专利名称：弧焊熔滴过渡检测弧光传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种传感器，特别是一种弧焊熔滴过渡检测弧光传感器。
在熔化极气体保护焊过程中，熔滴过渡是一个影响过程稳定性及最终焊接质量的重要因素。为获得稳定的熔滴过渡，需要准确地检测熔滴过渡过程。大量研究表明，通过检测焊接过程中的弧光信号，可以可靠地检测熔滴过渡过程。由于过渡过程是一个变化速度较高的动态过程，已有的弧光传感器主要使用两种响应速度高的光电元件光电倍增管和半导体光电管。
光电倍增管灵敏度高、检测范围广，在检测GMAW的熔滴过渡时取得了较好的结果。在钢的脉冲熔化极气体保护焊中，当熔滴脱落时，弧光辐射信号中出现一个明显的下塌特征，同样的现象也存在于铝合金的脉冲熔化极气体保护焊过程中。
目前使用的半导体光电管为光电二极管和晶体管。这种传感技术可以满足在一定动态变化范围内检测弧光变化和辐射变化的需要，并已在熔滴过渡测量过程中得到应用。
光电倍增管具有灵敏度高、检测范围广的优点，在检测GMAW过程中的熔滴过渡时也取得了较好的结果。但光电倍增管存在较多局限。主要问题在于光电倍增管需要1000伏左右的高压、体积较大且易碎，使用不便。另外，光电倍增管易受电磁干扰，成本相对较高，实用性差。
采用半导体光电管做弧光传感器的光敏元件可以克服以上这些问题，因此成为目前实际使用的主要器件。从完善的传感技术的角度来讲，这种传感方法还存在较多的问题，比较突出的是这种方法能正常接收的弧光强度的动态变化范围较小。在使用过程中要不断根据光强的变化调整减光深度。另外，由于电弧弧光的强度远远超出了半导体光电管的接收范围，需采取较深的减光措施，而且减光的深度很难连续、实时调整。这给传感器的制造和使用带来了麻烦。此外，现有的弧光传感器还停留在实验室阶段，体积庞大，缺乏克服实际焊接恶劣条件的手段。
本实用新型的目的是提供一种性能可靠、使用方便、成本低、易维护新型的弧焊熔滴过渡检测弧光传感器。
本实用新型的目的是通过以下结构实现的本实用新型为一种弧焊熔滴过渡检测弧光传感器此新型传感器，包括传感探头、传输线及自动控制电路，从光电三极管的基极引出控制线到灵敏度自动控制电路，后续晶体管的基极与光电三极管的发射极连接，连接后的引线与自动控制电路的输出端连接，然后再与后续晶体管的发射极连接构成闭和回路，输出电路与接收电路或计算机连接。以解决电弧焊弧光传感研究及实验应用的需要。
本实用新型的突出特点是采用光电三极管代替光电晶体管并附加了新颖的灵敏度自动控制线路，根据光电三极管的工作原理可知，光电三极管的工作有两个过程一是光电转换，二是光电流放大。光电流转换过程是在集-基结区内进行，光激发电子-空穴对，其电子流向集电区被集电极所收集，空穴流向基区作为基极电流被晶体管放大，集-基结产生的光电流被晶体管5放大β倍，集电极输出电流IC＝IΦβ＝S1βE (1)其中，S1为集-基结光电流灵敏度S1为晶体管的放大倍数，E为入射照度。
自动灵敏度控制电路的原理在于随入射度的变化，能适当地改变灵敏度，从而提高可接收照度的动态变化范围。如图2所示，如果在光电三极管的基极接一旁路，此旁路将对集-基结区产生的光电流进行分流为Ibp，则根据式(1)可知IC＝(IΦ-Ibp)β (2)在设计此电路的过程中，将使Ibp同IΦ建立联系，Ibp＝KbIΦ，Kb为关系系数并可按不同要求设计成常量或者变量，则式(2)可表示为Ic＝(IΦ-KbIΦ)β
由式(3)可见，增加控制回路后光电三极管的灵敏度发生了变化，S1＜S1，改变后的灵敏度小于原来的灵敏度，并且可以通过控制回路进行控制。这为设计和使用弧光传感器带来许多方便。
利用这种控制回路可以明显地提高接收弧光强动态变化的范围，通过选取适当控制参数降低光电三极管的灵敏度，可使其直接接收强烈弧光并具有较大的动态响应范围，且减光深度可以连续调节。这种减光方式属于中性减光，不会与安装滤片产生冲突。另外这种控制电路可方便地控制光电三极管的工作状态，有利于计算机控制或与其它参数的改变(如焊接电流)同步调节。基于这种原理，设计了一系列实用型弧光传感器，以满足各种不同的使用要求。如图所示系统中，灵敏度自动调整由晶体管完成，电位器用来设定整个传感器的工作状态。信号输出到后续接收电路或计算机。在系统中，自动灵敏度控制由控制器控制的晶体管实现。控制器同时控制焊机的输出电流，这样可实现根据焊接电流同步调整传感器的灵敏度，可进一步提高传感信号的质量。
在电弧焊的传感过程中存在多种干扰。弧光传感器要在焊接过程中取得理想的效果，必须应具有以下一些性能1、具有足够反映电弧行为的谱段灵敏度。
2、体积小，结构坚固，成本低，易维护。
3、抗电磁干扰能力强，不受焊接烟尘的影响。
4、具有较宽的光强检测动态变化范围。
5、应用范围广。
经过长时间的使用证明，此实用化传感器性能可靠、使用方便、成本低、易维护。通过所使用的自动灵敏度调整电路，不需使用额外的减光或调整装置就可以在整个工作范围内可靠地使用。通过结构设计及喷气保护，使传感器具有很强的抵抗焊接恶劣操作环境的能力。利用此传感器可以替代以往的光电倍增管、光电晶体管传感器，可靠地传感焊接过程中各种熔滴过渡形式，对于短路过渡形式的弧光波形，其周期性的弧光熄灭过程对应着熔滴同熔池的搭接。对于富氩气体保护下的大滴过渡和射滴过渡，弧光辐射强度信号中出现明显的周期性的强度变化。在每一个周期内，弧光强度信号首先增加，然后急剧降低。随着金属熔滴过渡率的增加，这种周期变化的频率也在提高。对于富氩气体保护下的钢脉冲熔化极气体保护焊和纯氩保护下铝的脉冲熔化极气体保护焊过程中这种现象也同样存在。
以往采用光电倍增管和光电晶体管所获得的信号，同它们相比，利用本弧光传感器所获得的信号的质量较高。
图1为本实用新型电路原理图图2为光电管电路原理图图3为实施例1的电路原理图图4为实施例2的电路原理图图5为传感器探头结构装配图
以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步详述。
实施例1如
图1所示的本实用新型为一种弧焊熔滴过渡检测弧光传感器此新型传感器，包括传感探头1、传输线2及自动控制电路3，从光电三极管的基极6引出控制线到灵敏度自动控制电路3，后续晶体管的基极与光电三极管的发射极连接，连接后的引线与自动控制电路的输出端连接，然后再与后续晶体管的发射极连接构成闭和回路，输出电路4与接收电路或计算机连接。如图5所示，探头1由内层壳体16、外层壳体18、前端盖15、后端盖20及光敏元件固定环19组成，外层壳体18内套装着内层壳体16、前端盖15和内层壳体16之间固定保护玻璃，气流传感器后端位于探头内层壳体上的通气孔17内，光敏元件固定于孔22处，固定环19依靠端面26固定光敏元件，后端盖20依靠其端面29定位固定环19，内外壳体依靠轴肩23相互定位，整个传感器探头的直径为15mm，探头和后部控制接收电路依靠屏蔽线连接，使用电流传输方式，弧光传感的特点决定了这种传感器探头距电弧较近，为防止焊接烟尘及高温辐射对探头的影响，传感探头在结构上设置了喷气保护功能，气体来源于焊枪内的保护气，气流量很小，所以对电弧没有不良影响。所述的自动控制电路3为灵敏度自动调整由晶体管12完成，晶体管12的基极与电位器11的输入端连接，电位器11的输出端与晶体管12的集电极连接，连接后的引线与电位器10、光电三极管的基极6连接。
图3和图4就是两种较为典型的实用系统。在图3所示中，灵敏度自动调整由晶体管12完成，从光电三极管的基极6引出控制线到灵敏度自动控制电路3，光电三极管产生的光电流有一部分通过控制电路旁路。控制电路3根据当前弧光强度自动调节旁路光流的大小，从而改变了光电三极管的灵敏度。电位器10和11用来设定整个传感器的工作状态。光电三极管的输出通过后续晶体管的放大后从4输出到接收电路或计算机。
实施例2如图4所示，所述的自动控制电路3为晶体管12的基极与控制器的输入端连接，晶体管12的集电极与光电三极管的基极6连接，控制器的输出端与焊机的输出端电连接。
在图4所示中，自动灵敏度控制由控制器13控制的晶体管12实现。由于不同的焊接电流对应不同的弧光强度，电流越大，弧光强度越大。控制器13通过控制晶体管12基极上的电压，可以控制晶体管12从光电三极管5旁路光电电流的大小，从而控制光电三极管的灵敏度。控制器13同时控制焊机14的输出电流，这样可实现根据焊接电流同步调整传感器的灵敏度，可进一步提高传感信号的质量。本实施例的其它结构与实施例1相同，这里不再重述。
权利要求1.一种弧焊熔滴过渡检测弧光传感器此新型传感器，包括传感探头(1)、传输线(2)及自动控制电路(3)，其特征是从光电三极管(5)的基极(6)引出控制线到灵敏度自动控制电路(3)，后续晶体管的基极与光电三极管(5)的发射极连接，连接后的引线与自动控制电路(3)的输出端连接，然后再与后续晶体管的发射极连接构成闭和回路，输出电路(4)与接收电路或计算机连接。
2.根据权利要求1所述的一种弧焊熔滴过渡检测弧光传感器此新型传感器，其特征是探头(1)由内层壳体(16)、外层壳体(18)、前端盖(15)、后端盖(20)及光敏元件固定环(19)组成，外层壳体(18)内套装着内层壳体(16)、前端盖(15)和内层壳体(16)之间固定保护玻璃，气流传感器后端位于探头内层壳体上的通气孔(17)内，光敏元件固定于孔(22)处，固定环(19)依靠端面(26)固定光敏元件，后端盖(20)依靠其端面(29)定位固定环(19)，内外壳体依靠轴肩(23)相互定位，整个传感器探头的直径为15mm，探头和后部控制接收电路依靠屏蔽线连接，使用电流传输方式。。
3.根据权利要求1或2所述的一种弧焊熔滴过渡检测弧光传感器此新型传感器，其特征是所述的自动控制电路(3)为灵敏度自动调整由晶体管(12)完成，晶体管(12)的基极与电位器(11)的输入端连接，电位器(11)的输出端与晶体管(12)的集电极连接，连接后的引线与电位器(10)、光电三极管(5)的基极(6)连接。
4.根据权利要求1或2所述的一种弧焊熔滴过渡检测弧光传感器此新型传感器，其特征是所述的自动控制电路(3)为晶体管(12)的基极与控制器的输入端连接，晶体管(12)的集电极与光电三极管(5)的基极(6)连接，控制器的输出端与焊机的输出端电连接。
专利摘要本实用新型涉及一种弧焊熔滴过渡检测弧光传感器此新型传感器,包括传感探头、传输线及自动控制电路,从光电三极管的基极引出控制线到灵敏度自动控制电路,后续晶体管的基极与光电三极管的发射极连接,连接后的引线与自动控制电路的输出端连接,然后再与后续晶体管的发射极连接构成闭合回路,输出电路与接收电路或计算机连接。本实用新型具有足够反映电弧行为的谱段灵敏度,体积小,结构坚固,成本低,易维护,抗电磁干扰能力强,不受焊接烟尘的影响,具有较宽的光强检,测动态变化范围,应用范围广。
文档编号B23K9/095GK2389746SQ9921874
公开日2000年8月2日 申请日期1999年8月6日 优先权日1999年8月6日
发明者李鹏九 申请人:李鹏九