CN104792655B - 一种密度检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出的一种密度检测系统，包括：光电感应模块、超声驱动模块、第一超声探头、第二超声探头、信号处理模块、温度传感器和核心控制模块；核心控制模块与光电感应模块、超声驱动模块、信号处理模块和温度传感器连接；第一超声探头与超声驱动模块连接，第二超声探头与信号处理模块连接，核心控制模块根据信号处理模块的处理结果计算待测介质的密度。本发明采用超声波检测乳化炸药或基质的密度，实现了连续化、自动化的检测，有利于降低劳力成本，且对检测数据进行记录，保证了检测过程的可追溯性。
Description
技术领域
本发明涉及工业检测技术领域，尤其涉及一种密度检测系统。
背景技术
乳化炸药及乳化炸药制备前的乳化基质密度控制是乳化炸药质量控制和生产安全控制的关键，通过控制它们的密度可以直接控制乳化炸药爆炸性能及储存期稳定性。在生产线的固定位置测试乳化炸药密度也可以间接地了解乳化基质中游离硝酸铵含量，对乳化基质的密度检测可以发现油水相输送管路是否有渗漏、配比是否正确以及系统是否过热导致硝酸铵分解。综上，生产过程中对乳化基质以及乳化炸药的密度进行检测是必不可少的。
目前，乳化炸药和乳化基质密度检测方法都是基于测量一定质量样品的体积进而通过质量除以体积算出样品的密度。在生产中应用的方法有量筒法、密度杯法、静水力学天平等方法。这些方法都不能够实现对乳化炸药或乳化基质密度的连续检测，都需要有固定人员在现场进行操作且操作时间较长。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种密度检测系统。
一种密度检测系统，包括：光电感应模块、超声驱动模块、第一超声探头、第二超声探头、信号处理模块、温度传感器和核心控制模块；
核心控制模块与光电感应模块、超声驱动模块、信号处理模块和温度传感器连接；
光电感应模块用于检测待测介质是否浸没第一超声探头和第二超声探头，核心控制模块根据光电感应模块的检测结果控制超声驱动模块的工作状态；
温度传感器用于检测待测介质的温度，核心控制模块用于根据待测介质的温度向超声驱动模块发出预定频率的方波脉冲；
第一超声探头与超声驱动模块连接，超声驱动模块用于将核心控制模块产生的方波脉冲转换成尖脉冲并驱动第一超声探头发出具有预定频率和预定波幅的超声波；
第二超声探头与信号处理模块连接，第二超声探头用于接收第一超声探头发出的超声波，信号处理模块对超声波进行放大滤波和波形比较处理，并提取回波峰值电压和回波频率；
核心控制模块根据信号处理模块的处理结果计算待测介质的密度。
优选地，核心控制模块中预设有多个不同频率的方波脉冲和多个温度范围，每个温度范围对应一个频率的方波脉冲，核心控制模块根据待测介质的温度所在的温度范围向超声驱动模块发出方波脉冲，所述方波脉冲的频率与所述温度范围相对应。
优选地，核心控制模块具体用于：根据超声波在待测介质中传播的声速VC，通过声速补偿将声速VC换算成与标定温度对应的标定声速VZC，并根据标定声速VZC结合预设的密度计算模型获取待测介质的密度值；
优选地，具体计算公式如下：
其中，L为第一超声探头和第二超声探头的间距，t为超声波在待测介质中的传播时间；
VZC＝m1×VC+m2×T+m3，
其中，T为待测介质的温度，m1、m2、m3为计算常数并取决于待测介质的性质；
密度计算模型为：
其中，k、f为计算常数并分别取决于待测介质的性质；
或者，g为计算常数并取决于待测介质的性质；
或者，ρ＝a×vzc+b，a、b为计算常数并取决于待测介质的性质。
优选地，核心控制模块通过将信号处理模块处理后的超声波与方波脉冲进行比较，根据回波峰值电压变化和回波频率相对于方波脉冲的变化判断待测介质中有无气泡。
优选地，还包括显示模块，显示模块与核心控制模块连接用于进行数据显示，。
优选地，还包括通信模块，通信模块与核心控制模块连接用于与外部进行通信以将待测介质的密度发送出去。
优选地，还包括数据记录模块，数据记录模块与核心控制模块连接用于记录存储数据。
优选地，信号处理模块包括放大滤波单元和波形比较单元，其中放大滤波单元对超声波进行放大滤波，波形比较单元对超声波进行波形比较处理，并提取回波峰值电压和回波频率。
优选地，光电感应模块由六个光电感应器组成，六个光电感应器分别分布在可同时包裹第一超声探头和第二超声探头的立方体或长方体的六个面上。
优选地，核心控制模块通过光电耦合器连接超声驱动模块，并通过温度处理模块连接温度传感器。
本发明提供的密度检测系统，通过检测超声波在待测介质中的传播，结合系统中预设的参数、计算模型可自动获取待测介质的密度，并进行显示和记录。本发明采用超声波检测乳化炸药或基质的密度，实现了连续化、自动化的检测。
本发明利用超声波进行检测，耗时少，效率高，过程连续，有利于保证检测过程的可靠性。本发明实现了无人化检测，有利于降低劳力成本，且对检测数据进行记录，保证了检测过程的可追溯性。结合超声波的特性，本发明在运行过程中，检测机构容易清理，有利于保证系统运行的可靠性。
综上所述，本发明能够固定安装在生产线上并可以连续检测乳化炸药或乳化基质、检测精度高、使用寿命长
附图说明
图1为本发明提出的一种密度检测系统硬件连接图。
具体实施方式
参照图1，本发明提出的一种密度检测系统，包括：光电感应模块、超声驱动模块、第一超声探头、第二超声探头、信号处理模块、温度传感器、温度处理模块、核心控制模块、数据记录模块、通信模块、显示模块和电源模块。
电源模块分别用于对光电感应模块、超声驱动模块、第一超声探头、第二超声探头、信号处理模块、温度传感器、温度处理模块、核心控制模块、数据记录模块、通信模块和显示模块进行供电。
核心控制模块分别与光电感应模块、超声驱动模块、信号处理模块、温度处理模块、数据记录模块、通信模块和显示模块连接。
光电感应模块用于检测待测介质是否浸没第一超声探头和第二超声探头，核心控制模块根据光电感应模块的检测结果控制超声驱动模块的工作状态。具体地，通过设置可令光电感应模块检测到待测介质浸没第一超声探头和第二超声探头时，光电感应模块向核心控制模块发送高电平，从而驱动核心控制模块开始工作。
本实施方式中，光电感应模块由六个光电感应器组成，六个光电感应器分别分布在可同时包裹第一超声探头和第二超声探头的立方体或长方体的六个面上，以保证当检测到待测介质浸没第一超声探头和第二超声探头时，第一超声探头和第二超声探头之间的信号完全通过待测介质传播。
温度传感器与温度处理模块连接。温度传感器用于检测待测介质的温度，温度处理模块可对温度传感器检测到的温度进行修正，核心控制模块用于根据待测介质的温度向超声驱动模块发出预定频率的方波脉冲。
第一超声探头与超声驱动模块连接，超声驱动模块用于将核心控制模块产生的方波脉冲转换成尖脉冲并驱动第一超声探头发出具有预定频率和预定波幅的超声波。本实施方式中，超声驱动模块与核心控制模块之间设置有光电耦合器进行信号隔离，防止干扰。
第二超声探头与信号处理模块连接，第二超声探头用于接收第一超声探头发出的超声波，信号处理模块对超声波进行放大滤波和波形比较处理，并提取回波峰值电压和回波频率。
本实施方式中，信号处理模块包括放大滤波单元和波形比较单元，放大滤波单元用于对超声波进行放大，并滤除杂波；波形比较单元接收放大滤波单元模块处理后的超声波并进行波形比较处理，且提取回波峰值电压和回波频率。
核心控制模块根据信号处理模块的处理结果计算待测介质的密度。
核心控制模块包括单片机和时钟电路，单片机分别连接时钟电路、光电感应模块、温度处理模块、超声驱动模块、信号处理模块、数据记录模块、通信模块和显示模块，并根据光电感应模块和温度处理模块的检测结果控制超声驱动模块工作，然后对信号处理模块发送来的数据进行处理，并根据处理结果控制数据记录模块、通信模块和显示模块工作。单片机优选地使用AVR单片机ATMAGE16等。
本实施方式中，通过设定可使得当光电感应模块检测到第一超声探头、第二超声探头被完全包裹时，光电感应模块向单片机发送一个高电平，以驱动单片机进入工作状态。
单片机中预设有多个不同频率的方波脉冲和多个温度范围，每个温度范围对应一个频率的方波脉冲。在工作状态下，当光电感应模块检测到待测介质完全浸没第一超声探头和第二超声探头，单片机根据待测介质的温度所在的温度范围向超声驱动模块发出方波脉冲，该方波脉冲的频率与待测介质的温度所在的温度范围温度范围相对应，即核心控制模块向超声波驱动模块发送的预定频率的方波脉冲与待测介质的温度具有联动性，超声驱动模块将方波脉冲转换成相同频率的尖脉冲以驱动第一超声探头发射预定频率和预定波幅的超声波，超声波穿过待测介质被第二超声探头接收；第二超声探头接收到超声波后发送到信号处理模块。
本实施方式中，当单片机输出频率为30KHz、占空比为50％方波，峰值电压为+5V，超声驱动模块接收到方波脉冲后进行微分和功率放大，方波脉冲经过微分后变成频率为30KHz的尖脉冲，经过功率放大后便可驱动第一超声探头发出频率为30KHz的超声波。
本实施方式中，核心控制模块通过将信号处理模块处理后的超声波与方波脉冲进行比较，根据回波峰值电压变化和回波频率相对于方波脉冲的变化判断待测介质中有无气泡。具体地，核心控制模块中预设有第一浮动阈值和第二浮动阈值，核心控制模块将超声波与方波进行比较，当回波峰值电压变化超过第一浮动阈值，或者回波频率变化超过第二浮动阈值，则表示待测介质中有气泡；当回波峰值电压变化不超过第一浮动阈值，或者回波频率变化不超过第二浮动阈值，则表示待测介质中没有气泡。
本实施方式中，数据记录模块根据核心控制模块的指令进行数据存储，其存储的数据包括检测时间、待测介质温度、回波峰值电压、回波频率、待测介质的密度值等。
通信模块用于与外部设备进行通信，从而可将该密度检测系统的检测结果发送到外部设备，也可用于对该密度检测系统内部参数的修改。
显示模块用于显示数据。本实施方式中，显示模块显示的数据包括：温度、密度值、回波峰值电压、回波频率以及待测介质中有无气泡的判断结果，以便工作人员更加直观的了解待测介质情况。具体地，当待测介质中被判断出有气泡时，显示模块显示“有气泡”或其他字样。
本实施方式中，核心控制模块中预设有标定温度和密度计算模型。
核心控制模块获得当前温度下待测介质的声速VC后，通过声速补偿将声速VC换算成与标定温度对应的标定声速VZC，并根据标定声速VZC结合预设的密度计算模型获取待测介质的密度值。
其中，
L为第一超声探头和第二超声探头的间距，t为超声波在待测介质中的传播时间。
VZC＝m1×VC+m2×T+m3，T为待测介质的温度，m1、m2、m3为计算常数并取决于待测介质的配方或工艺。
本实施方式中，密度计算模型的选取与待测介质的性质有关系。
当待测介质为悬浮液时，密度计算模型可采用：
k、f为计算常数并分别取决于待测介质的配方和性质，K为与分散相和连续相的体积模量有关的参数，f为与材料的粘度、分散粒径大小有关的参数。
具体实施时，k、f可视具体情况简化为一个参数，此时，密度计算模型为：
g为计算常数并取决于待测介质的配方和性质。
当待测介质的密度范围较小时，可以近似认为密度与声速成线性关系，密度计算模型可采用：
ρ＝a×vzc+b，a、b为计算常数并取决于待测介质的配方或工艺。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种密度检测系统，其特征在于，包括：光电感应模块、超声驱动模块、第一超声探头、第二超声探头、信号处理模块、温度传感器和核心控制模块；
核心控制模块与光电感应模块、超声驱动模块、信号处理模块和温度传感器连接；
光电感应模块用于检测待测介质是否浸没第一超声探头和第二超声探头，核心控制模块根据光电感应模块的检测结果控制超声驱动模块的工作状态；
温度传感器用于检测待测介质的温度，核心控制模块用于根据待测介质的温度向超声驱动模块发出预定频率的方波脉冲；
第一超声探头与超声驱动模块连接，超声驱动模块用于将核心控制模块产生的方波脉冲转换成尖脉冲并驱动第一超声探头发出具有预定频率和预定波幅的超声波；
第二超声探头与信号处理模块连接，第二超声探头用于接收第一超声探头发出的超声波，信号处理模块对超声波进行放大滤波和波形比较处理，并提取回波峰值电压和回波频率；
核心控制模块根据信号处理模块的处理结果计算待测介质的密度；
核心控制模块中预设有多个不同频率的方波脉冲和多个温度范围，每个温度范围对应一个频率的方波脉冲，核心控制模块根据待测介质的温度所在的温度范围向超声驱动模块发出方波脉冲，所述方波脉冲的频率与所述温度范围相对应。
2.如权利要求1所述的密度检测系统，其特征在于，核心控制模块具体用于：根据超声波在待测介质中传播的声速VC，通过声速补偿将声速VC换算成与标定温度对应的标定声速VZC，并根据标定声速VZC结合预设的密度计算模型获取待测介质的密度值；
具体计算公式如下：
<mrow>
<msub>
<mi>V</mi>
<mi>C</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mi>L</mi>
<mi>t</mi>
</mfrac>
<mo>&times;</mo>
<msup>
<mn>10</mn>
<mn>4</mn>
</msup>
<mo>,</mo>
</mrow>
其中，L为第一超声探头和第二超声探头的间距，t为超声波在待测介质中的传播时间；
VZC＝m1×VC+m2×T+m3，
其中，T为待测介质的温度，m1、m2、m3为计算常数并取决于待测介质的性质；
密度计算模型为：
其中，k、f为计算常数并分别取决于待测介质的性质；
或者，g为计算常数并取决于待测介质的性质；
或者，ρ＝a×vzc+b，a、b为计算常数并取决于待测介质的性质。
3.如权利要求1所述的密度检测系统，其特征在于，核心控制模块通过将信号处理模块处理后的超声波与方波脉冲进行比较，根据回波峰值电压变化和回波频率相对于方波脉冲的变化判断待测介质中有无气泡。
4.如权利要求1所述的密度检测系统，其特征在于，还包括显示模块，显示模块与核心控制模块连接用于进行数据显示。
5.如权利要求1所述的密度检测系统，其特征在于，还包括通信模块，通信模块与核心控制模块连接用于与外部进行通信以将待测介质的密度发送出去。
6.如权利要求1所述的密度检测系统，其特征在于，还包括数据记录模块，数据记录模块与核心控制模块连接用于记录存储数据。
7.如权利要求1所述的密度检测系统，其特征在于，信号处理模块包括放大滤波单元和波形比较单元，其中放大滤波单元对超声波进行放大滤波，波形比较单元对超声波进行波形比较处理，并提取回波峰值电压和回波频率。
8.如权利要求1所述的密度检测系统，其特征在于，光电感应模块由六个光电感应器组成，六个光电感应器分别分布在可同时包裹第一超声探头和第二超声探头的立方体或长方体的六个面上。
9.如权利要求1至8任一项所述的密度检测系统，其特征在于，核心控制模块通过光电耦合器连接超声驱动模块，并通过温度处理模块连接温度传感器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C53 | Correction of patent for invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Li Jianzhen Inventor after: Fang Zhimei Inventor after: Bao Chuanqi Inventor after: Chi Ping Inventor after: Wang Mei Inventor after: Yang Bin Inventor after: Yin Mingfeng Inventor after: Yang Xiaosi Inventor before: Xia Zhengzhong |
|
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: XIA ZHENGZHONG TO: LI JIANZHEN FANG ZHIMEI BAO CHUANQI CHI PING WANG MEI YANG BIN YIN MINGFENG YANG XIAOSI |
|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |