；反相及限幅電路將收到的方波信號(hào)進(jìn)行反相及限幅后輸出到微處理器；非常適合我國煤炭、石油、化工、機(jī)械等行業(yè)使用。
文檔編號(hào)G08C23/04GK202182873SQ20112025461
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2011年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月19日
發(fā)明者劉國慶, 吳付祥, 張強(qiáng), 李德文, 汪春梅, 王杰, 趙恩彪, 黃衛(wèi) 申請(qǐng)人:中煤科工集團(tuán)重慶研究院