專利名稱：一種液壓傳輸管道氣泡監(jiān)控裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種監(jiān)控裝置，特別是一種液壓傳輸管道氣泡監(jiān)控裝置。
背景技術：
液壓系統(tǒng)的故障至少有75%是由于油液污染所造成，油液污染嚴重影響了液壓系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。作為油液污染的一個重頭，油液中空氣含量過大會造成液壓系統(tǒng)相應特性變差、油溫升高、產生氣蝕、引起系統(tǒng)振動與噪聲等問題，進而嚴重影響系統(tǒng)的運行。傳統(tǒng)的氣泡檢測裝置主要由絕緣管道、金屬電極、信號處理電路和數據采集處理模塊組成，其測量方法大多采用激光多普勒技術、光纖技術、核磁共振技術、微波技術、超聲技術。該類技術在實現以及操作上較為復雜，并且這些技術價格昂貴還伴有輻射等危險，所 以這些缺點限制了它們在工業(yè)領域的應用，目前無法預知液壓傳輸管道中空氣含量。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的在于提供一種液壓傳輸管道氣泡監(jiān)控裝置，解決液壓傳輸管道中空氣含量無法實時預知的問題。一種液壓傳輸管道氣泡監(jiān)控裝置，包括絕緣管道、金屬電極、信號處理電路和數據采集處理模塊，還包括圖像重建計算機，其中，信號處理電路，包括正弦激勵器、傳輸接口、第一開關、運算放大器、實部方向乘法器、虛部方向乘法器、實部方向低通濾波器、虛部方向低通濾波器、第二開關、控制總線和數據總線；數據采集處理模塊，包括USB通訊器、數字信號處理器、復雜可編程邏輯器件、通用陣列邏輯器和模/數轉換器。金屬電極與信號處理電路的數量均為N個，每個金屬電極沿軸向等間距地安裝在絕緣管道外壁上，并與各自對應的信號處理電路固定連接。每一個信號處理電路控制端與數據采集處理模塊控制端通過排線連接，數據采集處理模塊控制端以及輸出端與圖像重建計算機通過USB接口連接；金屬電極沿軸向等間距地固定在絕緣管道的外壁上。正弦激勵器輸出端與第一開關的第一端口電線連接，第一開關的第二端口與信號處理電路的傳輸接口電線連接，第一開關的第三端口與運算放大器的反向輸入端電線連接，運算放大器的輸出端分別與實部方向乘法器第一輸入端、虛部方向乘法器的第一輸入端電線連接，實部方向乘法器的輸出端與實部方向低通濾波器的輸入端電線連接，虛部方向乘法器的輸出端與虛部方向低通濾波器的輸入端電線連接，實部方向低通濾波器的輸出端與第二開關的第一端口電線連接，第二開關的第二端口與虛部方向低通濾波器的輸出端電線連接，第二開關的第三端口與數據總線電線連接，第一開關的控制端口和第二開關的控制端口分別與控制總線電線連接。數字信號處理器控制端分別與復雜可編程邏輯器件的輸入端、模/數轉換器的輸出端及控制端、USB通訊器電線連接，復雜可編程邏輯器件的輸出端分別與模/數轉換器的控制端和通用陣列邏輯器的輸入端電線連接，模/數轉換器的輸入端與數據總線電線連接。
控制總線上的控制信號控制第一開關和第二開關的開關狀態(tài)。開始工作時，正弦激勵器首先產生兩路同頻率的激勵信號。當正弦激勵器產生激勵信號后，數據采集處理模塊控制第一個信號處理電路讓其進入激勵模式，正弦激勵器產生的實部方向激勵信號通過該信號處理電路的第一開關流入傳輸接口到達金屬電極上，并利用絕緣管道外壁上安裝的金屬電極與絕緣管道內流體形成的耦合電容，將該信號耦合到絕緣管道內，實現激勵功能。數據采集處理模塊分別控制第二個信號處理電路至第N個信號處理電路讓其進入檢測模式，正弦激勵器產生的激勵信號通過第一開關從傳輸接口流入運算放大器的輸入端，再并行到達實部方向乘法器與虛部方向乘法器在實部方向乘法器中，該激勵信號作為實部方向乘法器的一個輸入，同時正弦激勵器產生的實部方向電壓Vi作為實部方向乘法器的另一個輸入，這兩路輸入在實部方向乘法器中相乘得到一路輸出；在虛部方向乘法器中，該激勵信號作為虛部方向乘法器的一個輸入，同時正弦激勵器產生的虛部方向電壓V2作為虛部方向乘法器的另一個輸入，這兩路輸入在虛部方向乘法器中相乘得到另一路輸出；上述兩路輸出分別經過實部方向低通濾波器與虛部方向低通濾波器，到達實部方向低通濾波器和虛部方向低通濾波器的輸出端，進而得到兩路直流電壓；然后通過控制總線接通第二開關的第一端口和第三端口，斷開第二端口，使實部方向低通濾波器的輸出信號經 第二開關流入數據總線；再接通第二開關的第二端口和第三端口，斷開第一端口，使虛部方向低通濾波器的輸出信號經第二開關流入數據總線。第一個信號處理電路進入激勵模式，其他所有的信號處理電路均進入檢測模式并完成信號檢測后，數據采集處理模塊控制第二個信號處理電路進入激勵模式，并控制第三個信號處理電路至第N個信號處理電路進入檢測模式并完成信號檢測，接著數據采集處理模塊控制第三個信號處理電路進入激勵模式，并控制第四個信號處理電路至第N個信號處理電路進入檢測模式并完成信號檢測，并按此種規(guī)律依次往下進行，直到第N-I個信號處理電路進入激勵模式，第N個信號處理電路進入檢測模式并完成對信號的檢測后，整個測量過程結束。所有進入檢測模式的信號處理電路產生的直流電壓信號通過數據總線傳遞到數據采集處理模塊，并經過A/D轉換以及濾波處理后發(fā)送給圖像重建計算機來計算得到被測流體的電容值，從而利用各電極對之間的電容值重建絕緣管道截面上氣泡分布的圖像。
本裝置為非接觸測量，不會產生電極極化、腐蝕等問題。電極安裝方便，無需在管道上打孔，不破壞管道結構，實施簡單。非侵入，不影響管道內被測流體的流動狀態(tài)。具有良好的實時性，可以方便實現對管內氣泡狀況的監(jiān)控。


圖I 一種液壓傳輸管道氣泡監(jiān)控裝置的結構示意 圖2 —種液壓傳輸管道氣泡監(jiān)控裝置的信號處理電路方框 圖3 —種液壓傳輸管道氣泡監(jiān)控裝置的數據采集處理模塊方框 圖4 一種液壓傳輸管道氣泡監(jiān)控裝置的金屬電極分布圖。I.絕緣管道、2.金屬電極、3.信號處理電路、4.數據采集處理模塊、5.圖象重建計算機、6.正弦激勵器、7.第一開關、8.傳輸接口、9.運算放大器、10.實部方向乘法器、
11.實部方向低通濾波器、12.虛部方向乘法器、13.虛部方向低通濾波器、14.第二開關、15.數據總線、16.控制總線、17.模/數轉換器、18.數字信號處理器、19.復雜可編程邏輯器件、20.通用陣列邏輯器、21. USB通訊器。
具體實施例方式—種液壓傳輸管道氣泡監(jiān)控裝置,包括絕緣管道I、金屬電極2、信號處理電路3以及數據采集處理模塊4，還包括圖像重建計算機5，其中，信號處理電路3，包括正弦激勵器6、傳輸接口 8、第一開關7、運算放大器9、實部方向乘法器10、虛部方向乘法器12、實部方向低通濾波器11、虛部方向低通濾波器13、第二開關14、控制總線16和數據總線15 ；數據采集處理模塊4，包括USB通訊器21、數字信號處理器18、復雜可編程邏輯器件19、通用陣列邏輯器20和模/數轉換器17。金屬電極2與信號處理電路3的數量均為N個，每個金屬電極2沿軸向等間距地安裝在絕緣管道I外壁上，并與各自對應的信號處理電路3固定連接。每一個信號處理電路3控制端與數據采集處理模塊4控制端通過排線連接，數據采集處理模塊4控制端以及輸出端與圖像重建計算機5通過USB接口連接；金屬電極2沿軸向等間距安裝在絕緣管道 I的外壁上。正弦激勵器6輸出端與第一開關7的第一端口電線連接,第一開關7的第二端口與信號處理電路3的傳輸接口 8電線連接，第一開關7的第三端口與運算放大器9的反向輸入端電線連接，運算放大器9的輸出端分別與實部方向乘法器10第一輸入端、虛部方向乘法器12的第一輸入端電線連接,實部方向乘法器10的輸出端與實部方向低通濾波器11的輸入端電線連接，虛部方向乘法器12的輸出端與虛部方向低通濾波器13的輸入端電線連接，實部方向低通濾波器11的輸出端與第二開關14的第一端口電線連接，第二開關14的第二端口與虛部方向低通濾波器13的輸出端電線連接，第二開關14的第三端口與數據總線15電線連接，第一開關7的控制端口和第二開關14的控制端口分別與控制總線16電線連接。數字信號處理器18控制端分別與復雜可編程邏輯器件19的輸入端、模/數轉換器17的輸出端與控制端、USB通訊器21電線連接，復雜可編程邏輯器件19的輸出端分別與模/數轉換器17的控制端以及通用陣列邏輯器20的輸入端電線連接，模/數轉換器17的輸入端與數據總線15電線連接。控制總線16上的控制信號控制第一開關7和第二開關14的開關狀態(tài)。開始工作時，正弦激勵器6首先產生兩路同頻率的激勵信號。當正弦激勵器6產生激勵信號后，數據采集處理模塊4控制第一個信號處理電路3讓其進入激勵模式，正弦激勵器6產生的實部方向激勵信號通過該信號處理電路3的第一開關7流入傳輸接口 8到達金屬電極2上，并利用絕緣管道I外壁上安裝的金屬電極2與絕緣管道I內流體形成的耦合電容，將該信號耦合到絕緣管道I內，實現激勵功能。數據采集處理模塊4分別控制第二個信號處理電路3至第N個信號處理電路3讓其進入檢測模式，正弦激勵器6產生的激勵信號通過第一開關7從傳輸接口 8流入運算放大器9的輸入端，再并行到達實部方向乘法器10與虛部方向乘法器12 :在實部方向乘法器10中，該激勵信號作為實部方向乘法器10的一個輸入，同時正弦激勵器6產生的實部方向電壓Vl作為實部方向乘法器10的另一個輸入，這兩路輸入在實部方向乘法器10中相乘得到一路輸出；在虛部方向乘法器12中，該激勵信號作為虛部方向乘法器12的一個輸入，同時正弦激勵器6產生的虛部方向電壓V2作為虛部方向乘法器12的另一個輸入，這兩路輸入在虛部方向乘法器12中相乘得到另一路輸出；上述兩路輸出分別經過實部方向低通濾波器11與虛部方向低通濾波器13，到達實部方向低通濾波器11和虛部方向低通濾波器13的輸出端，進而得到兩路直流電壓；然后通過控制總線接通第二開關14的第一端口和第三端口，斷開 第二端口，使實部方向低通濾波器11的輸出信號經第二開關14流入數據總線15 ;再接通第二開關14的第二端口和第三端口，斷開第一端口，使虛部方向低通濾波器13的輸出信號經第二開關14流入數據總線15。第一個信號處理電路3進入激勵模式，其他所有的信號處理電路3均進入檢測模式并完成信號檢測后，數據采集處理模塊4控制第二個信號處理電路3進入激勵模式，并控制第三個信號處理電路3至第N個信號處理電路3進入檢測模式并完成信號檢測，接著數據采集處理模塊4控制第三個信號處理電路3進入激勵模式，并控制第四個信號處理電路3至第N個信號處理電路3進入檢測模式并完成信號檢測，并按此種規(guī)律依次往下進行，直到第N-I個信號處理電路3進入激勵模式，第N個信號處理電路3進入檢測模式并完成對信號的檢測后，整個測量過程結束。所有進入檢測模式的信號處理電路3產生的直流電壓信號通過數據總線15傳遞到數據采集處理模塊4，并經過A/D轉換以及濾波處理后發(fā)送給圖像重建計算機5來計算得到被測流體的電容值，從而利用各電極對之間的電容值重建絕緣管道截面上氣泡分布的圖像。
權利要求
1.一種液壓傳輸管道氣泡監(jiān)控裝置，包括絕緣管道(I)、金屬電極(2)、信號處理電路(3)和數據采集處理模塊(4)，其特征在于還包括圖像重建計算機(5)，其中，信號處理電路(3)，包括正弦激勵器(6)、傳輸接口(8)、第一開關(7)、運算放大器(9)、實部方向乘法器(10)、虛部方向乘法器(12)、實部方向低通濾波器(11)、虛部方向低通濾波器(13)、第二開關(14)、控制總線(16)和數據總線(15);數據采集處理模塊(4)，包括:USB通訊器(21)、數字信號處理器(18)、復雜可編程邏輯器件(19)、通用陣列邏輯器(20)和模/數轉換器(17)； 金屬電極(2)與信號處理電路(3)的數量均為N個，每個金屬電極(2)沿軸向等間距地安裝在絕緣管道(I)外壁上并與各自對應的信號處理電路(3 )固定連接；每一個信號處理電路(3 )控制端與數據采集處理模塊(4 )控制端通過排線連接，數據采集處理模塊(4 )控制端以及輸出端均與圖像重建計算機(5)通過USB接口連接； 正弦激勵器(6)輸出端與第一開關(7)的第一端口電線連接，第一開關(7)的第二端口與傳輸接口(8)電線連接，第一開關(7)的第三端口與運算放大器(9)的反向輸入端電線連接，運算放大器(9)的輸出端分別與實部方向乘法器(10)第一輸入端、虛部方向乘法器(12)的第一輸入端電線連接,實部方向乘法器(10)的輸出端與實部方向低通濾波器(11)的輸入端電線連接，虛部方向乘法器(12)的輸出端與虛部方向低通濾波器(13)的輸入端電線連接，實部方向低通濾波器(11)的輸出端與第二開關(14)的第一端口電線連接，第二開關(14)的第二端口與虛部方向低通濾波器(13)的輸出端電線連接，第二開關(14)的第三端口與數據總線(15)電線連接，第一開關(7)的控制端口和第二開關(14)的控制端口分別與控制總線(16)電線連接； 數字信號處理器(18)控制端分別與復雜可編程邏輯器件(19)的輸入端、模/數轉換器(17)的輸出端與控制端、USB通訊器(21)電線連接，復雜可編程邏輯器件(19)的輸出端分別與模/數轉換器(17)的控制端以及通用陣列邏輯器(20)的輸入端電線連接，模/數轉換器(17)的輸入端與數據總線(15)電線連接； 控制總線(16)上的控制信號控制第一開關(7)和第二開關(14)的開關狀態(tài)；開始工作時，正弦激勵器(6)產生兩路同頻率的激勵信號； 當正弦激勵器(6)產生激勵信號后，數據采集處理模塊(4)控制第一個信號處理電路(3)讓其進入激勵模式，正弦激勵器(6)產生的實部方向激勵信號通過該信號處理電路(3)的第一開關(7 )流入傳輸接口( 8 )到達金屬電極(2 )上，并利用絕緣管道(I)外壁上安裝的金屬電極(2)與絕緣管道(I)內流體形成的耦合電容，將該信號耦合到絕緣管道(I)內，實現激勵功能； 數據采集處理模塊(4)分別控制第二個信號處理電路(3)至第N個信號處理電路(3)讓其進入檢測模式，正弦激勵器(6)產生的激勵信號通過第一開關(7)從傳輸接口(8)流入運算放大器(9)的輸入端，再并行到達實部方向乘法器(10)與虛部方向乘法器(12);在實部方向乘法器(10)中，該激勵信號作為實部方向乘法器(10)的一個輸入，同時正弦激勵器(6)產生的實部方向電壓Vl作為實部方向乘法器(10)的另一個輸入，這兩路輸入在實部方向乘法器(10)中相乘得到一路輸出；在虛部方向乘法器(12)中，該激勵信號作為虛部方向乘法器(12)的一個輸入，同時正弦激勵器(6)產生的虛部方向電壓V2作為虛部方向乘法器(12)的另一個輸入，這兩路輸入在虛部方向乘法器(12)中相乘得到另一路輸出；上述兩路輸出分別經過實部方向低通濾波器(11)與虛部方向低通濾波器(13)，到達實部方向低通濾波器(11)和虛部方向低通濾波器(13)的輸出端，進而得到兩路直流電壓；然后通過控制總線接通第二開關(14)的第一端口和第三端口，斷開第二端口，使實部方向低通濾波器(11)的輸出信號經第二開關(14)流入數據總線(15);再接通第二開關(14)的第二端口和第三端口，斷開第一端口，使虛部方向低通濾波器(13)的輸出信號經第二開關(14)流入數據總線(15)； 圖像重建計算機(5)實現圖像重建，第一個信號處理電路(3)進入激勵模式，其他所有的信號處理電路(3)均進入檢測模式并完成信號檢測后，數據采集處理模塊(4)控制第二個信號處理電路(3)進入激勵模式，并控制第三個信號處理電路(3)至第N個信號處理電路(3)進入檢測模式并完成信號檢測，接著數據采集處理模塊(4)控制第三個信號處理電路(3)進入激勵模式，并控制第四個信號處理電路(3)至第N個信號處理電路(3)進入檢測模式并完成信號檢測，并按此種規(guī)律依次往下進行，直到第N-I個信號處理電路(3)進入 激勵模式，第N個信號處理電路(3 )進入檢測模式并完成對信號的檢測后，整個測量過程結束；所有進入檢測模式的信號處理電路(3)產生的直流電壓信號通過數據總線(15)傳遞到 數據采集處理模塊(4 )，并經過A/D轉換以及濾波處理后發(fā)送給圖像重建計算機(5 )來計算得到被測流體的電容值，從而利用各電極對之間的電容值重建絕緣管道截面上氣泡分布的圖像。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種液壓傳輸管道氣泡監(jiān)控裝置，包括絕緣管道(1)、金屬電極(2)、信號處理電路(3)、數據采集處理模塊(4)、圖像重建計算機(5)；信號處理電路(3)與數據采集處理模塊(4)通過排線連接，數據采集處理模塊(4)與圖像重建計算機(5)通過USB接口連接；金屬電極(2)沿軸向等間距安裝在絕緣管道(1)的外壁上，每個金屬電極(2)與各自對應的信號處理電路(3)固定連接。通過相敏解調實現對管內被測介質電容值的計算并成像，從而實現監(jiān)控作用。本發(fā)明具有價格低廉，操作性優(yōu)良的特點，同時具有高的響應速度；其結構設計簡單牢固，抗老化性好，能支持長時間連續(xù)使用。
文檔編號G01V3/00GK102928880SQ20121041415
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月26日 優(yōu)先權日2012年10月26日
發(fā)明者胡源淵, 李建冬, 賈正偉, 吳慶勛, 李昕奇 申請人:北京機械設備研究所