专利名称：驻波振动式物位检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及自动化控制技术领域，尤其涉及压电元件与机械共振结构所组成的物料定点检测系统，属于固体或液体物料过程自动化控制的配套设备。控制电路输出电压信号，激励压电元件驱动相匹配的机械元件产生谐振，并传递到检测探头。当被测物料覆盖在振动中的检测探头时，由于物料产生的阻尼作用，使其振动幅度急剧减少，通过接收器，将这种机械振动变化的信息转化为压电陶瓷的电容变化，而拾取振动变化信号，并传递给控制电路，实现对物料位置的测量和控制。适用于控制和检测料仓或容器中的固体颗粒或粉末状物料，以及料仓、容器或管道中的液体等物质的检测。特别适用于易形成挂料、夹料的物质以及流动性较差的轻物质场所的定点检测。
背景技术：
在现代化的工农业生产中，经常要对塑胶颗粒，煤粉，水泥，谷物，面粉等颗粒或粉末状的固体以及自来水，工业废水，化工溶液等液体进行控制，往往需要检测出它们的准确位置。可以利用传感器探头产生振动进行检测，当物料覆盖在探头上产生阻尼，使振动的幅度急剧减少，传感器中的接收压电元件将这种幅度变化转化为电信号输出值的变化， 以检测物料的有无。现有检测物料的一种压电陶瓷振动检测装置，如图7所示。采用共振管18内含振动棒15的结构，在压电陶瓷片16的激励下使振动棒15产生强迫振动，并将振动传递到共振管18，在谐振的条件下，共振管18产生振动；当共振管18受到物料的阻尼时负载变大， 与内部的共振棒15无法产生谐振，故振动停止，共振棒15上的压电陶瓷片17检测到该变化，转化为控制电路的输出，作为物料有无的检测。该类检测装置存在如下缺陷第一，压电陶瓷位于检测装置的前端，检测物料时，该部分伸进料仓，物料的剧烈冲击经过共振管18直接传递给振动棒15的压电陶瓷16，17，能导致压电陶瓷16，17的破裂，使物位检测装置发生故障；同时检测装置的压电陶瓷部分在料仓中，直接受料仓温度的影响，只能应用于一般温度环境，对较高温度环境不能适用；第二，检测装置的共振管18在物料下落方向同物料接触的面积大，受到的冲击力大，检测重物料时可能导致共振管18的变形或损坏，且同物料接触的面积大易导致物料的堆积引起误检测；第三，检测装置的共振管18在振动方向呈圆弧形，故物料对共振管18的阻尼较小。该检测装置对轻密度的粉末或颗粒状固体物料和一般的液体物料检测困难；第四，压电陶瓷的引线较长，在共振管内不能定位，引线易与振动棒或共振管接触而造成阻尼，在没有物料接触的情况下产生误检测或报警。第五，检测装置的共振管18为薄壁结构，使用者不小心用力过大碰到共振管18或被过重的物料压到时，容易使共振管18产生变形而同共振棒15接触造成装置检测功能的丧失；

发明内容
为解决现有的物位检测装置的缺陷，本发明提供一种抗冲击、适用范围宽、不易挂料、灵敏度好、振动效率高、结构坚固的驻波振动式物位检测装置。本发明为解决所述技术问题而采用的技术方案是驻波振动式物位检测装置，包括一个驻波振动杆，支撑振动杆的第一弹性盘和第二弹性盘，连接第一弹性盘和第二弹性盘的固定壳。驻波振动杆被两个弹性盘分隔为设置有驱动器和接收器的起振段，设置有消振器的放大段，与被检物料接触的检测段。起振段置于检测装置的安装座(11)的空腔内。驱动器被电压激励时产生的微弱振动，驱动起振段起始振动，振动杆谐振时，放大段反向弯曲，检测段获得同向振幅的放大。当检测段被物料阻尼时，接收器拾取振动快速衰减的信息。检测段的主体为刀状振体，其所在平面的法线与振动方向一致。驱动器为固定在起振段，将激发电压转换成振动的压电陶瓷片；接收器为固定在起振段，将振动转换成电信号的压电陶瓷片。压电陶瓷片粘贴在起振段的中部，平行于振动杆的轴线，并与刀状振体的平面平行。起振段设置有调节振动杆驻波节点位置的螺旋重块。消振器与振动杆固定连接， 其轴向对称面和放大段的轴向对称面重合。驱动器中心到第一弹性盘的距离、放大段长度、检测段长度的比例为1 3 3。 第一弹性盘和第二弹性盘为其主平面与振动杆轴线垂直的薄壁件，其与振动杆连接的内孔向外翻边，翻边与振动杆的夹角为15 30度。与现有技术的振动式物位检测装置相比较，采用本发明驻波振动式物位检测装置技术方案的优点是1.驱动器2和接收器10位于振动杆1的起振段。检测装置安装在料仓时，起振段在料仓外部。物料冲击不会对压电陶瓷片造成剧烈影响；同时压电陶瓷不受料仓温度的直接影响，能在较高温度环境中适用，适用的温度范围较宽。2.刀状振体9阻碍下落物料的面积小，物料流动顺畅，不易挂料；刀状振体的结构特征，增强了检测段抵抗垂直下落的物料冲击的能力。3.刀状振体9的侧面的面积大，且为平面，覆盖的物料对平面振动产生的阻尼较大，适用于液体物料、轻密度颗粒或粉末固体物料的检测。4.压电陶瓷的引线较短，不会同振动杆接触产生阻尼，而引起检测装置的错误检测或报警。5.两个弹性盘3，4分别支撑在驻波振动杆1的振幅最小的节点上，由于节点振幅基本为零，从而起到振动的隔离作用。振动能量传播不出去，装置的振动能量损失很少，故振动效率高。同时也避免了来自料仓的对振动杆1的干扰，使检测装置的检测可靠。6.驱动器2在起振段产生的微弱振动，通过放大段反向弯曲，而获得检测段的振幅放大，对物料的探测具有更高灵敏度，更适应流动性较差的轻物质场所。7.刀状振体9的刀刃截面形式，通过自身的振动可以有效的去除附着在表面的物料，能正确检测而不产生误报警。


图1为本发明三段振动式物位检测装置的外观示意图；图2为本发明三段振动式物位检测装置的结构示意图；图3为本发明实施例刀状振体9的横截面放大视图；图4为图2的局部放大图；图5为本发明一种实施例的立体图1 ；图6为本发明一种实施例的立体图2 ；图7为一种现有技术的检测装置的结构示意具体实施例方式下面结合附图和实施例来进一步说明本发明的结构原理。三段振动式物位检测装置的实施例，如图1、图2所示，有一个安装座11，检测装置通过安装座11上的螺纹部位实现与现场料仓连接；一个与安装座11同轴连接的固定壳6 ； 一个与固定壳6同轴的驻波振动杆1 ；振动杆1通过支撑在其驻波节点的第一弹性盘3和第二弹性盘4与固定壳6连接。两个弹性盘将驻波振动杆1依次分割为设置有驱动器2和接收器10的起振段， 带有消振器5的振动放大段，与被检物料接触的主体为对称双刃式刀状振体9的检测段。两个圆形压电陶瓷片分别贴合在起振段与驻波振动杆1的轴线平行的平面上，构成驱动器2和接收器10。陶瓷片的平面平行于检测段的刀状振体9的平面。本检测装置的工作原理是驱动器2收到来自控制电路的音频激励电压，压电陶瓷片使其转换成微弱的音频振动，驱动振动杆1的起振段起始振动。当驱动器2的振动频率与振动杆1的固有频率一致时谐振产生，两个弹性盘之间振动杆1的放大段产生与起振段反向的驻波振动，振动杆1 的检测段获得与起振段同向的振幅的放大。由于不断得到驱动器2的能量补偿，振动保持在平衡状态。通过改变输出给驱动器2的电压大小可以调节振动力的大小，从而调整刀状振体9的振幅。当检测段的刀状振体9接触到一定量的物体或液体时，由于物料的阻尼作用平衡被打破。通过放大段的快速消振，使振动迅速衰减。这种急剧变化的信息被起振段的接收器 10所拾取，转化为电信号，再传输给控制电路转化成开关量信号输出，作为对物料或料仓料位的控制信号。实施例的细节描述两个弹性盘为其主平面与振动杆1轴线垂直的圆形薄壁件，如图2、图4所示。其与驻波振动杆1连接的内孔向外翻边，翻边与振动杆1的夹角A应在15到30度之间，而最佳角度在20到25度之间。翻边与振动杆1的不接触的轴向宽度Tl在1到2毫米之间。固定壳6的两端呈外台阶状，两个弹性盘与固定壳6的台阶连接的外圆向内翻边。在振动杆1起振段的左侧，配置了一个可以轴向调节的螺旋重块8。压电陶瓷片在电场激励的情况下，通过调节螺旋重块8在振动杆1上的轴向位置，可使其驻波的节点轴向变化，调节到正好与弹性盘的支撑点一致，有利于驻波振动杆1的谐振。锁紧螺母7用于锁定螺旋重块8，保证其稳定性。螺旋重块8和锁紧螺母7的内螺纹同起振段的驱动器2的外侧的外螺纹配合，通过螺纹旋转可调节螺旋重块8和锁紧螺母 7在振动杆1上的位置。螺旋重块8在振动杆1的谐振调节完成后锁定锁紧螺母7，并添加适量的螺纹胶固定。驻波振动杆1的放大段装配一个消振器5，控制振动的恢复时间。消振器5为横置 H形的绕振动杆1轴线的旋转体，消振器5与振动杆1固定连接，其轴向对称面和放大段的轴向对称面重合。该点也是放大段振幅最大的驻波的腹点。消振器5和振动杆1采用过盈配合，两者配合尺寸较短。放大段的中段与消振器 5配合的振动杆1表面可以滚花处理，有利于连接的可靠。消振器5材料一般选用黄铜等比重较大的金属。消振器5既可以在振动力的传递中起到放大振动的作用，也可以在刀状振体9受到外界的阻尼时起到消振的作用。振动杆1优先轴向尺寸分配，即驱动器2的压电陶瓷片中心到第一个弹性盘3的距离、放大段长度、检测段长度，三者的比例是1 3 3，见图2。检测段长度一般为90 110毫米。本实施例为L = 99士2mm。检测段的主体为其所在的平面的法线与振动方向一致的刀状振体9。刀状振体9 为实心结构，其截面的宽度T和高度H之比可选1 3 5，宽度一般为12 18毫米，厚度一般为2. 5 5.0毫米。见图3。检测段的尺寸一个应用例是L为99毫米，H为15毫米，T2为4毫米。刀状振体9的两侧面垂直于振动方向，且为平面，覆盖物料对两侧面产生的阻尼较大。驱动器2和接收器10的压电陶瓷片，固定在起振段同一平面内，且沿着振动杆1 的轴向分布，平行于振动杆1的轴线，并平行于刀状振体9所在的平面。接收器10位于驱动器2的右侧，两个陶瓷片圆形中心距离M与L的比例一般为1 9。该实施例M取11毫米，见图2。压电陶瓷片粘贴在起振段中部的平面上，采用K-9760粘合剂，粘贴结合牢固，可以承受长期的振动。驱动器2和接收器10的外表面上附着一层硅胶，将压电陶瓷片密封。该硅胶柔软， 对压电元件的振动特性不造成影响。通过硅胶的密封，可以显著提高压电陶瓷的抗氧化，防水，防潮，防尘等能力。该压电陶瓷密封工艺，有利于检测装置长期可靠的工作。驱动器2设置有输入引线，控制电路的输出电压通过该输入端激励压电陶瓷片振动，从而驱动振动杆1产生谐振。接收器10设置有输出引线，压电陶瓷片拾取的信号通过该输出端传输给控制电路。驱动器2和接收器10的压电陶瓷引线，通过安装座11的轴向通孔引线引出检测装置，见图2。振动杆1和弹性盘之间的连接，固定壳6和弹性盘之间的连接，均采用激光焊接或氩弧焊接。刀状振体9与振动杆1主体之间，也是采用激光焊接或氩弧焊接的。
振动杆1、两个弹性盘和固定壳6的材质，均采用SUS304或SUS316不锈钢。本检测装置可采用一体化环氧固封技术，对驱动信号输入和检测信号输出的引线路径进行固封，提高环境的耐受力，性能更稳定。在安装壳11的六角面的两个相对平面上设置标识槽，如图5、图6所示，以标识刀状振体9平面方向。因刀状振体9的两侧面和压电陶瓷的平面平行，故将检测装置装配在料仓上，通过两个标识槽可以指示压电陶瓷平面方向。使驱动器2激励振动时不克服起动段的重力做功，保持检测装置灵敏度的一致性。
权利要求
1.驻波振动式物位检测装置，其特征是所述检测装置包括一个驻波振动杆(1)，支撑振动杆(1)的第一弹性盘C3)和第二弹性盘，连接第一弹性盘( 和第二弹性盘的固定壳(6)；所述驻波振动杆(1)被两个弹性盘分隔为设置有驱动器( 和接收器(10)的起振段，设置有消振器(5)的放大段，与被检物料接触的检测段；所述起振段置于检测装置的安装座(11)的空腔内。驱动器( 被电压激励时产生的微弱振动，驱动起振段起始振动，振动杆(1)谐振时， 放大段反向弯曲，检测段获得同向振幅的放大；当检测段被物料阻尼时，接收器(10)拾取振动快速衰减的信息。
2.如权利要求1所述的物位检测装置，其特征是所述检测段的主体为刀状振体(9)， 其所在平面的法线与振动方向一致。
3.如权利要求2所述的物位检测装置，其特征是所述驱动器( 为固定在起振段，将激发电压转换成振动的压电陶瓷片；所述接收器(10)为固定在起振段，将振动转换成电信号的压电陶瓷片。
4.如权利要求3所述的物位检测装置，其特征是所述压电陶瓷片粘贴在起振段的中部，平行于振动杆(1)的轴线，并与刀状振体(9)的平面平行。
5.如权利要求3所述的物位检测装置，其特征是所述起振段设置有调节振动杆(1) 驻波节点位置的螺旋重块(8)。
6.如权利要求3所述的物位检测装置，其特征是所述消振器( 与振动杆(1)固定连接，其轴向对称面和放大段的轴向对称面重合。
7.如权利要求3所述的检测装置，其特征是所述驱动器( 中心到第一弹性盘(3)的距离、放大段长度、检测段长度的比例为1 3 3。
8.如权利要求3所述的物位检测装置，其特征是所述第一弹性盘C3)和第二弹性盘 (4)为其主平面与振动杆(1)轴线垂直的薄壁件，其与振动杆(1)连接的内孔向外翻边，翻边与振动杆(1)的夹角㈧为15 30度。
9.如权利要求8所述的物位检测装置，其特征是所述夹角㈧为20 25度。
10.如权利要求8所述的物位检测装置，其特征是所述翻边与振动杆(1)的不接触的轴向宽度(Tl)为1 2毫米。
全文摘要
本发明公开了一种适用于易形成挂料、夹料的物质以及流动性较差的轻物质场所的驻波振动式物位检测装置。包括一个驻波振动杆，支撑振动杆的第一弹性盘和第二弹性盘，连接第一弹性盘和第二弹性盘的固定壳。驻波振动杆被两个弹性盘分隔为设置有驱动器和接收器的起振段，设置有消振器的放大段，与被检物料接触的检测段。驱动器驱动起振段，检测段获得振幅的放大。检测段的主体为刀状振体，当其被物料阻尼时，接收器拾取振动快速衰减的信息。该检测装置的优点是、抗冲击、适用范围宽、不易挂料、灵敏度好、振动效率高、结构坚固。
文档编号G01F23/22GK102235900SQ201010159619
公开日2011年11月9日 申请日期2010年4月23日 优先权日2010年4月23日
发明者傅宇晨, 庄纪生, 董先锋, 袁敏勋 申请人:深圳万讯自控股份有限公司