专利名称：一种风动送样炮弹的炮弹盖开合力检测系统及检测方法
技术领域：
本发明属于炼钢厂风动送样系统中炮弹盖开合力检测技术领域，更具体地说，涉及一种风动送样炮弹的炮弹盖开合力检测系统及检测方法，尤其适合于卡合式风动送样炮弹的开合力检测。
背景技术：
目前，在炼钢厂钢水检测采样过程中，工作人员需要将即将冶炼完毕出炉时采集到的钢样渣样装入一个炮弹(即盛装试样的容器)，然后将该炮弹通过风动送样管道系统，迅速传送到化验室进行检测，检测完成后的空炮弹再经风动送样管道系统回送到转炉旁发送柜。风动送样是借助管道中气体的能量，使样品按指定的路线运行的一种输送方式，风动送样技术近年来发展十分迅速，并在国内得到了广泛的应用，它主要是作为一种技术手段， 较好地满足了炼铁、炼钢及炉外精炼等工艺过程对快速送样、快速分析、快速反馈的要求，这对于缩短冶炼时间、保证产品质量，提高企业的经济效益有着重要意义，同时节约了大量人力，减轻了劳动强度，在冶金等行业内具有推广价值。但是，送样炮弹在长期反复打开、闭合的过程中，送样炮弹盖会不断被磨损，当磨损严重时，很有可能在送样过程中，因送样炮弹盖磨损松动导致合紧力不够而自动打开，造成样品丢失，严重影响了产品质量的稳定掌控。目前的炮弹盖开合装置只能人工将炮弹盖打开或盖上，无法感知并检测显示打开炮弹盖的力量大小，因此经常出现当炮弹盖磨损松动时，由于操作人员无法及时感知了解到，不能及时更换修复，导致钢样装进炮弹后在送样系统中弹盖松动脱落，发生钢样丢失事故。根据不完全统计，每个炼钢厂都有数十套风动送样系统，数百个钢样(渣样)炮弹，每年大约发生数十起因炮弹盖磨损过量，在风动送样过程中发生弹盖松动脱落、钢样丢失事故，以至于大大降低了产品质量的可控性。如果在正常送样作业开始前，打开炮弹盖的同时，能够实时检测并显示出打开炮弹盖所需的力，也就是送样炮弹盖和送样炮弹本体盖紧时的紧合力，则当这个力小到某个设定值时，若继续使用该炮弹送样，就容易发生弹盖脱落，导致丢样事故发生，表明就需要更换或维修该炮弹，这样可以为一线操作人员提供可行而准确的开盖力数据，防止丢样事故发生，因此，急需一套炮弹盖开合力检测系统，以解决现有技术中的问题。

发明内容
发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有技术中送样炮弹盖的开合力无法检测感知，导致送样炮弹中的试样易丢失的问题，提供了一种风动送样炮弹的炮弹盖开合力检测系统及检测方法，通过本发明的技术方案采集风动送样炮弹的开盖力最大值，可以实现对送样炮弹开盖力的及时检测和显示，从而最大限度地避免送样炮弹中的试样丢失事故发生。技术方案为达到上述目的，本发明提供的技术方案为
本发明的一种风动送样炮弹的炮弹盖开合力检测系统，它包括开合装置箱体、底板、下卡钳、上卡钳、外连接板、内连接板、开盖受力柱、合盖受力柱、手柄、压力传感器和测力控制箱，其中所述的开合装置箱体的同一侧壁外部设置有下卡钳、上卡钳和底板，该下卡钳、上卡钳和底板均水平设置，所述的底板固连于开合装置箱体的底部，所述的下卡钳和上卡钳均带有U形卡槽，下卡钳用于固定送样炮弹本体的底部，上卡钳用于固定送样炮弹盖，所述的下卡钳与开合装置箱体侧壁的下部相固连，位于底板的上方，所述的上卡钳与竖直设置的外连接板相固连，连接板位于开合装置箱体的外侧，该外连接板与内连接板通过两竖排连接杆固连在一起，内连接板位于开合装置箱体的内部，所述的内连接板与外连接板相互平行设置，上述的连接杆可在开合装置箱体一侧壁的两条竖直滑槽内滑动；所述开盖受力柱和合盖受力柱的一端部分别固定在内连接板上的插孔内，上述的开盖受力柱和合盖受力柱水平设置，手柄穿过开盖受力柱和合盖受力柱之间，其固定端与开合装置箱体之间铰链连接，抬压手柄驱动开盖受力柱或合盖受力柱，开盖受力柱或合盖受力柱带动内连接板上下运动，上卡钳随之升降运动完成开盖或合盖动作，所述的压力传感器固定在内连接板上的一插孔内，该压力传感器与开盖受力柱的插入端相接触，且压力传感器位于开盖受力柱 的插入端的上方，所述的压力传感器与测力控制箱相连接；所述的测力控制箱包括单片机、显示模块、信号保持电路模块、Α/D转换模块、报警模块、外部晶振及复位模块和启动电路模块，所述的压力传感器输出端与信号保持电路模块的输入端相连接，该信号保持电路模块与Α/D转换模块相连，Α/D转换模块接入单片机，单片机的输出接口连接有报警模块和显示模块，所述的外部晶振及复位模块和启动电路模块与单片机相连接。作为本发明进一步的改进，所述的合盖受力柱的下方也设置有压力传感器，该压力传感器固定在内连接板上的一插孔内，该压力传感器与合盖受力柱的插入端相接触，该压力传感器与测力控制箱相连接。作为本发明进一步的改进，所述启动电路模块的开关设置在底板或手柄上。本发明的一种风动送样炮弹的炮弹盖开合力检测方法，其步骤为
i)检测压力信号
打开启动电路模块的开关，给风动送样炮弹的炮弹盖开合力检测系统送电并启动检测系统工作，将待打开的送样炮弹本体的底部卡固在下卡钳上，将送样炮弹盖卡固在上卡钳上，抬起手柄，该手柄驱动开盖受力柱，开盖受力柱带动内连接板向上运动，上卡钳随之升起完成开盖，与开盖受力柱相接触的压力传感器检测送样炮弹盖被打开过程中的瞬变压力信号；
ii)检测压力信号最大值
将步骤i )中压力传感器检测的瞬变压力信号接入信号保持电路模块，该信号保持电路模块将上述压力信号的最大值Fmax检测出来并保持住；
iii)Α/D 转换
将步骤 )检测出的压力信号的最大值Fmax接入Α/D转换模块，将压力信号由模拟量转换为数字量；
iv)单片机处理
将步骤iii)的数字量最大压力信号Fmax接入单片机，单片机将检测到的最大压力信号Fmax与设定的安全压力值F对比；
V)输出报警显示
单片机将步骤iv)中接入的最大压力信号Fmax通过显示模块予以显示，该最大压力信号Ffflax即为风动送样炮弹的开盖力，显示30s后自动熄灭，同时单片机送出一路信号到信号保持电路模块，释放该次检测出并保持的最大压力信号Fmax，为下一次检测做准备；当步骤iv)中检测到的最大压力信号Fmax小于设定的安全压力值F时，单片机控制报警模块发出报警提示。有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果
(1)本发明的一种风动送样炮弹的炮弹盖开合力检测系统，通过压力传感器实现了送样炮弹开盖力的可靠便捷检测，使操作人员对使用中的风送炮弹的安全状态有了全面的掌 握，可以随时掌握了解炮弹盖合磨损情况，以便及时更换或修复炮弹，防止在风动送样过程中因送样炮弹盖的过度磨损而发生自动打开，造成钢样丢失的事故，提高了质量管理的可靠性；
(2)本发明的一种风动送样炮弹的炮弹盖开合力检测方法，对于送样炮弹开盖力的瞬变信号采样过程中，本发明采用信号保持电路模块捕捉采集到该瞬变信号最大值，无须采用昂贵的高速数据采集器进行高速数据采集，大大降低了设备成本，且可靠实用。


图I为本发明一种风动送样炮弹的炮弹盖开合力检测系统的使用状态示意 图2为本发明中炮弹盖开合装置的传动机构示意 图3为本发明中测力控制箱内部的电路框 图4为实施例I中测力控制箱内部的电路图。不意图中的标号说明
I、开合装置箱体；2、底板；301、下卡钳；302、上卡钳；401、送样炮弹本体；402、送样炮弹盖；501、外连接板；502、内连接板；601、开盖受力柱；602、合盖受力柱；7、手柄；8、压力传感器；9、测力控制箱；10、单片机；11、显示模块；12、信号保持电路模块；13、Α/D转换模块；14、报警模块；15、外部晶振及复位模块；16、启动电路模块。
具体实施例方式为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。实施例I
结合图I和图2，本实施例的一种风动送样炮弹的炮弹盖开合力检测系统，它由开合装置箱体I、底板2、下卡钳301、上卡钳302、外连接板501、内连接板502、开盖受力柱601、合盖受力柱602、手柄7、压力传感器8和测力控制箱9等组成。炮弹盖开合力检测系统的结构示意图如图I所示，本实施例中开合装置箱体I的同一侧壁外部设置有下卡钳301、上卡钳302和底板2，该下卡钳301、上卡钳302和底板2均水平设置，所述的底板2固连于开合装置箱体I的底部，所述的下卡钳301与开合装置箱体I侧壁的下部相固连，位于底板2的上方，所述的上卡钳302与竖直设置的外连接板501相固连，本实施例中下卡钳301和上卡钳302均带有U形卡槽，下卡钳301用于固定送样炮弹本体401的底部，上卡钳302用于固定送样炮弹盖402。本实施例中的连接板501位于开合装置箱体I的外侧，该外连接板501与内连接板502通过连接杆固连在一起，内连接板502位于开合装置箱体I的内部，所述的内连接板502与外连接板501相互平行设置，具体在本实施例中，外连接板501与内连接板502通过两竖排连接杆固连在一起，开合装置箱体I 一侧壁的竖直滑槽设置有两条，上述的连接杆可在开合装置箱体I 一侧壁的竖直滑槽内滑动。本实施例中开盖受力柱601和合盖受力柱602的一端部分别固定在内连接板502上的插孔内，上述的开盖受力柱601和合盖受力柱602水平设置，手柄7穿过开盖受力柱601和合盖受力柱602之间，其固定端与开合装置箱体I内壁之间以铰链连接，抬压手柄7驱动开盖受力柱601或合盖受力柱602，开盖受力柱601或合盖受力柱602带动内连接板502上下运动，上卡钳302随之升降运动完成开盖或合盖，本实施例中的炮弹盖开合装置的传动机构示意图如图2所示。本实施例中压力传感器8固定在内连接板502上的一插孔内，该压力传感器8与开盖受力柱601的插入端相接触，且压力传感器8位于开盖受力柱601的插入端的上方，实际开盖过程中，手柄7上抬的力通过开盖受力柱601传递到压力传感器8，
压力传感器8检测出该开盖力的大小，所述的压力传感器8与测力控制箱9相连接，本实施例中的压力传感器8采用深圳市奥德赛创精密仪器有限公司的AUTO-CFBHZ-B系列，该压力传感器8采用组合式S梁作为弹性体，具有精度高、滞后小、通用性强、结构精巧等特点，其额定载荷可以根据实际送样炮弹的情况选择3kg、5kg、10kg或20kg等规格。值得说明的是，由于通常发生的钢样丢失事故主要是送样炮弹盖402磨损过量，导致所需要的开盖力过小，使得装了试样的炮弹在风动送样传输过程中送样炮弹盖402脱落，所以操作人员最关心的主要是开盖力量的大小，而不是合盖力量的大小，因此本系统中设计一个压力传感器8检测开盖时的瞬态开盖力即能够起到良好的预防效果，但是如需要检测风动送样炮弹的合盖力，则在合盖受力柱602的下方可设置压力传感器8，该压力传感器8固定在内连接板502上的一插孔内，该压力传感器8与合盖受力柱602的插入端相接触，用于检测合盖受力柱602向下运动时合盖过程中对压力传感器8产生的压力，该压力传感器8与测力控制箱9相连接，即可在合盖时检测并显示风动送样炮弹的合盖力，这样效果更佳。由于开盖时的开盖力是个持续时间仅有毫秒级的瞬态力，而需要准确检测出的是开盖时的最大瞬态力，因此如果直接进行数据采集时，就必须采用高速数据采集系统，而高速数据采集的成本很高，为了降低成本，本发明采用一种特殊处理办法，即采用信号保持电路模块12，将高速瞬变的信号的峰值保持时间延长并保持一段时间，这样就可以采用通常的低速信号采样将该瞬态峰值采集下来，如图3和图4所示，本实施例中测力控制箱9包括单片机10、显示模块11、信号保持电路模块12、Α/D转换模块13、报警模块14、外部晶振及复位模块15和启动电路模块16，所述的压力传感器8输出端与信号保持电路模块12的输入端相连接，本实施例中的信号保持电路模块12由电阻、运算放大器、电容、二极管和三极管等组成，根据运算放大器的连接方法可将其连接成信号保持方式，即将输出端与反相输入端连接，输入端的电阻的作用使运算放大器输入阻抗匹配，增加运算放大器输入阻抗的大小，以减小正反输入端的电压差，减小输出误差，两个运算放大器中间的电阻作用是限流，防止运算放大器过热烧坏，二极管的作用是当压力传感器8输入信号已经达到最大值开始下降后，二极管可以截止防止充电电容放电，电容的作用是充电保持输入信号的最大值，并在给定放电信号后，通过所并联的电阻快速放电，为下次工作准备。本实施例中信号保持电路模块12与Α/D转换模块13相连，Α/D转换模块13接入AT80S52单片机10，该A/D转换模块13由ADC0808转换器组成，ADC0808有八路模拟量信号输入，通过8位输出端与单片机10的端口 P2的八个端子相连，将模拟电压信号转换成数字信号供单片机处理，单片机10的输出接口连接有报警模块14和显不模块11,本实施例中报警模块14由蜂鸣器、两个电阻和一个PNP三极管相连，三极管的发射极接高电平，集电极与蜂鸣器相连，基极与单片机10相连接；显示模块11由四位数码管和一个八位排阻相连，因为数码管连接在单片机的PO接口，需要设置上拉电阻，其八位排阻充当上拉电阻的作用。外部晶振及复位模块15和启动电路模块16与单片机10相连接，外部晶振及复位模块15是组成单片机10最小系统的一部分，为单片机工作提供时钟信号和复位；启动电路模块16的开关可设置在底板2上，当准备开盖的风动送样炮弹放置于底板2上时，自动压合启动电路模块16的开关，自动启动检测系统工作，在开盖过程中及时检测开盖力，此外，启动电路模块16的开关也可设置在手柄7上，当操作人员握紧手柄7准备开盖操作时，自动压合启动电路模块16的开关，启动检测系统工作，在开盖过程中及时检测开盖力。结合图3，本实施例中的一种风动送样炮弹的炮弹盖开合力检测方法，其具体处理 步骤为
i )检测压力信号本实施例中的送电开关可以设置于手柄7上，或者设置于底板2上，当送样炮弹放在底板2上后送电开关自动闭合，打开启动电路模块16中的送电开关，给风动送样炮弹的炮弹盖开合力检测系统送电并启动检测系统工作，将待打开的送样炮弹本体401的底部卡固在下卡钳301上后，将送样炮弹盖402卡固在上卡钳302上，抬起手柄7，该手柄7驱动开盖受力柱601，开盖受力柱601带动内连接板502向上运动，上卡钳302随之升起完成开盖，与开盖受力柱601相接触的压力传感器8检测送样炮弹盖402被打开过程中的瞬变压力信号，压力传感器8将开盖时的瞬态压力信号转变为Γ20 mA的电流信号，并将该电流信号经电阻转换为电压信号；
ii)检测压力信号最大值将步骤i)中压力传感器8检测的瞬变压力信号接入信号保持电路模块12，该信号保持电路模块12将上述压力信号的最大值Fmax检测出来并保持住；
iii)A/D转换将步骤ii)检测出的压力信号的最大值Fmax接入Α/D转换模块13，将压力信号由模拟量转换为数字量；
iv)单片机处理将步骤iii)的数字量最大压力信号Fmax接入单片机10的P2口，单片机10将检测到的最大压力信号Fmax与设定的安全压力值F对比；
V )输出报警显示单片机10将步骤iv)中接入的最大压力信号Fmax通过显示模块11予以显示30秒，该最大压力信号Fmax即为风动送样炮弹的开盖力，30秒后显示模块11的数码管关闭显示，单片机10发出控制信号，使信号保持电路模块12清零，为下次测量做好准备；当步骤iv)中检测到的最大压力信号Fmax小于设定的安全压力值F时，单片机10控制报警模块14发出报警提示，驱动蜂鸣器报警30秒，说明送样炮弹盖402磨损过量，送样炮弹盖402和送样炮弹本体401盖紧时的紧合力过小，若继续使用该炮弹送样，则送样过程中可能会自动打开，造成试样的丢失，提示工作人员及时更换或维修该炮弹。本发明对瞬变信号的采集，无须借助于具有高速采样功能的高速数据采集系统，而仅仅使用单片机10通过低速数据采集即可实现低成本的瞬变峰值信号采集和处理显示，且与本发明的送样炮弹盖402开合装置巧妙结合，构成低成本的风动送样炮弹的炮弹盖开合力检测系统，解决了现有技术中送样炮弹盖402的开合力无法检测感知，导致送样炮弹中的试样易丢失的难题，提高了质量管理的可靠性。以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性 ，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种风动送样炮弹的炮弹盖开合力检测系统，其特征在于它包括开合装置箱体(1)、底板(2)、下卡钳(301)、上卡钳(302)、外连接板(501)、内连接板(502)、开盖受力柱(601)、合盖受力柱(602)、手柄(7)、压力传感器(8)和测力控制箱(9)，其中 所述的开合装置箱体(I)的同一侧壁外部设置有下卡钳(301)、上卡钳(302)和底板(2)，该下卡钳(301)、上卡钳(302)和底板(2)均水平设置，所述的底板(2)固连于开合装置箱体(I)的底部，所述的下卡钳(301)和上卡钳(302)均带有U形卡槽，下卡钳(301)用于固定送样炮弹本体(401)的底部，上卡钳(302)用于固定送样炮弹盖(402)，所述的下卡 钳(301)与开合装置箱体(I)侧壁的下部相固连，位于底板(2)的上方，所述的上卡钳(302)与竖直设置的外连接板(501)相固连，连接板(501)位于开合装置箱体(I)的外侧，该外连接板(501)与内连接板(502 )通过两竖排连接杆固连在一起，内连接板(502 )位于开合装置箱体(I)的内部，所述的内连接板(502)与外连接板(501)相互平行设置，上述的连接杆可在开合装置箱体(I) 一侧壁的两条竖直滑槽内滑动；所述开盖受力柱(601)和合盖受力柱(602 )的一端部分别固定在内连接板(502 )上的插孔内，上述的开盖受力柱(601)和合盖受力柱(602)水平设置，手柄(7)穿过开盖受力柱(601)和合盖受力柱(602)之间，其固定端与开合装置箱体(I)之间铰链连接，抬压手柄(7 )驱动开盖受力柱(601)或合盖受力柱(602 )，开盖受力柱(601)或合盖受力柱(602 )带动内连接板(502 )上下运动，上卡钳(302 )随之升降运动完成开盖或合盖动作，所述的压力传感器(8)固定在内连接板(502)上的一插孔内，该压力传感器(8)与开盖受力柱(601)的插入端相接触，且压力传感器(8)位于开盖受力柱(601)的插入端的上方，所述的压力传感器(8)与测力控制箱(9)相连接； 所述的测力控制箱(9)包括单片机(10)、显示模块(11)、信号保持电路模块(12)、A/D转换模块(13)、报警模块(14)、外部晶振及复位模块(15)和启动电路模块(16)，所述的压力传感器(8)输出端与信号保持电路模块(12)的输入端相连接，该信号保持电路模块(12)与A/D转换模块(13)相连，A/D转换模块(13)接入单片机(10)，单片机(10)的输出接口连接有报警模块(14)和显示模块(11)，所述的外部晶振及复位模块(15)和启动电路模块(16)与单片机(10)相连接。
2.根据权利要求I所述的一种风动送样炮弹的炮弹盖开合力检测系统，其特征在于所述的合盖受力柱(602)的下方也设置有压力传感器(8)，该压力传感器(8)固定在内连接板(502)上的一插孔内，该压力传感器(8)与合盖受力柱(602)的插入端相接触，该压力传感器(8)与测力控制箱(9)相连接。
3.根据权利要求I或2所述的一种风动送样炮弹的炮弹盖开合力检测系统，其特征在于所述启动电路模块(16)的开关设置在底板(2)或手柄(7)上。
4.一种风动送样炮弹的炮弹盖开合力检测方法，其步骤为 i)检测压力信号 打开启动电路模块(16)的开关，给风动送样炮弹的炮弹盖开合力检测系统送电并启动检测系统工作，将待打开的送样炮弹本体(401)的底部卡固在下卡钳(301)上，将送样炮弹盖(402)卡固在上卡钳(302)上，抬起手柄(7)，该手柄(7)驱动开盖受力柱(601)，开盖受力柱(601)带动内连接板(502)向上运动，上卡钳(302)随之升起完成开盖，与开盖受力柱(601)相接触的压力传感器(8)检测送样炮弹盖(402)被打开过程中的瞬变压力信号； ii)检测压力信号最大值将步骤i )中压力传感器(8)检测的瞬变压力信号接入信号保持电路模块(12)，该信号保持电路模块(12)将上述压力信号的最大值Fmax检测出来并保持住；iii)A/D 转换 将步骤 )检测出的压力信号的最大值Fmax接入A/D转换模块(13)，将压力信号由模拟量转换为数字量； iv)单片机处理 将步骤iii)的数字量最大压力信号Fmax接入单片机(10)，单片机(10)将检测到的最大压力信号Fmax与设定的安全压力值F对比；V)输出报警显示 单片机(10)将步骤iv)中接入的最大压力信号Fmax通过显示模块(11)予以显示，该最大压力信号Fmax即为风动送样炮弹的开盖力，显示30s后自动熄灭，同时单片机(10)送出一路信号到信号保持电路模块(12)，释放该次检测出并保持的最大压力信号Fmax，为下一次检测做准备；当步骤iv)中检测到的最大压力信号Fmax小于设定的安全压力值F时，单片机(10)控制报警模块(14)发出报警提示。
全文摘要
本发明公开了一种风动送样炮弹的炮弹盖开合力检测系统及检测方法，属于风送炮弹盖开合力检测领域。本发明中开合装置箱体的同一侧壁外部设置有下卡钳、上卡钳和底板，抬压手柄驱动开盖受力柱或合盖受力柱，上卡钳随之升降运动完成开盖或合盖，压力传感器固定在内连接板上的一插孔内，且与开盖受力柱的插入端相接触，压力传感器与测力控制箱相连接；测力控制箱包括单片机、显示模块、信号保持电路模块、A/D转换模块、报警模块、外部晶振及复位模块和启动电路模块。本发明使用单片机实现低成本的瞬变峰值信号采集和处理显示，解决了目前送样炮弹盖和送样炮弹本体开合力大小无法掌控，导致风动送样过程中试样易丢失的难题，提高了质量管理的可靠性。
文档编号G01L5/00GK102840943SQ201210351800
公开日2012年12月26日 申请日期2012年9月21日 优先权日2012年9月21日
发明者李绍铭, 高原, 华玥, 储文浩 申请人:安徽工业大学