金刚石压机顶锤断裂监控器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种金刚石压机顶锤断裂监控器，它是在压机的合成腔体外六个加压顶锤的各垫块上设一空腔安装体，腔内装超声波换能传感器，将检测到的断裂信号转换为电信号，经放大、滤波、检波、比较、信号处理后声光报警指示故障方位并自控停机。该监控器采用超声波探测与电子技术相结合，对压机顶锤工况进行自动监控，解决了生产过程中凭人的听觉判断故障的落后状况，能消除事故隐患防止顶锤爆炸、保证安全，提高生产效率，降低维修费用，非常适合人造金刚石生产行业使用。（*该技术在2005年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及超声波换能探测技术，具体地说是一种金刚石压机顶锤断裂监控器。现在，生产人造金刚石的行业中，其生产工艺是将碳片、触媒置于人造金刚石压机的合成空腔内，通过压机进行加压、加热处理，使炭片在高温、高压条件下合成人造金刚石。空腔内的合成压力为100-110MPa，温度约1000℃。压力来源于压机的液压系统，压力方向是上、下、前、后、左、右六面加压，直接传递压力的是硬质合金制成的六个顶锤。由于顶锤长时间处于高温、高压状态下，使用一段时间后，会发生疲劳性断裂或超强度破坏性断裂。若发生断裂的顶锤未被及时发现，及时更换，继续工作，将会发生粉碎性断裂。由于人造金刚石的合成腔体内处于高温高压状态，当顶锤发生粉碎性断裂时即产生爆炸，俗称“放炮”。发生“放炮”事故同时会损坏其它部位顶锤及部件，甚至造成人身伤害。判断顶锤是否即将发生断裂，目前是依靠操作工人的实践经验，主要凭听觉加以判断，如听到断裂声音立即停机。但是，若顶锤缓慢断裂时声音过小，环境噪声大或操作工人经验不丰富，都可能发生“放炮”事故。能够监控金刚石压机顶锤断裂情况的仪器目前尚未见到。本技术的目的是提供一种金刚石压机顶锤断裂监控器，它能够判别压机顶锤是否断裂，一旦发生断裂情况就自控停机，防止爆炸事故发生，保证安全生产。为了达到上述目的，本技术是这样实现的该监控器包括压机顶锤和冷却水安装体，其特征在于，它还包括六通道超声波换能传感器，分别安装在前、后、左、右、上、下各顶锤大垫块上冷却水安装体上端的安装座内，由空腔中的空气作传递介质来接收超声波信号，每一个传感器的信号输出端各自与一个前置放大器的输入端相连接，前置放大器的输出端与一个带通滤波器的输入端相连接，带通滤波器的输出端与一个中间放大器的输入端相连接，中间放大器的输出端与一个包络线检波器的输入端相连接，包络线检波器的输出端与一个判别电平比较器的负向输入端相连接，各判别电平比较器的输出端分别连接一个三端输入三“或”门的AN1～AN6口，三“或”门的输出端按顺序与微处理器的地址线A0、A1、A2口相连接，一个故障指示器的6个输入端和一个单“或”门的6个输入端则连接在微处理器的相应输出接口Q1～Q6上，一个停机控制器和一个声光报警器的输入端并接在单“或”门的正输出端上，一组正、负稳压电源向所述的各电路供电。本技术的优点是1、可防止“放炮”事故发生，保证生产安全；2、判断故障及时准确，准确度达95％，通常凭听觉判断顶锤断裂情况至采取措施停机约需5～10秒钟，用本监控器监测，一有断裂情况发生，10ms内可立即自动停机，能及时控制断裂故障恶化，消除事故隐患；3、可消除操作工人因担心发生事故的精神紧张状态，减轻劳动强度，提高劳动生产率；4、能节约维修费用，降低生产成本。附图说明图1是本监控器的传感器和安装体部分的结构示意图。图2是主机部分的结构示意图。图3工作原理框图。图4是电路图的超声波换能传感器和前置放大器部分。图5是电路图的带通滤波器、中间放大器、包络线检波器和判别电平比较器部分。图6是电路图的信号处理和故障指示部分。图7是电路图的停机控制器和声光报警器部分。图8是电路图的稳压电源部分。以下结合附图对本技术作进一步详细地描述。在图1中，13是人造金刚石压机顶锤的大垫块，安装体2焊接于大垫块13上，因为被监控的物体表面有140℃左右的高温，设置了冷却水管道3流水冷却降温，此外，压机的导电锤上存在有12V电压、100A左右的电流，还有一定的磁场和油污，会对检测产生影响，所以，超声波换能传感器不能直接与被监控物体接触，把它置于冷却水管上面的安装座内，由空腔内的空气作传递介质，排除了外界环境条件的干扰。4是屏蔽罩，5是传感器的谐振片，6是激励器，7是固定架，8是底板，9是前置放大部分的印刷电路板，10是电路板的固定螺钉，11是外壳，12是传输线。图2是主机部分的结构示意图。16是机箱，它的前面板上装有故障指示灯21，一排共有6个，分别代表和指示金刚石压机前、后、左右、上、下各顶锤的故障，例如从左到右第一个指示灯亮，说明前顶锤出现了故障，如下类推，20是电源开关，19是手动复位开关，用于清零，18是自动、手动控制倒换开关，17是扬声器开关，15是传输线插座，用于将主机与传感器连接，14是自动控制输出的接线柱，22是电源部分的线路板，23是电源箱，24是安装主机电路元器件板，25是电路板的固定螺钉，26是机箱盖，27是机箱盖的固定螺钉。图3是工作原理框图。当被监控的金刚石压机顶锤在发生断裂前的瞬间，会发射出uV～mv数量级的超声波(双箭头所示)，这个信号被超声波换能传感器接收，并转换成电信号送入前置放大器将信号放大后，经带通滤波器滤除机械噪声和低频干扰信号，然后送入中间放大器作进一步放大，放大了的信号由包络线检波器检出有用信号，输出方向不变的锯齿波信号至判别电平比较器进行比较，由比较器转换成矩形波输出，送入信号处理电路处理确认后，由信号处理器将信号分送给故障指示器、停机控制器和声光报警器，从而完成故障指示、自控停机和声光报警任务。图4是电路图的超声波换能传感器和前置放大器部分。由图可见超声波换能传感器T1连接在前置放大器A1的正向输入端，T1的频率范围是30KHZ～100KHZ。前置放大器由A1、V1、V2及外围元件C1～C5、R1～R10构成，其中C1为滤波电容，用于滤除从电源来的杂散电干扰，R1～R3组成分压电路，以保证加在T1两端的工作电压为7V左右，R5为反馈电阻，调整它可以改变A1的增益，C4是耦合电容，R6、R7是V1的偏置电阻，C4与R7同时构成一阶高通滤波器，下限截止频率为28.4KHZ，以滤除机械噪声，V2集电极上的a点。是信号的输出端，它与图5中的a点相连接。图5是电路图的带通滤波器、中间放大器、包络线检波器和判别电平比较器部分。带通滤波器由R11、R12、C6、C7构成，其通带频率为28.4KHZ＜f＜102KHZ。中间放大器由A2及外围元件R13～R17、C8构成，调整R17可以改变中放的增益，L1是高频滤波电感，C9、C10分别是正、负电源的滤波电容。包络线检波器由VD1、A3、R18～R20和积分电容C11构成，L2是滤波电感，C12、C13分别是正、负电源的滤波电容。判别电平比较器由A4及外围元件VD2～VD4、R21～R27、C14、C15、C18构成，L3是滤波电感，C16、C17分别是正、负电源的滤波电容，AN1是信号输出端。从超声波换能传感器～判别电平比较器一共有六个通道，由于电路结构完全相同，为了节省篇幅，图中只给出一个通道的电路，这六个通道的输出接口分别与图6中AN1～AN6口相连接。图6是电路图的信号处理和故障指示部分。信号处理器由微处理器D2，(使用型号为MC14599)，三输入端三或门D1，它们的输出端分别连接D2的地址线A0、A1、A2，输入端或门D3，非门D4以及外围元件R28～R32，R19～C22构成，其中C20与R30组成自动复位清零电路，VB是手动复位清零按钮，R40、V3、R33、VD5构成信号处理器的工作状态监视，正常工作时VD5亮，AN1～AN6是前面各通道来的信输入接口，b点是自控停机和声光报警信号的输出端。故障指示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金刚石压机顶锤断裂监控器，它包括，压机顶锤和冷却水安装体，其特征在于，它还包括：六通道超声波换能传感器，分别安装在前、后、左、右、上、下各顶锤大垫块（１３）上冷却水安装体（２）上端的安装座内，由空腔中的空气作传递介质来接收超声波信号，空腔中设屏蔽罩（４）、谐振片（５）和激励器（６），每一个传感器的信号输出端各自与一个前置放大器的输入端相连接，前置放大器的输出端与一个带通滤波器的输入端相连接，带通滤波器的输出端与一个中间放大器的输入端相连接，中间放大器的输出端与一个包络线检波器的输入端相连接，包络线检波器的输出端与一个判别电平比较器的负向输入端相连接，各判别电平比较器的输出端分别连接一个三端输入三“或”门的ＡＮ１～ＡＮ６口，三“或”门的输出端按顺序与微处理器的地址线Ａ０、Ａ１、Ａ２口相连接，一个故障指示器的６个输入端和一个单“或”门的６输入端则连接在微处理器的相应输出接口Ｑ１～Ｑ６上，一个停机控制器和一个声光报警器的输入端并接在单“或”门的正输出端上，一组正、负稳压电源向所述的各电路供电。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王林，顾茂林，
申请(专利权)人：王林，
类型：实用新型
国别省市：45[中国|广西]