一种近红外线非接触式原奶流量计的制作方法

1.本实用新型涉及原奶流量计量设备领域，具体的说是一种近红外线非接触式原奶流量计。


背景技术：

2.牛奶流量计是奶厅的计量设备，在奶厅众多设备中必不可少。目前市场占有量最大的传统容积式流量计，结构复杂并且为纯机械式，由上下盖及密封圈、主壳体、导气管密封圈、开杯密封圈、真空腔压盖、弹簧盖等十余种配件装配组成，使用中经常出现无法开杯、密封性不好、清洗不干净、维护成本高等问题。近几年出现了通过红外线收发计量牛奶流量的红外流量计，红外流量计结构简单，安装方便，奶流流经管道即可进行计量，仅在工作区管道增加检测电路后密封，可以做到很小的体积，内部无清洗死角、无活动部件、免维护、使用寿命长、奶质更卫生等优势，是未来奶厅计量设备的发展方向，有替代传统计量的趋势。


技术实现要素：

3.为解决上述存在的技术问题，本实用新型提供了一种近红外线非接触式原奶流量计，结构简单，清洗方便，防水等级高，抗干扰性强，计量精度高，设备运行稳定。
4.为达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：
5.一种近红外光线非接触式原奶流量计，包含有顺次连接的上端盖、红外发射电路板、计量检测部、红外接收电路板和下端盖，所述计量检测部内设置主控芯片mcu、温度采集及加热控制模块、信号处理模块、显示及存储模块、通讯及调试接口模块和电源模块，所述红外发射电路板上设置红外发射器，所述红外接收电路板上设置红外接收器，所述温度采集及加热控制模块、显示及存储模块、通讯及调试接口模块分别与主控芯片mcu信号连接，所述主控芯片mcu与红外发射器信号连接，所述红外接收器接收到红外发射器的信号后通过信号处理模块与主控芯片mcu信号连接，所述电源模块为整个装置供电，所述上端盖上设置数码显示屏，与显示及存储模块连接用以显示相关信息，所述计量检测部内设置介质流通管道，其两端介质入口和介质出口用以接入原奶流通管道进行计量检测，所述红外发射电路板上的红外发射器和红外接收电路板上的红外接收器共设置为5组，其中两组对应设置于介质流通管道的上部，两组对应设置于介质流通管道的下部，第5组采用直接对射方式，作为其他4组的补偿。
6.所述主控芯片mcu由stm32f103rbt6处理芯片和外围电路组成。
7.所述温度采集及加热控制模块采用高精度温度采集传感器lmt89dckt，控制加热电路将设备温度稳定在与奶牛体温接近的40℃。
8.所述信号处理模块采用低功耗精密运放lmc6036。
9.所述红外发射电路板的红外发射器采用发射波长为940nm，发射角度为
±
60
°
的发射器，所述红外接收电路板的红外接收器采用贴片式封装的bpw34s。
10.所述显示及存储模块采用数码管显示，数码管驱动芯片采用aip1642，存储器采用
at24c16m/tr存储流量计校准参数。
11.所述电源模块采用线性稳压电源芯片对5v的输入电压进一步转换为更稳定的3.3v，对于加热电路采用24v供电，对于pwm驱动信号通过高速光耦实现5v与24v电源的隔离。
12.所述计量检测部与红外接收电路板之间设置密封胶垫。
13.本实用新型结构简单，占空小，安装密封性好，具有工业环境应用能力，防水等级高达ip67，防止奶厅设备清洗时进水引起设备异常；原奶计量流经的管道内腔光滑无变径，以保证清洗效果及原奶的持续顺畅流动；红外接收器设置5组，计量原理抗干扰性更强，极大提高了流速测量的准确性和灵敏度，计量精度达到
±
3%，连续运行可靠稳定；具有参数查询、配置和存储功能，并且支持校准，保证测量的准确性和高精度。
附图说明
14.图1为本实用新型结构示意图；
15.图2为本实用新型原理示意图；
16.图3为本实用新型安装示意图。
具体实施方式
17.下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述：
18.如图1所示，该近红外光线非接触式原奶流量计，包含有顺次连接的上端盖1、红外发射电路板2、计量检测部3、红外接收电路板4和下端盖5，所述计量检测部3内设置主控芯片mcu31、温度采集及加热控制模块32、信号处理模块33、显示及存储模块34、通讯及调试接口模块35和电源模块36，所述红外发射电路板2上设置红外发射器，所述红外接收电路板4上设置红外接收器，所述温度采集及加热控制模块32、显示及存储模块34、通讯及调试接口模块35分别与主控芯片mcu31信号连接，所述主控芯片mcu31与红外发射器信号连接，所述红外接收器接收到红外发射器的信号后通过信号处理模块33与主控芯片mcu31信号连接，所述电源模块36为整个装置供电，所述上端盖1上设置数码显示屏，与显示及存储模块34连接用以显示相关信息，所述计量检测部3内设置介质流通管道37，其两端介质入口和介质出口用以接入原奶流通管道进行计量检测，所述红外发射电路板2上的红外发射器和红外接收电路板4上的红外接收器共设置为5组，其中两组对应设置于介质流通管道37的上部，两组对应设置于介质流通管道37的下部，第5组采用直接对射方式，作为其他4组的补偿。
19.作为优选的方式，所述主控芯片mcu31由stm32f103rbt6处理芯片和外围电路组成。
20.作为优选的方式，所述温度采集及加热控制模块32采用高精度温度采集传感器lmt89dckt，实时检测温度变化，控制加热电路的驱动pwm占空比，从而将设备温度稳定在与奶牛体温接近的40℃的稳定范围内，降低电子元件由于温漂缠绳的参数不稳定性。
21.作为优选的方式，所述信号处理模块33采用低功耗精密运放lmc6036，每个芯片具有四组放大器。
22.作为优选的方式，所述红外发射电路板2的红外发射器采用发射波长为940nm，发射角度为
±
60
°
的发射器，为使批量生产时的产品一致性更好，红外发射器的红外光强度可
以通过限流电阻进行微调，消除由于元件焊接、生产装配工艺造成的误差；所述红外接收电路板4的红外接收器采用贴片式封装的bpw34s，经过回流焊接后，相对于电路板表面更加平整规范，降低光信号的接收偏差。
23.作为优选的方式，所述显示及存储模块34采用数码管显示，数码管驱动芯片采用aip1642，存储器采用at24c16m/tr存储流量计校准参数。本实施例中采用3位七段数码管显示瞬时流量、产量、报警信号等信息。
24.作为优选的方式，所述电源模块36采用线性稳压电源芯片对5v的输入电压进一步转换为更稳定的3.3v，对于加热电路采用24v供电，对于pwm驱动信号通过高速光耦实现5v与24v电源的隔离。
25.作为优选的方式，所述计量检测部3与红外接收电路板4之间设置密封胶垫6。
26.本实用新型中，所述红外发射板2上的红外发射器和红外接收板4上的红外接收器共设置5组，形成5路信号通道，其中2组设置于计量介质计量通道上部，2组设置于介质计量通道下部，双组收发器可以增加红外光线对管道中奶液的覆盖面，计量更加精确，第5组采用直接对射方式，作为其他4组的补偿，不参与计量检测，用来抑制温漂和外部干扰。通过检测奶刘分别经过上部收发器和下部收发器的时间差值来计算流动速度，主控芯片mcu31处理来自红外接收板4的接收信号，采样后转换为奶液厚度，通过奶液流动速度与厚度的计算，换算得到精确的奶产量，再通过通讯接口与挤奶控制器连接，实时上传奶流量等信息，在挤奶控制器端实现准确的脱杯，自动脱杯准确率达到90%，并通过显示屏显示产量、报警等信息。
27.由于奶牛、奶羊等动物的产奶奶质会随牧场季节、地域、饲喂等环境发生变化，使得所检测的介质（原奶）对红外光线的吸收率不稳定，导致计算结果产生较大误差。针对这个问题，本实用新型设计了安装标准，制定了对所测原奶吸收率实时调整的方法，用来降低计量误差。其原理是采集单位时间内通过流量计计量区管道的奶液的最大吸收率当作满管值，此满管值反映出吸收率的变化，并可作为最终产奶量的转换系数，检测满管值的时间设定经过牧场实际验证，设定为10秒最佳准确，此方法必须在标准安装方式下使用，具体安装方式如图3所示。图3中三角符号标注的1和2是连接到挤奶杯组，此段管路安装可以垂直也可以水平，根据现场需要选择一种即可，该奶管标注数据适用于流速大于5kg/min，可直接应用到奶牛产奶计量；若应用于产奶量低的奶山羊挤奶计量，则需要将流量计入口下部弯折奶管长度45cm适当延长，当奶液在此弯折处不断堆积，达到足够多时，在真空负压下，一股奶液瞬间从流量计入口处流过，在设定时间内测得多股奶液的最大吸收率，近似与满管值相等。
28.为保证良好的计量效果，进行本实用新型的安装工作时，应尽量满足一下条件：
29.1、各尺寸误差范围应控制在
±
1cm以内；
30.2、同一牧场的所有流量计设备的安装必须做到统一，以提高参数一致性；
31.3、安装过程中注意保护数码管区域不能受外力挤压。
32.当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。