专利名称：用于双丝焊的交直流电流与电压信号检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种焊接电弧电信号检测装置，具体是一种用于双丝焊的交直流电流与电压信号检测装置。
背景技术：
双丝焊接技术作为一种高效的焊接方法，已在工业生产中广泛推广与应用，其过程质量监测与控制和装备技术成为现代焊接领域研究的热点。国内外还没有统一的仪器和标准，对焊接过程的稳定性、焊缝成形质量的好坏和焊接装备如弧焊电源的动特性好坏进行测试与评估，主要是由有经验的焊工经试焊后做出评价。这种方法具有很大的个人主观成分，不科学。随着焊接电弧物理、焊接过程测试技术的发展，利用电弧信号的采集与分析是实现对焊接过程质量的监测与控制成为焊接领域质量监测与控制的重要手段。在双丝焊接过程中，由于焊接过程的复杂性，电弧信号所受的电磁干扰非常严重，如何准确、快速、稳定地检测与采集到有效电弧信号成为研究的关键。目前，在焊接系统的检测与控制的研究中，系统大都通过现场总线、RS-485、 RS-232或PCI接口实现数据采集及传输，基于上述通信模式的检测与控制系统，主要针对单丝焊接系统，且在数据传输速率以及工作环境的限制下，研制的系统适用范围不够广，软硬件功能单一，系统实时性、可靠性不够高，难以在现场得到推广与应用。
发明内容
本发明为了解决上述现有技术存在的不足，提供一种用于双丝焊的交直流电流与电压信号检测装置，在充分利用、挖掘工业控制计算机高速信号采集、分析、数字化控制手段的基础上，解决目前双丝焊接电弧信号检测方面的技术问题。本发明的用于双丝焊的交直流电流与电压信号检测装置，包括集成传感单元、信号处理单元、数据采集单元和计算机单元；集成传感单元的第一和第二输入端分别与第一和第二弧焊电源的输出正负极相连接，第一和第二弧焊电源的正极输出电缆穿过集成传感单元的箱体对应地与内置于集成传感单元的第一和第二电流传感器、第一和第二电压传感器相连接，集成传感单元的输出端与信号处理单元的输入端相连接，信号处理单元的输出端与数据采集单元的输入端相连接，数据采集单元的输出端与计算机单元相连接。所述集成传感单元集两个交直流电流传感器、两个电压传感器和一个直流稳压电源于所述箱体内。该箱体的前后面板上开有圆形通孔。所述两个电流传感器为霍尔型电流传感器，电压传感器为线性光电隔离电压传感
ο所述两个电流传感器的通孔分别与箱体前后面板上的圆形通孔直径一致且同轴心。所述数据采集单元与计算机单元采用网络接口相连接。
所述计算机单元包含有参数设置模块、数据采集模块、数据示波模块和数据存储模块。本发明的用于双丝焊的交直流电流与电压信号检测装置，其中集成传感单元集两个交直流电流传感器、两个电压传感器和一个直流稳压电源于其箱体内，并留有通孔及接口直接连接于两个弧焊电源的输出端，测试过程操作使用简便快捷。同时，将以太网数据传输技术应用到焊接过程的电弧电信号的检测中，充分利用以太网通信的数据传输速率高、 传输容量大、抗干扰能力强、传输距离远、易于安装使用等特点，实现了焊接过程中两电弧的电流、电压信号的高速准确记录与存储，为在双丝焊过程中对电弧信号进行进一步分析和对焊接质量进行监测提供了一套高实时性、高可靠性、低成本的软硬件平台。本发明的检测装置不仅功能强大，使用方便，而且通用性好，结构优化。
图1为本发明的用于双丝焊的交直流电流与电压信号检测装置的结构框图；图2为本发明的集成传感单元的布局示意图；图3为本发明的信号处理单元和数据采集单元的连接示意图；图4为本发明的网络接口电路图；图5为本发明的数据采集流程图。图中1-集成传感单元2-信号处理单元 3-数据采集单元 4-计算机单元Pl-第一弧焊电源 P2-第二弧焊电源 ISl-第一电流传感器 IS2-第二电流传感器RJ-以太网接口A-集成传感单元箱体 Atl-箱体下面板Vinl-集成传感单元的第一输入端Vin2-集成传感单元的第二输入端K1-集成传感单元箱体的第一通孔K2-集成传感单元箱体的第二通孔I1-第一弧焊电源的正极输出电缆I2-第二弧焊电源的正极输出电缆5-第一电压传感器6-第二电压传感器 7-直流稳压电源
具体实施例方式下面结合附图，对本发明的具体实施方式
作进一步详细的描述和说明。图1为本发明的用于双弧焊的交直流电流与电压信号检测装置的结构框图。该检测装置包括集成传感单元1、信号处理单元2、数据采集单元3以及计算机单元4。第一弧焊电源P1*第二弧焊电源&用于分别向双焊丝提供电源。其中，集成传感单元1的第一和第二输入端Vinl、Vin2对应地分别与第一弧焊电源P1和第二弧焊电源P2的正负极输出端口相连接，从而实现对两个弧焊电源的输出电压的测量。第一弧焊电源P1的正极输出电缆Ip 第二弧焊电源P2的正极输出电缆I2分别穿过集成传感单元箱体A的第一通孔K1、第二通孔 K2,并分别插入第一电流传感器ISl、第二电流传感器IS2的输入孔，从而实现对两个弧焊电源的输出电流的测量。集成传感单元的输出端口(包括两路电流信号输出接口和两路电压信号输出接口)，分别与信号处理单元2的输入端端口相连接，将测量到的两路电流信号和两路电压信号传输至信号处理单元2，信号处理单元2的输出端与数据采集单元3的输入端相连接， 数据采集单元3主要实现两路电流信号和两路电压信号的模数转换，数据采集单元3的输出端与计算机单元4通过以太网接口 RJ相连接，以太网接口 RJ的电路采用以太网控制器 DM9000AEP为核心器件，将数据采集单元3传送过来的数据按TCP/IP协议打包并通过以太网传送给计算机单元4的计算机进行记录与存储，计算机单元4设置有参数设置、数据采集、数据示波以及数据存储等模块。图2为本发明的集成传感单元1的布局示意图，示出了各个元器件的安装位置，其中AO为其用于安装传感器的箱体下面板。如图所示，ISl和IS2分别为第一和第二电流传感器，5和6分别为第一和第二电压传感器，7为直流稳压电源，这些元器件通过螺栓安装在箱体下面板Atl上。两个电流传感器ISl和IS2的通孔分别与箱体前后面板上所开圆形通孔的直径一致且及同轴心。测量时，参见图1，第一弧焊电源P1和第二弧焊电源P2的正极输出电缆I1U2分别穿过集成传感单元箱体A的第一和第二通孔K1I2,第一弧焊电源P1和第二弧焊电源P2的正负极输出端口分别与集成传感单元的第一和第二输入端Vinl、Vin2相连接。第一和第二电流传感器ISl和IS2的量程为1500A，供电电压士 12V，可实现交、直流电流测量；第一和第二电压传感器5和6为线性光电隔离电压传感器，量程为500V，供电电压士 12V，可实现交、直流电压测量。图3为本发明的信号处理单元2与数据采集单元3的连接示意图。信号处理单元 2主要对两路电流信号和两路电压信号进行滤波和放大处理，信号处理单元2的输出端与数据采集单元3的输入端相连接。数据采集单元3主要实现两路电流信号和两路电压信号的模数A/D转换，数据采集单元3具有四路独立的16位采样保持功能的A/D转换器，最大采样频率200K，经A/D转换后的数据按照FPGA分配的地址存入存储单元，FPGA作为数据采集单元的逻辑控制核心器件，负责地址总线和数据总线的切换，A/D转换的启动，将转换结果写入存储器，以及在转换完成后产生中断请求由ARM读取存储器中的数据进行处理，ARM 为32位微控制器LPC2119，作为数据采集单元的核心，负责程序调用和数据处理。 图4为本发明的网络接口电路图，由以太网控制器DM9000AEP以及RJ45接口组成。DM9000AEP是DAVIC0M公司设计的一款完全集成和符合成本效益的单芯片快速以太网MAC控制器，具有通用处理器接口，低功耗和高处理性能，外围电路的设计非常简单。 DM9000AEP符合Khernet标准，支持IEEE802. 3全双工流量控制模式和半双工CSMA/⑶流量控制模式；集成10/100MbpS自适应全双工数据收发器；内置16KB的SRAM，其中13KB用作接收缓冲区，3KB用作发送缓冲区；支持8/16位数据总线，中断申请以及I/O基地址选择， 对内部寄存器的操作简单。以太网接口采用集成网络变压器的RJ45连接器，通过双绞线连接到计算机单元，实现数据采集单元3与计算机单元4的数据传输。
图5为本发明的数据采集流程图。在给系统上电后，打开计算机单元4中用于数据采集的软件系统，设置好采集频率、采集通道以及采集时间，硬件系统初始化完毕后一直处于等待状态；当接收到来自所述数据采集软件系统发送的采集开始指令时，启动数据采集单元3进行数据采集与存储，然后由以太网接口 RJ的以太网控制器DM9000AEP对数据采集单元3采集的数据进行打包和发送。计算机单元4通过以太网接口 RJ接收来自数据采集单元3的数据后，首先对其进行解包处理，然后由数据采集软件系统读取接收到的两路电流和电压信号，并通过软件进行示波和存储。
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本发明将两个交直流电流传感器、两个交直流电压传感器和一个直流稳压电源集成在一个箱体内，并留有通孔及接口直接连接到弧焊电源的输出端，测试过程操作使用简便快捷。同时，将以太网数据传输技术应用到焊接过程的电弧电信号的检测中，充分利用以太网通信的数据传输速率高，传输容量大，抗干扰能力强，传输距离远，在计算机编写了数据采集的软件系统，实现了焊接过程两电弧电流、电压信号的高速准确记录与存储。该检测装置具有抗干扰能力强、结构简单、成本低、安装操作方便等特点，为进一步分析双丝焊过程电弧信号和监测焊接质量提供了一套高实时性、高可靠性、低成本的软硬件平台。
权利要求
1.一种用于双丝焊的交直流电流与电压信号检测装置，包括集成传感单元(1)、信号处理单元( 、数据采集单元C3)和计算机单元，其特征在于所述集成传感单元(1)的第一和第二输入端(Vinl、Vin2)分别与第一和第二弧焊电源(P1、P2)的输出正负极相连接， 所述第一和第二弧焊电源(P1、P2)的正极输出电缆(Ipl2)穿过集成传感单元(1)的箱体 (A)对应地与内置于集成传感单元(1)的第一和第二电流传感器(IS1、IS2)、第一和第二电压传感器(5、6)相连接，所述集成传感单元(1)的输出端与所述信号处理单元O)的输入端相连接，所述信号处理单元( 的输出端与所述数据采集单元C3)的输入端相连接，所述数据采集单元(3)的输出端与所述计算机单元(4)相连接。
2.根据权利要求1所述的用于双丝焊的交直流电流与电压信号检测装置，其特征在于所述集成传感单元(1)集所述两个电流传感器(IS1、IS2)、所述两个电压传感器(5、6) 和一个直流稳压电源于所述箱体(A)内。
3.根据权利要求2所述的用于双丝焊的交直流电流与电压信号检测装置，其特征在于所述两个电流传感器(IS1、IS》为霍尔型交直流电流传感器，所述两个电压传感器(5、 6)为线性光电隔离电压传感器。
4.根据权利要求1-3任一项所述的用于双丝焊的交直流电流与电压信号检测装置，其特征在于所述数据采集单元C3)与所述计算机单元(4)采用以太网接口(RJ)相连接。
5.根据权利要求4所述的用于双丝焊的交直流电流与电压信号检测装置，其特征在于所述计算机单元(4)包含参数设置模块、数据采集模块、数据示波模块和数据存储模块。
6.根据权利要求5所述的用于双丝焊的交直流电流与电压信号检测装置，其特征在于所述箱体(A)的前后面板上分别开有两个圆形通孔(KpK2)15
7.根据权利要求6所述的用于双丝焊的交直流电流与电压信号检测装置，其特征在于所述两个电流传感器(IS1、IS2)的通孔分别与所述箱体(A)前后面板上所开的所述圆形通孔(KpK2)直径一致且同轴心。
全文摘要
一种用于双丝焊的交直流电流与电压信号检测装置，包括依次连接的集成传感单元(1)、信号处理单元(2)、数据采集单元(3)和计算机单元(4)。集成传感单元的箱体(A)内集成有两个电流传感器(IS1、IS2)、两个电压传感器(5、6)和一个直流稳压电源。集成传感单元的输入端(Vin1、Vin2)分别与第一和第二弧焊电源(P1、P2)的输出正负极连接，第一和第二弧焊电源的正极输出电缆(l1、l2)穿过集成传感单元箱体对应地与第一和第二电流传感器、第一和第二电压传感器连接。该检测装置可以实现对双丝焊接过程两台弧焊电源输出的焊接电流、电压进行实时采集、显示与保存，以便利用采集到的焊接电流、电压数据对焊接质量及设备运行状态进行监测。其系统工作性能稳定，可靠性高，适用于各种双丝焊接场合。
文档编号B23K9/10GK102528224SQ20111042582
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月19日 优先权日2011年12月19日
发明者伍济钢, 何宽芳, 李学军, 沈意平, 肖冬明, 陈俊, 陈立锋, 黎祺 申请人:湖南科技大学