专利名称：通过音量检测识别砂轮破碎状态的系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于砂轮回转强度检测技术，尤其涉及回转强度检测时砂轮非整体破碎情况下的破碎状态识别的系统。
背景技术：
回转强度是各种砂轮最重要的一项技术参数，它关系到砂轮使用的安全性，国内外对砂轮回转强度的检测均制定了强制性的检验标准，砂轮回转强度的检验在专用回转强度试验机上进行。按照现行国家标准GB/T2493-1995的规定，检验转速应为砂轮上所标识的最高工作速度的1.5倍(工作线速度50m/s以上)或1.6倍(工作线速度50m/s及以下)，并在达到检验转速后维持30秒。如果砂轮在标准规定的检验过程中发生破碎，则判定其回转强度不合格，反之，如果砂轮在规定的检验过程中没有发生破碎，则判定其回转强度合格。当砂轮在规定的检验过程中发生破碎，需要立即对砂轮的破碎状态进行识别。砂轮破碎状态识别技术是回转强度试验机的核心技术之一，其重要性主要体现在两点:①检测出砂轮破碎时的具体状态，如破碎时的转速或在标准规定检验转速下的维持时间；②对主轴系统进行保护。通过对回转强度试验机主轴采取制动措施、紧急刹车来减小砂轮破碎对主轴所产生的破坏作用，从而达到保护主轴系统的目的。目前国内回转强度试验机采用的砂轮破碎状态识别技术有两种。第一种是加速度法，它是利用加速度传感器来检测砂轮破碎时回转强度试验机防护腔体振动状态的瞬间变化，当防护腔体的振动状态出现一定幅度的瞬态变化时，则判定砂轮出现了破碎。这种方法要求砂轮破碎时防护腔体由于受到冲击而产生的振动必须要远远大于其本身在试验过程中的正常振动以及设备自身共振所产生的振动，也就是说在回转转速一定的情况下，砂轮碎块要有一定的质量，以产生足够的冲击能量；另一种方法是光电法，它通过利用光电传感器检测砂轮形状完整性来识别砂轮是否破碎。光电传感器中的发光二极管发出光束照在砂轮的端面上，根据光束能否反射回来去判断砂轮是否破碎。这种方法要求砂轮端面要有良好的反光性，而且砂轮的破碎必须是整体破碎。目前采用的这两种方法都有自身的局限性，比如在进行超硬材料砂轮、千叶抛光砂轮等产品的回转检验时，由于砂轮机体强度很高，一般情况下发生破碎的只是局部的工作层，而不是整体的破碎，破碎的碎块很小，对回转强度试验机防护腔体的冲击力有限，采用以上的两种方法识别砂轮的破碎状态，就不合适，误判率就非常高。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是砂轮非整体破碎情况下的破碎状态识别问题，现有的加速度识别法和光电识别法由于检测原理的局限性，不适用于此类砂轮破碎状态的识别，因此，提供一种通过音量检测识别砂轮破碎状态的系统，来提高识别的准确性。为了解决上述问题提供以下技术方案:一种通过音量检测识别砂轮破碎状态的系统，包括传感器和信号处理电路，所述的传感器主要由微音器、罩壳、内调节板、外调节板组成；所述的信号处理电路主要由钳位电路、两级反向跟随放大器、滤波电路、整流电路、比较电压设定电路、电流放大电路、耦合电路组成。传感器的作用是将回转强度试验机防护腔体产生的噪音信号转换为电压信号，再通过信号处理电路对该电压信号进行放大、整流、滤波，变换为直流信号，最后通过电流放大，变压器耦合后加载到继电器上。所述的传感器包括罩壳，罩壳内设有微音器，在微音器和罩壳之间的空隙中填装有弹性材料，罩壳后端设有内调节板、外调节板及密封圈，微音器的引出线与罩壳前端之间的间隙处加装有密封。内调节板、外调节板是一对开有四个小孔的尼龙板，内调节板、外调节板及密封圈安装在罩壳与回转强度试验机防护腔体的连接面上；传感器通过四个螺丝与回转强度试验机防护腔体进行固定。微音器为驻极体电容式微音器。传感器输出的电压信号经过电阻和电容耦合后送入运算放大器，二极管起钳位作用，用以保护微音器；两片LM741运算放大器组成两级反向跟随放大器；经过放大的信号通过运算放大器的输出端，并经过二极管整流和电容滤波后变换成电阻上的直流电平；电位器用来调节激发继电器的声频信号电平阈值。工作原理:在砂轮的回转强度检验过程中，由于主轴轴承的间隙和砂轮负载的不平衡等因素，会产生一定的噪音，我们称之为背景噪音。对于一台正常的回转强度试验机，背景噪音的强度一般在80db 120db之间，背景噪音被传感器中的微音器接受，产生电压V10当砂轮发生破碎时，砂轮的碎块冲击回转机的防护腔体，产生冲击声音，冲击声音的强度与砂轮的重量、形状、检验转速、破碎方式有关，一般情况下冲击声音的强度在120db以上，砂轮破碎的冲击声音连同回转试验机的背景噪音一起被传感器中的微音器接受，产生电压\。电压V2 —定是大于电压V1的,如果我们在电压V1和V2之间设定一个阈值Vtl,在控制电路或者控制程序中将Vtl作为比较电压，当微音器的输出电压V > Vtl时，判断砂轮发生了破碎，当微音器的输出电压V < Vtl时，则认为砂轮没有发生破碎。一般情况下，微音器的灵敏度可以达到:_35±3dB (dB=lV/Pa，在IKHz声频下测量)，本实用新型使用微音器采集回转强度试验机防护腔体的背景噪声和砂轮破碎冲击噪声，在信号的采集过程中对砂轮的反光性没有要求，因此能够对较小砂轮碎块的冲击做出反应，对于识别非整体破碎情况下的砂轮破碎状态准确性比较高，优于现有技术手段。
图1为本实用新型传感器的结构示意图。图2为本实用新型传感器音量衰减方式示意图。图3为本实用新型信号处理电路的原理框图。图4为本实用新型信号处理电路的电气原理图。
具体实施方式
—种通过音量检测识别砂轮破碎状态的系统,包括传感器和信号处理电路，传感器的作用是将回转强度试验机防护腔体产生的噪音信号转换为电压信号，再通过信号处理电路对该电压信号进行放大、整流、滤波，变换为直流信号，最后通过电流放大，变压器耦合后加载到继电器上。如图1所示，传感器主要由微音器D1-6、罩壳D1-4、内调节板D1-3、外调节板D1-2组成。传感器包括罩壳D1-4,罩壳D1-4内设有微音器D1-6,在微音器和罩壳之间的空隙中填装有周向弹性材料D1-5、在微音器顶部和罩壳顶部之间的空隙中填装有顶部弹性材料D1-7，周向弹性材料和顶部弹性材料可以减缓外部振动对传感器的影响。内调节板D1-3、夕卜调节板D1-2是一对开有四个小孔的尼龙板，内调节板、外调节板及密封圈Dl-1安装在罩壳与回转强度试验机防护腔体的连接面上，通过调节其相对位置可以起到衰减音量信号的作用。传感器通过四个螺丝与回转强度试验机防护腔体进行固定。微音器的引出线与罩壳前端之间的间隙处加装有密封D1-8，用以隔离外部的声音干扰。微音器采用PC-K200型驻极体电容式微音器，主要技术参数如下:①指向特征:心型指向性。②灵敏度:_35±3dB (dB=lV/Pa，在IKHz声频下测量)。③频率范围:30-20000Hz。
·[0024]④产品声压:最大输入声压级:140dB (在IKHz声频下测量)。⑤产品阻抗:≥1000。⑥输出阻抗:200 ±30%欧姆(在IKHz声频下测量)。回转强度试验机的背景噪声和砂轮破碎冲击声音的强度会超过微音器的最大输入声压，必须对声音信号进行衰减，将其声压强度衰减到微音器允许的工作范围。如图2所示，调节内调节板3和外调节板2的相对位置，使其上面的四个小孔错位，可以起到衰减声音信号的作用，小孔之间的间隙越小，衰减量越大。如图3所示，信号处理电路主要由钳位电路，两级反向跟随放大器，滤波、整流电路，比较电压设定电路，电流放大电路，耦合电路组成。如图4所示，传感器Dl输出的电压信号经过电阻Rl和电容Cl耦合后送入运算放大器ICl，二极管D2和二极管D3起钳位作用，用以保护驻极体电容式微音器(ECM)。两片LM741运算放大器IC1、运算放大器IC2组成两级反向声频跟随放大器，其最大增益约为400，调节电位器W3可以改变增益。经过放大的信号通过运算放大器IC2的输出端6，并经过二极管D5整流和电容C8滤波后变换成电阻R5上的直流电平。电位器W4用来调节激发继电器Jl的声频信号电平阈值。假定在测试点A使继电器Jl激发产生通断状态翻转的电平阈值是Vtl,回转检验时如果砂轮没有破碎，测试点A的电压Va < Vtl，此时继电器Jl处于稳定状态。如果砂轮发生了破碎，冲击噪声会通过传感器Dl产生一个电压脉冲，该脉冲信号经过放大、整流、滤波后，加载在电阻R5上，此时测试点A的电压Va > V0,该信号通过三极管D6进行电流放大，并经过变压器BI耦合后加载到继电器Jl上，使继电器Jl的通断状态发生翻转。电平阈值Vtl通过试验来确定，保证其大于回转强度试验机可能的最大背景噪音所产生的电压V1，否则就可能产生误判，将正常回转的砂轮误判为破碎。但电平阈值Vtl偏大同样会产生误判，将砂轮的破碎状态误判为正常回转。根据实际应用中的调试经验，在回转试验机可能的最大背景噪音所产生的电压V1的基础上，加上10%的余量作为即V0^VlXl.1，可以获得良好的可靠性。
权利要求1.一种通过音量检测识别砂轮破碎状态的系统，包括传感器和信号处理电路，其特征是:所述的传感器主要由微音器、罩壳、内调节板、外调节板组成；所述的信号处理电路主要由钳位电路、两级反向跟随放大器、滤波电路、整流电路、比较电压设定电路、电流放大电路、耦合电路组成。
2.根据权利要求1所述的通过音量检测识别砂轮破碎状态的系统，其特征是:所述的传感器包括罩壳，罩壳内设有微音器，在微音器和罩壳之间的空隙中填装有弹性材料，罩壳后端设有内调节板、外调节板及密封圈，微音器的引出线与罩壳前端之间的间隙处加装有密封。
3.根据权利要求2所述的通过音量检测识别砂轮破碎状态的系统，其特征是:内调节板、外调节板是一对开有四个小孔的尼龙板，内调节板、外调节板及密封圈安装在罩壳与回转强度试验机防护腔体的连接面上；传感器通过四个螺丝与回转强度试验机防护腔体进行固定。
4.根据权利要求2所述的通过音量检测识别砂轮破碎状态的系统，其特征是:微音器为驻极体电容式微音器。
5.根据权利要求2所述的通过音量检测识别砂轮破碎状态的系统，其特征是:传感器输出的电压信号经过电阻和电容耦合后送入运算放大器，二极管起钳位作用，用以保护微音器；两片LM741运算放大器组成两级反向跟随放大器；经过放大的信号通过运算放大器的输出端，并经过二极管整流和电容滤波后变换成电阻上的直流电平；电位器用来调节激发继电器的声频信号电平阈值。
专利摘要一种通过音量检测识别砂轮破碎状态的系统，包括传感器和信号处理电路，所述的传感器主要由微音器、罩壳、内调节板、外调节板组成；所述的信号处理电路主要由钳位电路、两级反向跟随放大器、滤波电路、整流电路、比较电压设定电路、电流放大电路、耦合电路组成。本实用新型使用微音器采集回转强度试验机防护腔体的背景噪声和砂轮破碎冲击噪声，在信号的采集过程中对砂轮的反光性没有要求，因此能够对较小砂轮碎块的冲击做出反应，对于识别非整体破碎情况下的砂轮破碎状态准确性比较高，优于现有技术手段。
文档编号G01N3/06GK202974760SQ20122057942
公开日2013年6月5日 申请日期2012年11月6日 优先权日2012年11月6日
发明者彭振宇, 郜迎君, 王永峰, 姜柏春 申请人:郑州磨料磨具磨削研究所, 郑州三磨超硬材料有限公司