CN103185553A

CN103185553A - 一种板材宽度检测的装置

Info

Publication number: CN103185553A
Application number: CN2011104511303A
Authority: CN
Inventors: 撒潮; 黄丽燕; 李玉株; 刘丹娟; 俞舟燕
Original assignee: Beijing Forestry University
Current assignee: Beijing Forestry University
Priority date: 2011-12-30
Filing date: 2011-12-30
Publication date: 2013-07-03

Abstract

本发明公开了一种板材宽度检测的装置，该装置包括：由固定座和台面构成的测试台，固定座前设置有台面；分为两组的4个宽度传感器，各组中的两宽度传感器分别通过台面上设有的各宽度传感器对应的固定装置安装在板材宽度方向上的两侧，且位于同一直线；组间同一侧的厚度传感器在垂直板材宽度度方向上位于同一直线上；各传感器连接到各自对应的信号调理模块，所述各自对应的信号调理模块并行连接到单片机，单片机再通过串口连接到计算机。经工厂实践证明，能够实现利用超声波和其他检测手段实现对木材的无损检测中对宽度检测的要求，对人造板强度进行无损在线检测具有重要的意义，也是提高人造板利用率的一个极其重要手段。

Description

一种板材宽度检测的装置

技术领域

本发明涉及测量领域，特别是涉及一种板材宽度检测的装置。

背景技术

随木材需求量的提高，采用人造板来代替原木锯材成为高效利用木材资源的有效方法之一。人造板的优点是：幅面大，结构性好，施工方便；膨胀收缩率低，尺寸稳定，材质较锯材均匀，不易变形开裂；作为人造板原料的单板及各种碎料易于浸渍，因而可作各种功能性处理(如阻燃、防腐、抗缩、耐磨等)；范围较宽的厚度级及密度级适用性强；弯曲成型性能比锯材好。人造板的缺点是胶层会老化，长期承载能力差，所以对人造板强度进行无损在线检测具有重要的意义，也是提高人造板利用率的一个极其重要手段。现有技术中木材检测不方便，检测效率低的缺陷，目前，在我国还没有木材力学强度在线实时检测设备。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种板材无损检测方法中板材宽度检测的装置，以实现板材的无损检测，解决现有技术所存在木材检测不方便，检测效率低的缺陷，并能够对其检测到的板材进行等级的划分。

工作原理：

根据“穿透法”或叫透射法，即用一发射换能器发射超声脉冲波，让超声波在所检测的木材中传播，然后由接收换能器接收。被接收到的超声波信号转化为电信号，再经超声波接收电路进行信号处理后送入单片机中，即可算出超声波在板材中的时间，在根据

V_速＝L/T (1)

式(1)中L一板材的长度

T一超声波在板材中的传播时间

V_速一超声波在板材中的传播速度

Ev＝ρV_速 ²， (2)

式(2)中Ev一板材动态弹性模量

ρ一板材平均密度

ρ＝M/V_体 (3)

式(3)中M一板材的质量

V_体一板材的体积

V_体＝L*W*H (4)

式(4)中L一板材的长度

W一板材的宽度

H一板材的厚度

根据(1)、(2)、(3)、(4)得出板材的动态弹性模量：

又因为弹性模量与板材的力学强度的正相关性，在将不同板材划分相应的等级。

为达到上述目的中的板材宽度的检测，本发明是通过以下技术方案来实现的：

本发明公开了一种板材宽度检测的装置，该装置包括：

由固定座和台面构成的测试台，固定座前设置有台面；

分为两组的4个宽度传感器，各组中的两宽度传感器分别通过台面上设有的各宽度传感器对应的固定装置安装在板材宽度方向上的两侧，且位于同一直线；组间同一侧的厚度传感器在垂直板材宽度度方向上位于同一直线上；

各传感器连接到各自对应的信号调理模块，所述各自对应的信号调理模块并行连接到单片机，单片机再通过串口连接到计算机。

在上述装置中，所述宽度传感器是内置有弹簧的位移传感器。

在上述装置中，所述各自对应的信号调理模块采用相同的电路形式，包括依次相连的前置仪表放大电路，八阶低通滤波电路，电压电流转换电路，电流电压转换电路，AD转换电路、单片机采集电路。

在上述装置中，所述各宽度传感器对应的固定装置由气缸驱动在板材宽度方向上，可背离板材运动。

在上述装置中，所述的八阶低通滤波电路包括4个电路形式相同但参数不同的低通滤波器，其中各滤波器以串联的方式连接。

在上述装置中，所述的电压电流转换电路包括二个运算放大器和一个P沟道场效应管和一个N沟道场效应管；其中，第一运算放大器的正输入端是所述的电压电流转换电路的输入端，P沟道场效应管的源极是所述电压电流转换电路的输出端；

第一运算放大器的负输入端与N沟道场效应管的源极经下拉电阻与地连接，第一运算放大器的输出端与N沟道场效应管的栅极连接，第二运算放大器的正输入端与P沟道场效应管的漏极经上拉电阻与电源连接，第二运算放大器的负输入端与P沟道场效应管的源极经上拉电阻与电源连接，第二运算放大器的输出端与P沟道场效应管的栅极连接。

在上述装置中，所述的电流电压转换电路采用三运放差分放大电路的形式。

由上可见，本发明中的一种板材宽度检测的装置，能够实现利用超声波和其他检测手段实现对木材的无损检测中对宽度检测的要求，对人造板强度进行无损在线检测具有重要的意义，也是提高人造板利用率的一个极其重要手段。

附图说明

图1是本发明实施例中的板材无损检测方法的系统框图；

图2是本发明实施例中的板材宽度测量装置的传感器安装位置示意图；

图3是本发明实施例中的板材宽度测量装置中的一组宽度测量系统示意图；

图4是本发明实施例中的电压电流转换电路图；

图5是本发明实施例中的电流电压电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

本发明实施例中提供了板材无损检测的装置的具体实现，图1是本发明实施例中的板材无损检测方法的系统框图，如图1所示，包括以下几个方面：

1.板材厚度检测的装置101，用于测量板材的厚度。厚度的测量主要是测量厚度的微小变化量，每一批木材在工厂中的厚度都大致相同，可表示为(W+Δw)。首先将这个标准量设为W，只需测量每一块木材和标准值的变化量Δw(Δw有正负之分)，通过给定一对位移传感器固定的距离，当厚度发生变化时，位移传感器的压进量改变，在通过信号调理电路，将信号采进控制器中，从而进行厚度计算。

2.板材长度检测的装置102。在长度的测量中，系统可通过板材向前运动时与旋转编码器的摩擦力来带动旋转编码器的运动，通过测量板材行走时带动旋转编码器运动的圈数来获得板材的长度。脉冲输出电路和鉴相电路的输出经长线传输后接入数据采集卡的计数口和数字口中。通过记得的脉冲个数乘以常数即可得出板材的长度。其中常数＝(与板材接触滚动的旋转编码器的周长)/旋转编码器码数。

3.测厚和测长结束后，到达测宽，测重和波速的静态测量平台，其中包括质量测量装置103，宽度测量装置104和时间测量装置105。本发明考虑到工业现场的客观条件、机架部分的受力、和称重传感器的性能等相关因素，采用了静态测量的方式，当板材到达后静态测量台后，由光电传感器发出信号，开始采样称重信号。多次测量取平均值以提高测量的精度。因称重传感器采集的信号为电流信号，故经长线传输后直接通过电流变电压调理电路后送入与上位机相连的数据采集卡中进行数据的采集。

4.重量测量结束后，开始波速的测量。其中，波速测量又包括板材宽度测量装置104和在宽度方向上的超声波的传播时间的测量装置105。

与厚度测量相类似的方式，宽度的测量也是测量宽度的微小变化量。通过给定一对位移传感器固定的距离，当宽度发生变化时，位移传感器的压进量改变。位移传感器的输出信号通过信号调理电路后接入单片机。

其中，板材宽度测量装置包括由固定座和台面构成的测试台，固定座前设置有台面；分为两组的4个宽度传感器；各传感器连接到各自对应的信号调理模块，各自对应的信号调理模块并行连接到单片机，单片机再通过串口连接到计算机。宽度传感器是内置有弹簧的位移传感器。其对应的固定装置由气缸驱动在板材宽度方向上，可背离板材运动。

图2是本发明实施例中的板材宽度测量装置的传感器安装位置示意图，如图2所述，各组中的两宽度传感器分别通过台面上设有的各宽度传感器对应的固定装置安装在板材宽度方向上的两侧，且位于同一直线；组间同一侧的厚度传感器在垂直板材宽度度方向上位于同一直线上。

图3是本发明实施例中板材宽度测量装置中的一组宽度测量系统示意图，如图3所示，各自位移传感器对应的信号调理模块采用相同的电路形式，包括依次相连的前置仪表放大电路，低通滤波电路，电压电流转换电路，电流电压转换电路，模拟开关，AD转换电路、单片机采集电路。因为每组中的两个传感器采集的信号要送入一个单片机中进行宽度的计算，因此，需要应用到模拟开关电路实现对处理过后的信号分批采样。

其中，低通滤波电路采用的是八阶低通滤波电路，其包括4个电路形式相同但参数不同的低通滤波器，其中各滤波器以串联的方式连接。

图4是本发明实施例中的电压电流转换电路图，如图4所示：

电压电流转换电路包括二个运算放大器和一个P沟道场效应管和一个N沟道场效应管；其中，第一运算放大器的正输入端是所述的电压电流转换电路的输入端，P沟道场效应管的源极是所述电压电流转换电路的输出端；

第一运算放大器的负输入端与N沟道场效应管的源极经下拉电阻与地连接，第一运算放大器的输出端与N沟道场效应管的栅极连接，第二运算放大器的正输入端与P沟道场效应管的漏极经上拉电阻与电源连接，第二运算放大器的负输入端与P沟道场效应管的源极经上拉电阻与电源连接，第二运算放大器的输出端与P沟道场效应管的栅极连接。通过电压电流转换电路可将采集变换后的电压信号转换为0～20mA的电流信号，以用于现场环境中的长线传输。传统的电压电流转换电路采用的是已有的集成芯片，但是本发明中设计的电路，能够实现电压电流转换目的，且具有更好的经济性。

图5是本发明实施例中的电流电压电路图，如图5所述，电流电压转换电路采用三运放差分放大电路的形式。

同时，单片机接收到上位机的发送的超声波测量信号后，向超声波发送电路发送脉冲信号，并启动时间测量模块开始计时。发送的脉冲信号经过超声波发射电路后激励超声波传感器发送超声波，穿透板材被另一端的超声波传感器接收信号后经过超声波接收电路调理信号，产生边沿信号，使时间测量模块停止计时。单片机通过读取计时芯片的时间数据，并同时根据之前测量的宽度数据，将其测量的数据和计算得出的速度值回传给计算机。

5.包括数据采集单元和数据处理单元的评价单元106。本发明中，数据采集单元为数据采集卡，数据处理单元为上位机。上位机根据数据采集卡采集到的数据和处理得到的多种数据进行运算。根据上述原理的得出板材的弹性模量以进行等级划分。

6.本发明实施例中的方法，还进一步包括显示单元107，用于显示各测量装置的测量结果，以及根据测量结果计算出的板材弹性模量和板材的等级情况。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims

1.一种板材宽度检测的装置，其特征在于，该装置包括：

由固定座和台面构成的测试台，固定座前设置有台面；

分为两组的4个宽度传感器，各组中的两宽度传感器分别通过台面上设有的各宽度传感器对应的固定装置使其安装在板材宽度方向上的两侧，且位于同一直线；组间同一侧的厚度传感器在垂直板材宽度度方向上位于同一直线上；

各传感器连接到各自对应的信号调理模块，各自对应的信号调理模块并行连接到单片机，单片机再通过串口连接到计算机。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述宽度传感器是内置有弹簧的位移传感器。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述各自对应的信号调理模块采用相同的电路形式，包括依次相连的前置精密放大电路，八阶低通滤波电路，电压电流转换电路，电流电压转换电路，AD转换电路、单片机采集电路。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述各宽度传感器对应的固定装置由气缸驱动在板材宽度方向上，可背离板材运动。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述的八阶低通滤波电路包括4个电路形式相同但参数不同的低通滤波器，其中各滤波器以串联的方式连接。

6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，

所述的电压电流转换电路包括二个运算放大器和一个P沟道场效应管和一个N沟道场效应管；其中，第一运算放大器的正输入端是所述的电压电流转换电路的输入端，P沟道场效应管的源极是所述电压电流转换电路的输出端；

7.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，

所述的电流电压转换电路采用三运放差分放大电路的形式。