專利名稱：金剛石壓機(jī)頂錘斷裂監(jiān)控器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及超聲波換能探測技術(shù)，具體地說是一種金剛石壓機(jī)頂錘斷裂監(jiān)控器。
現(xiàn)在，生產(chǎn)人造金剛石的行業(yè)中，其生產(chǎn)工藝是將碳片、觸媒置于人造金剛石壓機(jī)的合成空腔內(nèi)，通過壓機(jī)進(jìn)行加壓、加熱處理，使炭片在高溫、高壓條件下合成人造金剛石?？涨粌?nèi)的合成壓力為100-110MPa，溫度約1000℃。壓力來源于壓機(jī)的液壓系統(tǒng)，壓力方向是上、下、前、后、左、右六面加壓，直接傳遞壓力的是硬質(zhì)合金制成的六個(gè)頂錘。由于頂錘長時(shí)間處于高溫、高壓狀態(tài)下，使用一段時(shí)間后，會(huì)發(fā)生疲勞性斷裂或超強(qiáng)度破壞性斷裂。若發(fā)生斷裂的頂錘未被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，及時(shí)更換，繼續(xù)工作，將會(huì)發(fā)生粉碎性斷裂。由于人造金剛石的合成腔體內(nèi)處于高溫高壓狀態(tài)，當(dāng)頂錘發(fā)生粉碎性斷裂時(shí)即產(chǎn)生爆炸，俗稱“放炮”。發(fā)生“放炮”事故同時(shí)會(huì)損壞其它部位頂錘及部件，甚至造成人身傷害。判斷頂錘是否即將發(fā)生斷裂，目前是依靠操作工人的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，主要憑聽覺加以判斷，如聽到斷裂聲音立即停機(jī)。但是，若頂錘緩慢斷裂時(shí)聲音過小，環(huán)境噪聲大或操作工人經(jīng)驗(yàn)不豐富，都可能發(fā)生“放炮”事故。能夠監(jiān)控金剛石壓機(jī)頂錘斷裂情況的儀器目前尚未見到。
本實(shí)用新型的目的是提供一種金剛石壓機(jī)頂錘斷裂監(jiān)控器，它能夠判別壓機(jī)頂錘是否斷裂，一旦發(fā)生斷裂情況就自控停機(jī)，防止爆炸事故發(fā)生，保證安全生產(chǎn)。
為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的該監(jiān)控器包括壓機(jī)頂錘和冷卻水安裝體，其特征在于，它還包括六通道超聲波換能傳感器，分別安裝在前、后、左、右、上、下各頂錘大墊塊上冷卻水安裝體上端的安裝座內(nèi)，由空腔中的空氣作傳遞介質(zhì)來接收超聲波信號，每一個(gè)傳感器的信號輸出端各自與一個(gè)前置放大器的輸入端相連接，前置放大器的輸出端與一個(gè)帶通濾波器的輸入端相連接，帶通濾波器的輸出端與一個(gè)中間放大器的輸入端相連接，中間放大器的輸出端與一個(gè)包絡(luò)線檢波器的輸入端相連接，包絡(luò)線檢波器的輸出端與一個(gè)判別電平比較器的負(fù)向輸入端相連接，各判別電平比較器的輸出端分別連接一個(gè)三端輸入三“或”門的AN1～AN6口，三“或”門的輸出端按順序與微處理器的地址線A0、A1、A2口相連接，一個(gè)故障指示器的6個(gè)輸入端和一個(gè)單“或”門的6個(gè)輸入端則連接在微處理器的相應(yīng)輸出接口Q1～Q6上，一個(gè)停機(jī)控制器和一個(gè)聲光報(bào)警器的輸入端并接在單“或”門的正輸出端上，一組正、負(fù)穩(wěn)壓電源向所述的各電路供電。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是1、可防止“放炮”事故發(fā)生，保證生產(chǎn)安全；2、判斷故障及時(shí)準(zhǔn)確，準(zhǔn)確度達(dá)95％，通常憑聽覺判斷頂錘斷裂情況至采取措施停機(jī)約需5～10秒鐘，用本監(jiān)控器監(jiān)測，一有斷裂情況發(fā)生，10ms內(nèi)可立即自動(dòng)停機(jī)，能及時(shí)控制斷裂故障惡化，消除事故隱患；3、可消除操作工人因擔(dān)心發(fā)生事故的精神緊張狀態(tài)，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率；4、能節(jié)約維修費(fèi)用，降低生產(chǎn)成本。


圖1是本監(jiān)控器的傳感器和安裝體部分的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是主機(jī)部分的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3工作原理框圖。
圖4是電路圖的超聲波換能傳感器和前置放大器部分。
圖5是電路圖的帶通濾波器、中間放大器、包絡(luò)線檢波器和判別電平比較器部分。
圖6是電路圖的信號處理和故障指示部分。
圖7是電路圖的停機(jī)控制器和聲光報(bào)警器部分。
圖8是電路圖的穩(wěn)壓電源部分。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)地描述。
在圖1中，13是人造金剛石壓機(jī)頂錘的大墊塊，安裝體2焊接于大墊塊13上，因?yàn)楸槐O(jiān)控的物體表面有140℃左右的高溫，設(shè)置了冷卻水管道3流水冷卻降溫，此外，壓機(jī)的導(dǎo)電錘上存在有12V電壓、100A左右的電流，還有一定的磁場和油污，會(huì)對檢測產(chǎn)生影響，所以，超聲波換能傳感器不能直接與被監(jiān)控物體接觸，把它置于冷卻水管上面的安裝座內(nèi)，由空腔內(nèi)的空氣作傳遞介質(zhì)，排除了外界環(huán)境條件的干擾。4是屏蔽罩，5是傳感器的諧振片，6是激勵(lì)器，7是固定架，8是底板，9是前置放大部分的印刷電路板，10是電路板的固定螺釘，11是外殼，12是傳輸線。
圖2是主機(jī)部分的結(jié)構(gòu)示意圖。16是機(jī)箱，它的前面板上裝有故障指示燈21，一排共有6個(gè)，分別代表和指示金剛石壓機(jī)前、后、左右、上、下各頂錘的故障，例如從左到右第一個(gè)指示燈亮，說明前頂錘出現(xiàn)了故障，如下類推，20是電源開關(guān)，19是手動(dòng)復(fù)位開關(guān)，用于清零，18是自動(dòng)、手動(dòng)控制倒換開關(guān)，17是揚(yáng)聲器開關(guān)，15是傳輸線插座，用于將主機(jī)與傳感器連接，14是自動(dòng)控制輸出的接線柱，22是電源部分的線路板，23是電源箱，24是安裝主機(jī)電路元器件板，25是電路板的固定螺釘，26是機(jī)箱蓋，27是機(jī)箱蓋的固定螺釘。
圖3是工作原理框圖。當(dāng)被監(jiān)控的金剛石壓機(jī)頂錘在發(fā)生斷裂前的瞬間，會(huì)發(fā)射出uV～mv數(shù)量級的超聲波(雙箭頭所示)，這個(gè)信號被超聲波換能傳感器接收，并轉(zhuǎn)換成電信號送入前置放大器將信號放大后，經(jīng)帶通濾波器濾除機(jī)械噪聲和低頻干擾信號，然后送入中間放大器作進(jìn)一步放大，放大了的信號由包絡(luò)線檢波器檢出有用信號，輸出方向不變的鋸齒波信號至判別電平比較器進(jìn)行比較，由比較器轉(zhuǎn)換成矩形波輸出，送入信號處理電路處理確認(rèn)后，由信號處理器將信號分送給故障指示器、停機(jī)控制器和聲光報(bào)警器，從而完成故障指示、自控停機(jī)和聲光報(bào)警任務(wù)。
圖4是電路圖的超聲波換能傳感器和前置放大器部分。由圖可見超聲波換能傳感器T1連接在前置放大器A1的正向輸入端，T1的頻率范圍是30KHZ～100KHZ。前置放大器由A1、V1、V2及外圍元件C1～C5、R1～R10構(gòu)成，其中C1為濾波電容，用于濾除從電源來的雜散電干擾，R1～R3組成分壓電路，以保證加在T1兩端的工作電壓為7V左右，R5為反饋電阻，調(diào)整它可以改變A1的增益，C4是耦合電容，R6、R7是V1的偏置電阻，C4與R7同時(shí)構(gòu)成一階高通濾波器，下限截止頻率為28.4KHZ，以濾除機(jī)械噪聲，V2集電極上的a點(diǎn)。是信號的輸出端，它與圖5中的a點(diǎn)相連接。
圖5是電路圖的帶通濾波器、中間放大器、包絡(luò)線檢波器和判別電平比較器部分。帶通濾波器由R11、R12、C6、C7構(gòu)成，其通帶頻率為28.4KHZ＜f＜102KHZ。中間放大器由A2及外圍元件R13～R17、C8構(gòu)成，調(diào)整R17可以改變中放的增益，L1是高頻濾波電感，C9、C10分別是正、負(fù)電源的濾波電容。包絡(luò)線檢波器由VD1、A3、R18～R20和積分電容C11構(gòu)成，L2是濾波電感，C12、C13分別是正、負(fù)電源的濾波電容。判別電平比較器由A4及外圍元件VD2～VD4、R21～R27、C14、C15、C18構(gòu)成，L3是濾波電感，C16、C17分別是正、負(fù)電源的濾波電容，AN1是信號輸出端。從超聲波換能傳感器～判別電平比較器一共有六個(gè)通道，由于電路結(jié)構(gòu)完全相同，為了節(jié)省篇幅，圖中只給出一個(gè)通道的電路，這六個(gè)通道的輸出接口分別與圖6中AN1～AN6口相連接。
圖6是電路圖的信號處理和故障指示部分。信號處理器由微處理器D2，(使用型號為MC14599)，三輸入端三或門D1，它們的輸出端分別連接D2的地址線A0、A1、A2，輸入端或門D3，非門D4以及外圍元件R28～R32，R19～C22構(gòu)成，其中C20與R30組成自動(dòng)復(fù)位清零電路，VB是手動(dòng)復(fù)位清零按鈕，R40、V3、R33、VD5構(gòu)成信號處理器的工作狀態(tài)監(jiān)視，正常工作時(shí)VD5亮，AN1～AN6是前面各通道來的信輸入接口，b點(diǎn)是自控停機(jī)和聲光報(bào)警信號的輸出端。故障指示器由V4～V9，R34～R46以及發(fā)光二極管VD6～D11組成六個(gè)監(jiān)視目標(biāo)(與金剛石壓機(jī)的前、后、左、右、上、下頂錘相對應(yīng))的故障指示，它們的輸入端和單或門D3的6個(gè)輸入端I1～I(xiàn)6一起，分別對應(yīng)連接在D2的輸出端口Q1～Q6上，Q1～Q6與AN1～AN6一一對應(yīng)，當(dāng)六個(gè)目標(biāo)中的某一個(gè)發(fā)生故障時(shí)，對應(yīng)的發(fā)光二極管亮，或門D3有輸出，即b點(diǎn)有輸出，該點(diǎn)與圖7的b點(diǎn)相連接。
圖7是電路圖的自控停機(jī)和聲光報(bào)警部分。自控停機(jī)由與非門D6、反相器D5、D7、開關(guān)三極管V10、繼電器K、二極管VD13、VD13電阻R47、R48電容C23構(gòu)成，其中R47與C23組成延時(shí)觸發(fā)電路，用于當(dāng)故障信號從b點(diǎn)進(jìn)入與非門D6瞬間使D6輸出低電平，經(jīng)反相器D7反相向開關(guān)管提供導(dǎo)通偏置電流，繼電器吸合。觸發(fā)信號過后，C23通過D5放電，偏置隨之消失，繼電器K恢復(fù)初始狀態(tài)。VD14是防止反向擊穿保護(hù)二極管，用以保護(hù)V10。S1是自動(dòng)與手動(dòng)的選擇開關(guān)，VD13和R49組成自控停機(jī)電路工作指示燈。聲光報(bào)警由D9、D10、V12～V16，A5、VD16、C26～C29、R53～R60以及揚(yáng)聲器BL構(gòu)成，L4和C24、C25是電源的濾波電感和電容，V14、V15組成單穩(wěn)態(tài)多諧音頻振蕩器，通過V16不斷觸發(fā)A5的復(fù)位端MR，使A5跟著振蕩并由A5推動(dòng)揚(yáng)聲器BL。VD16是隨振蕩器頻率閃光的光報(bào)警二極管。D9、D10和V12、V13組成電子開關(guān)，控制聲光報(bào)警，電子開關(guān)受控于b點(diǎn)來的信號。S2是控制BL發(fā)聲的手動(dòng)通斷開關(guān)。D8、V11、VD15、R50～R51組成報(bào)警監(jiān)控指示，系統(tǒng)正常工作時(shí)，VD15亮，一旦出現(xiàn)故障，VD15息滅。b點(diǎn)是自控停機(jī)和聲光報(bào)警電路的共同輸入端。
圖8是電路圖的穩(wěn)壓電源部分。它由抗干擾電路、變壓器、橋式整流、電容濾波和三端穩(wěn)壓集成塊組成，L5、L6、C30～C36、構(gòu)成抗干擾電路，T2是降壓變壓器，VR1、VR2是橋式整流器，L7～L9是濾波電感，C38～C44是濾波電容，IC1～I(xiàn)C3是三端穩(wěn)壓源。這是普通的典型穩(wěn)壓電源，它向整個(gè)電路提供穩(wěn)定的正、負(fù)直流工作電源，其中IC3提+5V電源，IC1提供+12V電源，IC2提供負(fù)12V電源。
整個(gè)電路的工作過程是接通電源，D2自動(dòng)清零，電路處于待命狀態(tài)，當(dāng)被監(jiān)控的物體正常時(shí)，故障指示器的各指示燈均不亮，聲光報(bào)警電路也不工作。當(dāng)被監(jiān)控的金剛石壓機(jī)的六個(gè)頂錘中的某一個(gè)頂錘例如前頂錘出現(xiàn)故障，在發(fā)生斷裂前的瞬間，發(fā)射出超聲波，這個(gè)信號通過安裝體空腔被圖4中的T1接收，并轉(zhuǎn)換為電信號送入A1的正輸入端，信號經(jīng)A1放大，由一階高通濾波器C4與R7濾除機(jī)械噪聲后，通過V1、V2放大從a點(diǎn)輸出，經(jīng)圖5a點(diǎn)進(jìn)入由R11C6、C7、R14組成的帶通濾波器，濾除高于100KHZ和低于30KHZ的各種干擾信號，再送入中間放大器A2作進(jìn)一步放大，放大了的信號從A2輸出，由VD1進(jìn)行包絡(luò)線檢波，再經(jīng)A3將信號進(jìn)行積分處理后，得到單方向的近似鋸齒波，通過VD2、R21進(jìn)入判別比較器A4的負(fù)輸入端，經(jīng)A4與判別電平進(jìn)行比較后由A4輸出矩形波經(jīng)VD3、R26從AN1輸出，送至圖6中微處理器中的D1的AN1輸入端，微處理器D2使用了MC14599集成塊，它的數(shù)據(jù)端D和讀寫控制端W/R經(jīng)電阻R28接+5V電源，被置于高電平，因此該電路被置成“只寫”模式，即從數(shù)據(jù)端往地址指定的鎖存器送數(shù)，由于D端始終接高電平，所以寫入鎖存器的數(shù)據(jù)只能為高電平有效。禁止端WD和片選端受或門D3的正輸出端控制，地址線A0、A1、A2受三輸入三“或”門D1的三個(gè)輸出端控制，六個(gè)通道的判別比較器的六個(gè)輸出端分別與三輸入三“或”門的六個(gè)輸入端AN1～N6對應(yīng)連接，AN1～AN6與D2輸出端的Q1～Q6相對應(yīng)，組成了二進(jìn)制地址編碼電路，各通道對應(yīng)的地址碼如下A0＝AN1+AN3+AN5A1＝AN2+AN3+AN6A2＝AN4+AN5+AN6這樣，當(dāng)D1的輸入端AN某路出現(xiàn)高電平時(shí)，必定有相應(yīng)的地址碼輸入，例如AN1為“1”時(shí)，將AN1代入上式A0＝1，A1＝0，A2＝0，其地址碼從高位到低位為A2、A1、A0＝001，必然有數(shù)據(jù)端D的高電平被鎖入Q1，即Q1＝“1”。這個(gè)信號從Q1分兩路輸出，一路送入故障指示器對應(yīng)的輸入端經(jīng)R46，使V9導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)D10發(fā)光；指示出AN1通道監(jiān)控的目標(biāo)發(fā)生故障，另一路送入D3的相應(yīng)輸入端I1，D3輸出為“1”，該信號從圖6的b點(diǎn)輸出送至圖7的b點(diǎn)，也分兩路，一路經(jīng)D9、D10驅(qū)動(dòng)電子開關(guān)V12、V13導(dǎo)通，啟動(dòng)聲光報(bào)警器工作，此時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲，發(fā)光二極管VD16隨振蕩頻率閃動(dòng)，另一路送入與非門D6，經(jīng)D7、R48、VD12觸發(fā)V10導(dǎo)通，繼電器K動(dòng)作自動(dòng)停機(jī)，此后C18經(jīng)R47、D5放電，繼電器恢復(fù)初始狀態(tài)，從而完成故障指示，自控停機(jī)和聲光報(bào)警任務(wù)。其它通道的工作過程完全一樣，所區(qū)別的是寫入的地址碼不同，即當(dāng)某AN有翻轉(zhuǎn)信號后，則有對應(yīng)的Q輸出，其余類推。
為了保證金剛石壓機(jī)的六個(gè)頂錘中當(dāng)某個(gè)方位的頂錘發(fā)生斷裂故障后，只有該通道對應(yīng)的鎖存器有輸出，不受其它通道后到信號的影響，使用了片選端CE和禁止端WD實(shí)現(xiàn)D端懸浮對數(shù)據(jù)輸入的封鎖，其具體過程如下當(dāng)D2復(fù)位后，Q1～Q6均復(fù)位為“0”，D3輸出為“0”，WD為“0”，D4輸出為“1”，CE為“1”，電路被選中允許寫入狀態(tài)；當(dāng)某個(gè)AN為高電平后，對應(yīng)的鎖在器Q有輸出，因此D3輸出為“1”，WD為“1”，D4輸出為“0”，CE為“0”，電路不被選中，處于被禁止寫入狀態(tài)，從而封鎖了數(shù)據(jù)輸入(D端浮空)，使后到的其它信號不能進(jìn)入。這就保證了被監(jiān)控的頂錘中發(fā)生斷裂故障的那個(gè)頂錘的通道信號能進(jìn)入的唯一性，其后到的其它信號不起作用。
權(quán)利要求1.一種金剛石壓機(jī)頂錘斷裂監(jiān)控器，它包括，壓機(jī)頂錘和冷卻水安裝體，其特征在于，它還包括六通道超聲波換能傳感器，分別安裝在前、后、左、右、上、下各頂錘大墊塊(13)上冷卻水安裝體(2)上端的安裝座內(nèi)，由空腔中的空氣作傳遞介質(zhì)來接收超聲波信號，空腔中設(shè)屏蔽罩(4)、諧振片(5)和激勵(lì)器(6)，每一個(gè)傳感器的信號輸出端各自與一個(gè)前置放大器的輸入端相連接，前置放大器的輸出端與一個(gè)帶通濾波器的輸入端相連接，帶通濾波器的輸出端與一個(gè)中間放大器的輸入端相連接，中間放大器的輸出端與一個(gè)包絡(luò)線檢波器的輸入端相連接，包絡(luò)線檢波器的輸出端與一個(gè)判別電平比較器的負(fù)向輸入端相連接，各判別電平比較器的輸出端分別連接一個(gè)三端輸入三“或”門的AN1～AN6口，三“或”門的輸出端按順序與微處理器的地址線A0、A1、A2口相連接，一個(gè)故障指示器的6個(gè)輸入端和一個(gè)單“或”門的5輸入端則連接在微處理器的相應(yīng)輸出接口Q1～Q6上，一個(gè)停機(jī)控制器和一個(gè)聲光報(bào)警器的輸入端并接在單“或”門的正輸出端上，一組正、負(fù)穩(wěn)壓電源向所述的各電路供電。
2.按照權(quán)利要求1所述的金剛石壓機(jī)頂錘斷裂監(jiān)控器，其特征在于它的前置放大器A1的正輸入端與超聲波換能傳感T1的輸出端相連接，前置放大器的輸出端晶體三極管V2集電極的a點(diǎn)與帶通濾波器的輸入端R11相連接，帶通濾波器的輸出端C6通過R15與中間放大器A2的正輸入端相連接，中間放大器A2的輸出端與包絡(luò)線檢波器輸入端晶體二極管VD1正端相連接，包絡(luò)線檢波器的A3輸出端與判別電平比較器輸入端的晶體二極管VD2的負(fù)端相連接，判別電平比較器的輸出端接AN口，從超聲波換能傳感器起到判別電平比較器的輸出端止一共有六個(gè)電路完全相同各自獨(dú)立的六路通道，每個(gè)通道監(jiān)視一個(gè)頂錘，判別電平比較器的輸出接口分別為AN1-AN6。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種金剛石壓機(jī)頂錘斷裂監(jiān)控器，它是在壓機(jī)的合成腔體外六個(gè)加壓頂錘的各墊塊上設(shè)一空腔安裝體，腔內(nèi)裝超聲波換能傳感器，將檢測到的斷裂信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)放大、濾波、檢波、比較、信號處理后聲光報(bào)警指示故障方位并自控停機(jī)。該監(jiān)控器采用超聲波探測與電子技術(shù)相結(jié)合，對壓機(jī)頂錘工況進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控，解決了生產(chǎn)過程中憑人的聽覺判斷故障的落后狀況，能消除事故隱患防止頂錘爆炸、保證安全，提高生產(chǎn)效率，降低維修費(fèi)用，非常適合人造金剛石生產(chǎn)行業(yè)使用。
文檔編號G01N29/04GK2243081SQ9521119
公開日1996年12月18日 申請日期1995年5月19日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月19日
發(fā)明者王林, 顧茂林 申請人:王林