專利名稱：駐波振動式物位檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自動化控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及壓電元件與機(jī)械共振結(jié)構(gòu)所組成的物料定點檢測系統(tǒng)，屬于固體或液體物料過程自動化控制的配套設(shè)備?？刂齐娐份敵鲭妷盒盘枺顗弘娫?qū)動相匹配的機(jī)械元件產(chǎn)生諧振，并傳遞到檢測探頭。當(dāng)被測物料覆蓋在振動中的檢測探頭時，由于物料產(chǎn)生的阻尼作用，使其振動幅度急劇減少，通過接收器，將這種機(jī)械振動變化的信息轉(zhuǎn)化為壓電陶瓷的電容變化，而拾取振動變化信號，并傳遞給控制電路，實現(xiàn)對物料位置的測量和控制。適用于控制和檢測料倉或容器中的固體顆粒或粉末狀物料，以及料倉、容器或管道中的液體等物質(zhì)的檢測。特別適用于易形成掛料、夾料的物質(zhì)以及流動性較差的輕物質(zhì)場所的定點檢測。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代化的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常要對塑膠顆粒，煤粉，水泥，谷物，面粉等顆?；蚍勰畹墓腆w以及自來水，工業(yè)廢水，化工溶液等液體進(jìn)行控制，往往需要檢測出它們的準(zhǔn)確位置?？梢岳脗鞲衅魈筋^產(chǎn)生振動進(jìn)行檢測，當(dāng)物料覆蓋在探頭上產(chǎn)生阻尼，使振動的幅度急劇減少，傳感器中的接收壓電元件將這種幅度變化轉(zhuǎn)化為電信號輸出值的變化， 以檢測物料的有無?，F(xiàn)有檢測物料的一種壓電陶瓷振動檢測裝置，如圖7所示。采用共振管18內(nèi)含振動棒15的結(jié)構(gòu)，在壓電陶瓷片16的激勵下使振動棒15產(chǎn)生強迫振動，并將振動傳遞到共振管18，在諧振的條件下，共振管18產(chǎn)生振動；當(dāng)共振管18受到物料的阻尼時負(fù)載變大， 與內(nèi)部的共振棒15無法產(chǎn)生諧振，故振動停止，共振棒15上的壓電陶瓷片17檢測到該變化，轉(zhuǎn)化為控制電路的輸出，作為物料有無的檢測。該類檢測裝置存在如下缺陷第一，壓電陶瓷位于檢測裝置的前端，檢測物料時，該部分伸進(jìn)料倉，物料的劇烈沖擊經(jīng)過共振管18直接傳遞給振動棒15的壓電陶瓷16，17，能導(dǎo)致壓電陶瓷16，17的破裂，使物位檢測裝置發(fā)生故障；同時檢測裝置的壓電陶瓷部分在料倉中，直接受料倉溫度的影響，只能應(yīng)用于一般溫度環(huán)境，對較高溫度環(huán)境不能適用；第二，檢測裝置的共振管18在物料下落方向同物料接觸的面積大，受到的沖擊力大，檢測重物料時可能導(dǎo)致共振管18的變形或損壞，且同物料接觸的面積大易導(dǎo)致物料的堆積引起誤檢測；第三，檢測裝置的共振管18在振動方向呈圓弧形，故物料對共振管18的阻尼較小。該檢測裝置對輕密度的粉末或顆粒狀固體物料和一般的液體物料檢測困難；第四，壓電陶瓷的引線較長，在共振管內(nèi)不能定位，引線易與振動棒或共振管接觸而造成阻尼，在沒有物料接觸的情況下產(chǎn)生誤檢測或報警。第五，檢測裝置的共振管18為薄壁結(jié)構(gòu)，使用者不小心用力過大碰到共振管18或被過重的物料壓到時，容易使共振管18產(chǎn)生變形而同共振棒15接觸造成裝置檢測功能的喪失；

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有的物位檢測裝置的缺陷，本發(fā)明提供一種抗沖擊、適用范圍寬、不易掛料、靈敏度好、振動效率高、結(jié)構(gòu)堅固的駐波振動式物位檢測裝置。本發(fā)明為解決所述技術(shù)問題而采用的技術(shù)方案是駐波振動式物位檢測裝置，包括一個駐波振動桿，支撐振動桿的第一彈性盤和第二彈性盤，連接第一彈性盤和第二彈性盤的固定殼。駐波振動桿被兩個彈性盤分隔為設(shè)置有驅(qū)動器和接收器的起振段，設(shè)置有消振器的放大段，與被檢物料接觸的檢測段。起振段置于檢測裝置的安裝座(11)的空腔內(nèi)。驅(qū)動器被電壓激勵時產(chǎn)生的微弱振動，驅(qū)動起振段起始振動，振動桿諧振時，放大段反向彎曲，檢測段獲得同向振幅的放大。當(dāng)檢測段被物料阻尼時，接收器拾取振動快速衰減的信息。檢測段的主體為刀狀振體，其所在平面的法線與振動方向一致。驅(qū)動器為固定在起振段，將激發(fā)電壓轉(zhuǎn)換成振動的壓電陶瓷片；接收器為固定在起振段，將振動轉(zhuǎn)換成電信號的壓電陶瓷片。壓電陶瓷片粘貼在起振段的中部，平行于振動桿的軸線，并與刀狀振體的平面平行。起振段設(shè)置有調(diào)節(jié)振動桿駐波節(jié)點位置的螺旋重塊。消振器與振動桿固定連接， 其軸向?qū)ΨQ面和放大段的軸向?qū)ΨQ面重合。驅(qū)動器中心到第一彈性盤的距離、放大段長度、檢測段長度的比例為1 3 3。 第一彈性盤和第二彈性盤為其主平面與振動桿軸線垂直的薄壁件，其與振動桿連接的內(nèi)孔向外翻邊，翻邊與振動桿的夾角為15 30度。與現(xiàn)有技術(shù)的振動式物位檢測裝置相比較，采用本發(fā)明駐波振動式物位檢測裝置技術(shù)方案的優(yōu)點是1.驅(qū)動器2和接收器10位于振動桿1的起振段。檢測裝置安裝在料倉時，起振段在料倉外部。物料沖擊不會對壓電陶瓷片造成劇烈影響；同時壓電陶瓷不受料倉溫度的直接影響，能在較高溫度環(huán)境中適用，適用的溫度范圍較寬。2.刀狀振體9阻礙下落物料的面積小，物料流動順暢，不易掛料；刀狀振體的結(jié)構(gòu)特征，增強了檢測段抵抗垂直下落的物料沖擊的能力。3.刀狀振體9的側(cè)面的面積大，且為平面，覆蓋的物料對平面振動產(chǎn)生的阻尼較大，適用于液體物料、輕密度顆?；蚍勰┕腆w物料的檢測。4.壓電陶瓷的引線較短，不會同振動桿接觸產(chǎn)生阻尼，而引起檢測裝置的錯誤檢測或報警。5.兩個彈性盤3，4分別支撐在駐波振動桿1的振幅最小的節(jié)點上，由于節(jié)點振幅基本為零，從而起到振動的隔離作用。振動能量傳播不出去，裝置的振動能量損失很少，故振動效率高。同時也避免了來自料倉的對振動桿1的干擾，使檢測裝置的檢測可靠。6.驅(qū)動器2在起振段產(chǎn)生的微弱振動，通過放大段反向彎曲，而獲得檢測段的振幅放大，對物料的探測具有更高靈敏度，更適應(yīng)流動性較差的輕物質(zhì)場所。7.刀狀振體9的刀刃截面形式，通過自身的振動可以有效的去除附著在表面的物料，能正確檢測而不產(chǎn)生誤報警。


圖1為本發(fā)明三段振動式物位檢測裝置的外觀示意圖；圖2為本發(fā)明三段振動式物位檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實施例刀狀振體9的橫截面放大視圖；圖4為圖2的局部放大圖；圖5為本發(fā)明一種實施例的立體圖1 ；圖6為本發(fā)明一種實施例的立體圖2 ；圖7為一種現(xiàn)有技術(shù)的檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理。三段振動式物位檢測裝置的實施例，如圖1、圖2所示，有一個安裝座11，檢測裝置通過安裝座11上的螺紋部位實現(xiàn)與現(xiàn)場料倉連接；一個與安裝座11同軸連接的固定殼6 ； 一個與固定殼6同軸的駐波振動桿1 ；振動桿1通過支撐在其駐波節(jié)點的第一彈性盤3和第二彈性盤4與固定殼6連接。兩個彈性盤將駐波振動桿1依次分割為設(shè)置有驅(qū)動器2和接收器10的起振段， 帶有消振器5的振動放大段，與被檢物料接觸的主體為對稱雙刃式刀狀振體9的檢測段。兩個圓形壓電陶瓷片分別貼合在起振段與駐波振動桿1的軸線平行的平面上，構(gòu)成驅(qū)動器2和接收器10。陶瓷片的平面平行于檢測段的刀狀振體9的平面。本檢測裝置的工作原理是驅(qū)動器2收到來自控制電路的音頻激勵電壓，壓電陶瓷片使其轉(zhuǎn)換成微弱的音頻振動，驅(qū)動振動桿1的起振段起始振動。當(dāng)驅(qū)動器2的振動頻率與振動桿1的固有頻率一致時諧振產(chǎn)生，兩個彈性盤之間振動桿1的放大段產(chǎn)生與起振段反向的駐波振動，振動桿1 的檢測段獲得與起振段同向的振幅的放大。由于不斷得到驅(qū)動器2的能量補償，振動保持在平衡狀態(tài)。通過改變輸出給驅(qū)動器2的電壓大小可以調(diào)節(jié)振動力的大小，從而調(diào)整刀狀振體9的振幅。當(dāng)檢測段的刀狀振體9接觸到一定量的物體或液體時，由于物料的阻尼作用平衡被打破。通過放大段的快速消振，使振動迅速衰減。這種急劇變化的信息被起振段的接收器 10所拾取，轉(zhuǎn)化為電信號，再傳輸給控制電路轉(zhuǎn)化成開關(guān)量信號輸出，作為對物料或料倉料位的控制信號。實施例的細(xì)節(jié)描述兩個彈性盤為其主平面與振動桿1軸線垂直的圓形薄壁件，如圖2、圖4所示。其與駐波振動桿1連接的內(nèi)孔向外翻邊，翻邊與振動桿1的夾角A應(yīng)在15到30度之間，而最佳角度在20到25度之間。翻邊與振動桿1的不接觸的軸向?qū)挾萒l在1到2毫米之間。固定殼6的兩端呈外臺階狀，兩個彈性盤與固定殼6的臺階連接的外圓向內(nèi)翻邊。在振動桿1起振段的左側(cè)，配置了一個可以軸向調(diào)節(jié)的螺旋重塊8。壓電陶瓷片在電場激勵的情況下，通過調(diào)節(jié)螺旋重塊8在振動桿1上的軸向位置，可使其駐波的節(jié)點軸向變化，調(diào)節(jié)到正好與彈性盤的支撐點一致，有利于駐波振動桿1的諧振。鎖緊螺母7用于鎖定螺旋重塊8，保證其穩(wěn)定性。螺旋重塊8和鎖緊螺母7的內(nèi)螺紋同起振段的驅(qū)動器2的外側(cè)的外螺紋配合，通過螺紋旋轉(zhuǎn)可調(diào)節(jié)螺旋重塊8和鎖緊螺母 7在振動桿1上的位置。螺旋重塊8在振動桿1的諧振調(diào)節(jié)完成后鎖定鎖緊螺母7，并添加適量的螺紋膠固定。駐波振動桿1的放大段裝配一個消振器5，控制振動的恢復(fù)時間。消振器5為橫置 H形的繞振動桿1軸線的旋轉(zhuǎn)體，消振器5與振動桿1固定連接，其軸向?qū)ΨQ面和放大段的軸向?qū)ΨQ面重合。該點也是放大段振幅最大的駐波的腹點。消振器5和振動桿1采用過盈配合，兩者配合尺寸較短。放大段的中段與消振器 5配合的振動桿1表面可以滾花處理，有利于連接的可靠。消振器5材料一般選用黃銅等比重較大的金屬。消振器5既可以在振動力的傳遞中起到放大振動的作用，也可以在刀狀振體9受到外界的阻尼時起到消振的作用。振動桿1優(yōu)先軸向尺寸分配，即驅(qū)動器2的壓電陶瓷片中心到第一個彈性盤3的距離、放大段長度、檢測段長度，三者的比例是1 3 3，見圖2。檢測段長度一般為90 110毫米。本實施例為L = 99士2mm。檢測段的主體為其所在的平面的法線與振動方向一致的刀狀振體9。刀狀振體9 為實心結(jié)構(gòu)，其截面的寬度T和高度H之比可選1 3 5，寬度一般為12 18毫米，厚度一般為2. 5 5.0毫米。見圖3。檢測段的尺寸一個應(yīng)用例是L為99毫米，H為15毫米，T2為4毫米。刀狀振體9的兩側(cè)面垂直于振動方向，且為平面，覆蓋物料對兩側(cè)面產(chǎn)生的阻尼較大。驅(qū)動器2和接收器10的壓電陶瓷片，固定在起振段同一平面內(nèi)，且沿著振動桿1 的軸向分布，平行于振動桿1的軸線，并平行于刀狀振體9所在的平面。接收器10位于驅(qū)動器2的右側(cè)，兩個陶瓷片圓形中心距離M與L的比例一般為1 9。該實施例M取11毫米，見圖2。壓電陶瓷片粘貼在起振段中部的平面上，采用K-9760粘合劑，粘貼結(jié)合牢固，可以承受長期的振動。驅(qū)動器2和接收器10的外表面上附著一層硅膠，將壓電陶瓷片密封。該硅膠柔軟， 對壓電元件的振動特性不造成影響。通過硅膠的密封，可以顯著提高壓電陶瓷的抗氧化，防水，防潮，防塵等能力。該壓電陶瓷密封工藝，有利于檢測裝置長期可靠的工作。驅(qū)動器2設(shè)置有輸入引線，控制電路的輸出電壓通過該輸入端激勵壓電陶瓷片振動，從而驅(qū)動振動桿1產(chǎn)生諧振。接收器10設(shè)置有輸出引線，壓電陶瓷片拾取的信號通過該輸出端傳輸給控制電路。驅(qū)動器2和接收器10的壓電陶瓷引線，通過安裝座11的軸向通孔引線引出檢測裝置，見圖2。振動桿1和彈性盤之間的連接，固定殼6和彈性盤之間的連接，均采用激光焊接或氬弧焊接。刀狀振體9與振動桿1主體之間，也是采用激光焊接或氬弧焊接的。
振動桿1、兩個彈性盤和固定殼6的材質(zhì)，均采用SUS304或SUS316不銹鋼。本檢測裝置可采用一體化環(huán)氧固封技術(shù)，對驅(qū)動信號輸入和檢測信號輸出的引線路徑進(jìn)行固封，提高環(huán)境的耐受力，性能更穩(wěn)定。在安裝殼11的六角面的兩個相對平面上設(shè)置標(biāo)識槽，如圖5、圖6所示，以標(biāo)識刀狀振體9平面方向。因刀狀振體9的兩側(cè)面和壓電陶瓷的平面平行，故將檢測裝置裝配在料倉上，通過兩個標(biāo)識槽可以指示壓電陶瓷平面方向。使驅(qū)動器2激勵振動時不克服起動段的重力做功，保持檢測裝置靈敏度的一致性。
權(quán)利要求
1.駐波振動式物位檢測裝置，其特征是所述檢測裝置包括一個駐波振動桿(1)，支撐振動桿(1)的第一彈性盤C3)和第二彈性盤，連接第一彈性盤( 和第二彈性盤的固定殼(6)；所述駐波振動桿(1)被兩個彈性盤分隔為設(shè)置有驅(qū)動器( 和接收器(10)的起振段，設(shè)置有消振器(5)的放大段，與被檢物料接觸的檢測段；所述起振段置于檢測裝置的安裝座(11)的空腔內(nèi)。驅(qū)動器( 被電壓激勵時產(chǎn)生的微弱振動，驅(qū)動起振段起始振動，振動桿(1)諧振時， 放大段反向彎曲，檢測段獲得同向振幅的放大；當(dāng)檢測段被物料阻尼時，接收器(10)拾取振動快速衰減的信息。
2.如權(quán)利要求1所述的物位檢測裝置，其特征是所述檢測段的主體為刀狀振體(9)， 其所在平面的法線與振動方向一致。
3.如權(quán)利要求2所述的物位檢測裝置，其特征是所述驅(qū)動器( 為固定在起振段，將激發(fā)電壓轉(zhuǎn)換成振動的壓電陶瓷片；所述接收器(10)為固定在起振段，將振動轉(zhuǎn)換成電信號的壓電陶瓷片。
4.如權(quán)利要求3所述的物位檢測裝置，其特征是所述壓電陶瓷片粘貼在起振段的中部，平行于振動桿(1)的軸線，并與刀狀振體(9)的平面平行。
5.如權(quán)利要求3所述的物位檢測裝置，其特征是所述起振段設(shè)置有調(diào)節(jié)振動桿(1) 駐波節(jié)點位置的螺旋重塊(8)。
6.如權(quán)利要求3所述的物位檢測裝置，其特征是所述消振器( 與振動桿(1)固定連接，其軸向?qū)ΨQ面和放大段的軸向?qū)ΨQ面重合。
7.如權(quán)利要求3所述的檢測裝置，其特征是所述驅(qū)動器( 中心到第一彈性盤(3)的距離、放大段長度、檢測段長度的比例為1 3 3。
8.如權(quán)利要求3所述的物位檢測裝置，其特征是所述第一彈性盤C3)和第二彈性盤 (4)為其主平面與振動桿(1)軸線垂直的薄壁件，其與振動桿(1)連接的內(nèi)孔向外翻邊，翻邊與振動桿(1)的夾角㈧為15 30度。
9.如權(quán)利要求8所述的物位檢測裝置，其特征是所述夾角㈧為20 25度。
10.如權(quán)利要求8所述的物位檢測裝置，其特征是所述翻邊與振動桿(1)的不接觸的軸向?qū)挾?Tl)為1 2毫米。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適用于易形成掛料、夾料的物質(zhì)以及流動性較差的輕物質(zhì)場所的駐波振動式物位檢測裝置。包括一個駐波振動桿，支撐振動桿的第一彈性盤和第二彈性盤，連接第一彈性盤和第二彈性盤的固定殼。駐波振動桿被兩個彈性盤分隔為設(shè)置有驅(qū)動器和接收器的起振段，設(shè)置有消振器的放大段，與被檢物料接觸的檢測段。驅(qū)動器驅(qū)動起振段，檢測段獲得振幅的放大。檢測段的主體為刀狀振體，當(dāng)其被物料阻尼時，接收器拾取振動快速衰減的信息。該檢測裝置的優(yōu)點是、抗沖擊、適用范圍寬、不易掛料、靈敏度好、振動效率高、結(jié)構(gòu)堅固。
文檔編號G01F23/22GK102235900SQ201010159619
公開日2011年11月9日 申請日期2010年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月23日
發(fā)明者傅宇晨, 莊紀(jì)生, 董先鋒, 袁敏勛 申請人:深圳萬訊自控股份有限公司