專(zhuān)利名稱(chēng)：弧焊熔滴過(guò)渡檢測(cè)弧光傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種傳感器，特別是一種弧焊熔滴過(guò)渡檢測(cè)弧光傳感器。
在熔化極氣體保護(hù)焊過(guò)程中，熔滴過(guò)渡是一個(gè)影響過(guò)程穩(wěn)定性及最終焊接質(zhì)量的重要因素。為獲得穩(wěn)定的熔滴過(guò)渡，需要準(zhǔn)確地檢測(cè)熔滴過(guò)渡過(guò)程。大量研究表明，通過(guò)檢測(cè)焊接過(guò)程中的弧光信號(hào)，可以可靠地檢測(cè)熔滴過(guò)渡過(guò)程。由于過(guò)渡過(guò)程是一個(gè)變化速度較高的動(dòng)態(tài)過(guò)程，已有的弧光傳感器主要使用兩種響應(yīng)速度高的光電元件光電倍增管和半導(dǎo)體光電管。
光電倍增管靈敏度高、檢測(cè)范圍廣，在檢測(cè)GMAW的熔滴過(guò)渡時(shí)取得了較好的結(jié)果。在鋼的脈沖熔化極氣體保護(hù)焊中，當(dāng)熔滴脫落時(shí)，弧光輻射信號(hào)中出現(xiàn)一個(gè)明顯的下塌特征，同樣的現(xiàn)象也存在于鋁合金的脈沖熔化極氣體保護(hù)焊過(guò)程中。
目前使用的半導(dǎo)體光電管為光電二極管和晶體管。這種傳感技術(shù)可以滿(mǎn)足在一定動(dòng)態(tài)變化范圍內(nèi)檢測(cè)弧光變化和輻射變化的需要，并已在熔滴過(guò)渡測(cè)量過(guò)程中得到應(yīng)用。
光電倍增管具有靈敏度高、檢測(cè)范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，在檢測(cè)GMAW過(guò)程中的熔滴過(guò)渡時(shí)也取得了較好的結(jié)果。但光電倍增管存在較多局限。主要問(wèn)題在于光電倍增管需要1000伏左右的高壓、體積較大且易碎，使用不便。另外，光電倍增管易受電磁干擾，成本相對(duì)較高，實(shí)用性差。
采用半導(dǎo)體光電管做弧光傳感器的光敏元件可以克服以上這些問(wèn)題，因此成為目前實(shí)際使用的主要器件。從完善的傳感技術(shù)的角度來(lái)講，這種傳感方法還存在較多的問(wèn)題，比較突出的是這種方法能正常接收的弧光強(qiáng)度的動(dòng)態(tài)變化范圍較小。在使用過(guò)程中要不斷根據(jù)光強(qiáng)的變化調(diào)整減光深度。另外，由于電弧弧光的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了半導(dǎo)體光電管的接收范圍，需采取較深的減光措施，而且減光的深度很難連續(xù)、實(shí)時(shí)調(diào)整。這給傳感器的制造和使用帶來(lái)了麻煩。此外，現(xiàn)有的弧光傳感器還停留在實(shí)驗(yàn)室階段，體積龐大，缺乏克服實(shí)際焊接惡劣條件的手段。
本實(shí)用新型的目的是提供一種性能可靠、使用方便、成本低、易維護(hù)新型的弧焊熔滴過(guò)渡檢測(cè)弧光傳感器。
本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型為一種弧焊熔滴過(guò)渡檢測(cè)弧光傳感器此新型傳感器，包括傳感探頭、傳輸線及自動(dòng)控制電路，從光電三極管的基極引出控制線到靈敏度自動(dòng)控制電路，后續(xù)晶體管的基極與光電三極管的發(fā)射極連接，連接后的引線與自動(dòng)控制電路的輸出端連接，然后再與后續(xù)晶體管的發(fā)射極連接構(gòu)成閉和回路，輸出電路與接收電路或計(jì)算機(jī)連接。以解決電弧焊弧光傳感研究及實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的需要。
本實(shí)用新型的突出特點(diǎn)是采用光電三極管代替光電晶體管并附加了新穎的靈敏度自動(dòng)控制線路，根據(jù)光電三極管的工作原理可知，光電三極管的工作有兩個(gè)過(guò)程一是光電轉(zhuǎn)換，二是光電流放大。光電流轉(zhuǎn)換過(guò)程是在集-基結(jié)區(qū)內(nèi)進(jìn)行，光激發(fā)電子-空穴對(duì)，其電子流向集電區(qū)被集電極所收集，空穴流向基區(qū)作為基極電流被晶體管放大，集-基結(jié)產(chǎn)生的光電流被晶體管5放大β倍，集電極輸出電流IC＝IΦβ＝S1βE (1)其中，S1為集-基結(jié)光電流靈敏度S1為晶體管的放大倍數(shù)，E為入射照度。
自動(dòng)靈敏度控制電路的原理在于隨入射度的變化，能適當(dāng)?shù)馗淖冹`敏度，從而提高可接收照度的動(dòng)態(tài)變化范圍。如圖2所示，如果在光電三極管的基極接一旁路，此旁路將對(duì)集-基結(jié)區(qū)產(chǎn)生的光電流進(jìn)行分流為Ibp，則根據(jù)式(1)可知IC＝(IΦ-Ibp)β (2)在設(shè)計(jì)此電路的過(guò)程中，將使Ibp同IΦ建立聯(lián)系，Ibp＝KbIΦ，Kb為關(guān)系系數(shù)并可按不同要求設(shè)計(jì)成常量或者變量，則式(2)可表示為Ic＝(IΦ-KbIΦ)β
由式(3)可見(jiàn)，增加控制回路后光電三極管的靈敏度發(fā)生了變化，S1＜S1，改變后的靈敏度小于原來(lái)的靈敏度，并且可以通過(guò)控制回路進(jìn)行控制。這為設(shè)計(jì)和使用弧光傳感器帶來(lái)許多方便。
利用這種控制回路可以明顯地提高接收弧光強(qiáng)動(dòng)態(tài)變化的范圍，通過(guò)選取適當(dāng)控制參數(shù)降低光電三極管的靈敏度，可使其直接接收強(qiáng)烈弧光并具有較大的動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍，且減光深度可以連續(xù)調(diào)節(jié)。這種減光方式屬于中性減光，不會(huì)與安裝濾片產(chǎn)生沖突。另外這種控制電路可方便地控制光電三極管的工作狀態(tài)，有利于計(jì)算機(jī)控制或與其它參數(shù)的改變(如焊接電流)同步調(diào)節(jié)?；谶@種原理，設(shè)計(jì)了一系列實(shí)用型弧光傳感器，以滿(mǎn)足各種不同的使用要求。如圖所示系統(tǒng)中，靈敏度自動(dòng)調(diào)整由晶體管完成，電位器用來(lái)設(shè)定整個(gè)傳感器的工作狀態(tài)。信號(hào)輸出到后續(xù)接收電路或計(jì)算機(jī)。在系統(tǒng)中，自動(dòng)靈敏度控制由控制器控制的晶體管實(shí)現(xiàn)。控制器同時(shí)控制焊機(jī)的輸出電流，這樣可實(shí)現(xiàn)根據(jù)焊接電流同步調(diào)整傳感器的靈敏度，可進(jìn)一步提高傳感信號(hào)的質(zhì)量。
在電弧焊的傳感過(guò)程中存在多種干擾?；」鈧鞲衅饕诤附舆^(guò)程中取得理想的效果，必須應(yīng)具有以下一些性能1、具有足夠反映電弧行為的譜段靈敏度。
2、體積小，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，成本低，易維護(hù)。
3、抗電磁干擾能力強(qiáng)，不受焊接煙塵的影響。
4、具有較寬的光強(qiáng)檢測(cè)動(dòng)態(tài)變化范圍。
5、應(yīng)用范圍廣。
經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的使用證明，此實(shí)用化傳感器性能可靠、使用方便、成本低、易維護(hù)。通過(guò)所使用的自動(dòng)靈敏度調(diào)整電路，不需使用額外的減光或調(diào)整裝置就可以在整個(gè)工作范圍內(nèi)可靠地使用。通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及噴氣保護(hù)，使傳感器具有很強(qiáng)的抵抗焊接惡劣操作環(huán)境的能力。利用此傳感器可以替代以往的光電倍增管、光電晶體管傳感器，可靠地傳感焊接過(guò)程中各種熔滴過(guò)渡形式，對(duì)于短路過(guò)渡形式的弧光波形，其周期性的弧光熄滅過(guò)程對(duì)應(yīng)著熔滴同熔池的搭接。對(duì)于富氬氣體保護(hù)下的大滴過(guò)渡和射滴過(guò)渡，弧光輻射強(qiáng)度信號(hào)中出現(xiàn)明顯的周期性的強(qiáng)度變化。在每一個(gè)周期內(nèi)，弧光強(qiáng)度信號(hào)首先增加，然后急劇降低。隨著金屬熔滴過(guò)渡率的增加，這種周期變化的頻率也在提高。對(duì)于富氬氣體保護(hù)下的鋼脈沖熔化極氣體保護(hù)焊和純氬保護(hù)下鋁的脈沖熔化極氣體保護(hù)焊過(guò)程中這種現(xiàn)象也同樣存在。
以往采用光電倍增管和光電晶體管所獲得的信號(hào)，同它們相比，利用本弧光傳感器所獲得的信號(hào)的質(zhì)量較高。


圖1為本實(shí)用新型電路原理圖圖2為光電管電路原理圖圖3為實(shí)施例1的電路原理圖圖4為實(shí)施例2的電路原理圖圖5為傳感器探頭結(jié)構(gòu)裝配圖
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳述。
實(shí)施例1如
圖1所示的本實(shí)用新型為一種弧焊熔滴過(guò)渡檢測(cè)弧光傳感器此新型傳感器，包括傳感探頭1、傳輸線2及自動(dòng)控制電路3，從光電三極管的基極6引出控制線到靈敏度自動(dòng)控制電路3，后續(xù)晶體管的基極與光電三極管的發(fā)射極連接，連接后的引線與自動(dòng)控制電路的輸出端連接，然后再與后續(xù)晶體管的發(fā)射極連接構(gòu)成閉和回路，輸出電路4與接收電路或計(jì)算機(jī)連接。如圖5所示，探頭1由內(nèi)層殼體16、外層殼體18、前端蓋15、后端蓋20及光敏元件固定環(huán)19組成，外層殼體18內(nèi)套裝著內(nèi)層殼體16、前端蓋15和內(nèi)層殼體16之間固定保護(hù)玻璃，氣流傳感器后端位于探頭內(nèi)層殼體上的通氣孔17內(nèi)，光敏元件固定于孔22處，固定環(huán)19依靠端面26固定光敏元件，后端蓋20依靠其端面29定位固定環(huán)19，內(nèi)外殼體依靠軸肩23相互定位，整個(gè)傳感器探頭的直徑為15mm，探頭和后部控制接收電路依靠屏蔽線連接，使用電流傳輸方式，弧光傳感的特點(diǎn)決定了這種傳感器探頭距電弧較近，為防止焊接煙塵及高溫輻射對(duì)探頭的影響，傳感探頭在結(jié)構(gòu)上設(shè)置了噴氣保護(hù)功能，氣體來(lái)源于焊槍內(nèi)的保護(hù)氣，氣流量很小，所以對(duì)電弧沒(méi)有不良影響。所述的自動(dòng)控制電路3為靈敏度自動(dòng)調(diào)整由晶體管12完成，晶體管12的基極與電位器11的輸入端連接，電位器11的輸出端與晶體管12的集電極連接，連接后的引線與電位器10、光電三極管的基極6連接。
圖3和圖4就是兩種較為典型的實(shí)用系統(tǒng)。在圖3所示中，靈敏度自動(dòng)調(diào)整由晶體管12完成，從光電三極管的基極6引出控制線到靈敏度自動(dòng)控制電路3，光電三極管產(chǎn)生的光電流有一部分通過(guò)控制電路旁路?？刂齐娐?根據(jù)當(dāng)前弧光強(qiáng)度自動(dòng)調(diào)節(jié)旁路光流的大小，從而改變了光電三極管的靈敏度。電位器10和11用來(lái)設(shè)定整個(gè)傳感器的工作狀態(tài)。光電三極管的輸出通過(guò)后續(xù)晶體管的放大后從4輸出到接收電路或計(jì)算機(jī)。
實(shí)施例2如圖4所示，所述的自動(dòng)控制電路3為晶體管12的基極與控制器的輸入端連接，晶體管12的集電極與光電三極管的基極6連接，控制器的輸出端與焊機(jī)的輸出端電連接。
在圖4所示中，自動(dòng)靈敏度控制由控制器13控制的晶體管12實(shí)現(xiàn)。由于不同的焊接電流對(duì)應(yīng)不同的弧光強(qiáng)度，電流越大，弧光強(qiáng)度越大?？刂破?3通過(guò)控制晶體管12基極上的電壓，可以控制晶體管12從光電三極管5旁路光電電流的大小，從而控制光電三極管的靈敏度?？刂破?3同時(shí)控制焊機(jī)14的輸出電流，這樣可實(shí)現(xiàn)根據(jù)焊接電流同步調(diào)整傳感器的靈敏度，可進(jìn)一步提高傳感信號(hào)的質(zhì)量。本實(shí)施例的其它結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同，這里不再重述。
權(quán)利要求1.一種弧焊熔滴過(guò)渡檢測(cè)弧光傳感器此新型傳感器，包括傳感探頭(1)、傳輸線(2)及自動(dòng)控制電路(3)，其特征是從光電三極管(5)的基極(6)引出控制線到靈敏度自動(dòng)控制電路(3)，后續(xù)晶體管的基極與光電三極管(5)的發(fā)射極連接，連接后的引線與自動(dòng)控制電路(3)的輸出端連接，然后再與后續(xù)晶體管的發(fā)射極連接構(gòu)成閉和回路，輸出電路(4)與接收電路或計(jì)算機(jī)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種弧焊熔滴過(guò)渡檢測(cè)弧光傳感器此新型傳感器，其特征是探頭(1)由內(nèi)層殼體(16)、外層殼體(18)、前端蓋(15)、后端蓋(20)及光敏元件固定環(huán)(19)組成，外層殼體(18)內(nèi)套裝著內(nèi)層殼體(16)、前端蓋(15)和內(nèi)層殼體(16)之間固定保護(hù)玻璃，氣流傳感器后端位于探頭內(nèi)層殼體上的通氣孔(17)內(nèi)，光敏元件固定于孔(22)處，固定環(huán)(19)依靠端面(26)固定光敏元件，后端蓋(20)依靠其端面(29)定位固定環(huán)(19)，內(nèi)外殼體依靠軸肩(23)相互定位，整個(gè)傳感器探頭的直徑為15mm，探頭和后部控制接收電路依靠屏蔽線連接，使用電流傳輸方式。。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種弧焊熔滴過(guò)渡檢測(cè)弧光傳感器此新型傳感器，其特征是所述的自動(dòng)控制電路(3)為靈敏度自動(dòng)調(diào)整由晶體管(12)完成，晶體管(12)的基極與電位器(11)的輸入端連接，電位器(11)的輸出端與晶體管(12)的集電極連接，連接后的引線與電位器(10)、光電三極管(5)的基極(6)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種弧焊熔滴過(guò)渡檢測(cè)弧光傳感器此新型傳感器，其特征是所述的自動(dòng)控制電路(3)為晶體管(12)的基極與控制器的輸入端連接，晶體管(12)的集電極與光電三極管(5)的基極(6)連接，控制器的輸出端與焊機(jī)的輸出端電連接。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種弧焊熔滴過(guò)渡檢測(cè)弧光傳感器此新型傳感器,包括傳感探頭、傳輸線及自動(dòng)控制電路,從光電三極管的基極引出控制線到靈敏度自動(dòng)控制電路,后續(xù)晶體管的基極與光電三極管的發(fā)射極連接,連接后的引線與自動(dòng)控制電路的輸出端連接,然后再與后續(xù)晶體管的發(fā)射極連接構(gòu)成閉合回路,輸出電路與接收電路或計(jì)算機(jī)連接。本實(shí)用新型具有足夠反映電弧行為的譜段靈敏度,體積小,結(jié)構(gòu)堅(jiān)固,成本低,易維護(hù),抗電磁干擾能力強(qiáng),不受焊接煙塵的影響,具有較寬的光強(qiáng)檢,測(cè)動(dòng)態(tài)變化范圍,應(yīng)用范圍廣。
文檔編號(hào)B23K9/095GK2389746SQ9921874
公開(kāi)日2000年8月2日 申請(qǐng)日期1999年8月6日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月6日
發(fā)明者李鵬九 申請(qǐng)人:李鵬九