CN116359344A - 一种用于检测超声水表表体注塑质量的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及超声波水表技术领域，公开了一种用于检测超声水表表体注塑质量的方法及装置，引入超声波信号信噪比和超声波信号强度这两个能直接、明确地反映表体超声波透过性能的指标，基于对上述两个指标的检测与分析，设计了标准的装置与系统的方法，实现了对表体超声波透过性能量化、客观的评价，从而规范、准确地检测了表体注塑质量。同时方案还具有成本低、对工作环境要求低的优势，方便用于超声水表产线，工程实用性强。
Description
技术领域
本发明涉及超声波水表技术领域，尤其涉及一种用于检测超声水表表体注塑质量的方法及装置。
背景技术
超声波换能器是超声水表中用于信号收发的核心器件。根据安装方式的不同，可将超声波换能器分为一体式和独立式两种，其中一体式换能器直接把压电陶瓷粘接在超声水表管段表面，具有成本低、扰流小、管段可靠性好等优点，是超声水表换能器结构的优选方案。对于一体式换能器方案，压电陶瓷下方的水表表体的管壁起到了作为匹配层的作用。匹配层的用于提高超声波的收发效率，作用关键，对表体注塑质量有比较高的要求，因此需要对表体注塑质量进行检测。
对于表体注塑质量检测，现有方案的技术问题在于目前业内的激光全息、红外、热成像法、射线等各种无损检测技术都存在一个共同缺点——只能通过观察确定出的气泡、裂纹等缺陷的情况来间接地判断表体的超声波透过性能——由于气泡、裂纹多，所以判断表体的超声波透过性能不好。这种评价原则可能会带有主观因素，不够系统、标准，从而也就无法规范、准确地评价表体注塑质量。业内仍缺少利用能直接、明确地反映表体超声波透过性能的量化指标去实现评价与判断的方案。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足和缺陷，提供了一种适用于超声水表的表体注塑质量检测装置，引入超声波信号信噪比和超声波信号强度这两个能直接、明确地反映表体超声波透过性能的指标，基于对上述两个指标的检测与分析，设计了系统、标准的方案，实现对表体超声波透过性能的量化、客观的评价，从而规范、准确地检测了表体注塑质量。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种用于检测超声水表表体注塑质量的方法，包括如下步骤：
S1，安装标准表表体到第一测量模块上，表体支撑梁插入水表管段中，表体朝上，使待粘接压电陶瓷的位置正对第一换能器、第二换能器。
S2，控制第一液压升降柱伸长，使第一测量模块滑动到滑轨最左端，表体支撑梁前端插入左支撑臂的开孔中，从而与左支撑臂共同形成“工”字型支撑结构。
S3，控制第二液压升降柱伸长，使第二测量模块下降至接触表体。
S4，根据压力传感器调整第二液压升降柱，从而控制压力大小，使各换能器软质层与表体外壳紧密贴合。
S5，通过数据处理系统测试各换能器的阻抗与相位角，实现第一换能器和第三换能器、第二换能器和第四换能器的配对。
S6，数据处理系统通过导线给第一换能器、第二换能器施加正弦波电激励信号。
S7，第一换能器、第二换能器受到激励后发出超声波信号，穿过软质层-表体外壳-软质层，到达第三换能器、第四换能器，完成超声波信号的收发。
S8，第三换能器、第四换能器将接收的超声波信号转换为电信号后，通过导线传至数据处理系统。
S9，数据处理系统的示波器模块直接得出接收电信号的信号强度；数据处理系统根据离散傅里叶变换计算得出接收信号信噪比。
S10，拆下标准表。
S11，安装待测表表体到第一测量模块上，表体支撑梁插入水表管段中，表体朝上，使待粘接压电陶瓷的位置正对第一换能器、第二换能器。
S12，控制第一液压升降柱伸长，使第一测量模块滑动到滑轨最左端，表体支撑梁前端插入左支撑臂的开孔中，从而与左支撑臂共同形成“工”字型支撑结构。
S13，控制第二液压升降柱伸长，使第二测量模下降至接触表体。
S14，根据压力传感器调整第二液压升降柱，施加与中相同的压力，使各换能器软质层与表体外壳紧密贴合。
S15，通过数据处理系统测试各换能器的阻抗与相位角，实现第一换能器和第三换能器、第二换能器和第四换能器的配对。
S16，数据处理系统通过导线给第一换能器、第二换能器施加正弦波电激励信号。
S17，第一换能器、第二换能器受到激励后发出超声波信号，穿过软质层-表体外壳-软质层，到达第三换能器、第四换能器，完成超声波信号的收发。
S18，第三换能器、第四换能器将接收的超声波信号转换为电信号后，通过导线传至数据处理系统。
S19，数据处理系统的示波器模块直接得出接收电信号的信号强度；数据处理系统根据离散傅里叶变换计算得出接收信号信噪比。
S20，若存在以下任一情况，则待测表体注塑质量不合格；否则判定表体注塑质量合格：
（1）q2<0.9q1；
（2）w2<0.9w1。
一种用于检测超声水表表体注塑质量的装置，包括测量系统与数据处理系统；
测量系统包括底座、支撑架、第一测量模块、第二测量模块。
支撑架包括左支撑臂、右支撑臂与上支撑梁。
第一测量模块包括表体支撑梁、表体支撑臂、第一换能器、第二换能器、第一液压升降柱。
第二测量模块包括换能器安装模块、第三换能器、第四换能器、第二液压升降柱、压力传感器。
所述各换能器表面均有软质层，通过软质层实现各换能器与水表表体的紧密贴合。
第一换能器、第二换能器嵌入安装在表体支撑臂上；支撑架呈“门”字型，上支撑梁两端分别连接左支撑臂与右支撑臂的顶端；左支撑臂与右支撑臂的底端安装在底座上；左支撑臂下端有开孔；第三换能器、第四换能器嵌入安装在换能器安装模块下方；换能器安装模块顶端连接压力传感器底端；压力传感器顶端连接第二液压升降柱底端；第二液压升降柱顶端安装在上支撑梁上；底座上设有滑轨；表体支撑臂安装于滑轨上；表体支撑臂左边连接表体支撑梁，右边连接第一液压升降柱；第一液压升降柱安装在右支撑臂上；表体支撑臂滑动到滑轨最左端时，表体支撑梁插入左支撑臂下端开孔，形成“工”字型支撑结构来支撑表体；通过导线，数据处理系统分别电连接第一换能器、第二换能器、第一液压升降柱、第三换能器、第四换能器、第二液压升降柱。
通过控制第二液压升降柱的伸缩来控制第二测量模块的升降；通过控制第一液压升降柱的伸缩来控制第一测量模块的左右滑动。
优选地，安装水表表体进行检测时，表体支撑梁插入水表管段中。
优选地，通过数据处理系统控制超声波信号的收发、给表体施加的压力大小与液压升降柱的伸缩；通过数据处理系统测试各换能器的阻抗与相位角。
优选地，所述软质层材料包括但不限于硅胶、橡胶。
本发明的有益技术效果：引入超声波信号信噪比和超声波信号强度这两个能直接、明确地反映表体超声波透过性能的指标，基于对上述两个指标的检测与分析，设计了系统、标准的方案，实现了对表体超声波透过性能量化、客观的评价，从而规范、准确地检测了表体注塑质量。同时方案还具有成本低、对工作环境要求低的优势，方便用于超声水表产线，工程实用性强。
附图说明
图1为本发明所述检测装置的整体结构示意图。
图2为本发明中底座及支撑架示意图。
图3为本发明中第一测量模块示意图。
图4为本发明中第二测量模块示意图。
图5为本发明实施例的总体流程图。
附图标号：1为数据处理系统，2为支撑架，3为底座，4a为第一测量模块，4b为第二测量模块，5为右支撑臂，6为滑轨，7为上支撑梁，8为左支撑臂，9为开孔，10为表体支撑臂，11a第一为液压升降柱，12a为第一换能器，12b为第二换能器，13为表体支撑梁，11b为第二液压升降柱，12c为第三换能器，12d为第四换能器d，14为压力传感器，15为换能器安装模块。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定本发明。
方案原理：由于超声波信号直接穿过了注塑表体，当表体在注塑时出现气泡、裂纹、玻纤含量不均匀、密度不均匀及模量不均匀等缺陷时，就会对超声波信号的透过性能产生影响，即通过性能降低，这会直接导致信号接收端的信号强度及信噪比较低，这种表体在粘接压电陶瓷并组成换能器后，其信号收发效率会比较低，不满足计量要求，因此选择这两项直接、明确的量化指标去评价与判断超声波透过性能。所以基于上述内容，先测试注塑质量被定义为良好的标准表体信号接收端的信号强度及信噪比，以其测试数据作为标准数据；然后测试待测表体信号接收端的信号强度及信噪比，当所测数据低于标准数据的90%时，就可以判定为不合格表体。
实施例：
如图1所示，一种用于检测超声水表表体注塑质量的装置，包括测量系统与数据处理系统1。
测量系统包括底座3、支撑架2、第一测量模块4a、第二测量模块4b。
支撑架包括左支撑臂8、右支撑臂5与上支撑梁7。
第一测量模块包括表体支撑梁13、表体支撑臂10、第一换能器12a、第二换能器12b、第一液压升降柱11a。
第二测量模块包括换能器安装模块15、第三换能器12c、第四换能器12d、第二液压升降柱11b、压力传感器14。
所述各换能器表面均有软质层，通过软质层实现各换能器与水表表体的紧密贴合。软质层材料包括但不限于硅胶、橡胶。
如图1~4所示，第一换能器12a、第二换能器12b嵌入安装在表体支撑臂10上；支撑架2呈“门”字型，上支撑梁7两端分别连接左支撑臂8与右支撑臂5的顶端；左支撑臂8与右支撑臂5的底端安装在底座3上；左支撑臂8下端有开孔9；第三换能器12c、第四换能器12d嵌入安装在换能器安装模块15下方；换能器安装模块15顶端连接压力传感器14底端；压力传感器14顶端连接第二液压升降柱11b底端；第二液压升降柱11b顶端安装在上支撑梁7上；底座3上设有滑轨6；表体支撑臂10安装于滑轨上；表体支撑臂10左边连接表体支撑梁13，右边连接第一液压升降柱11a；第一液压升降柱11a安装在右支撑臂5上；表体支撑臂10滑动到滑轨6最左端时，表体支撑梁13插入左支撑臂8下端开孔9，形成“工”字型支撑结构来支撑表体；通过导线，数据处理系统1分别电连接第一换能器12a、第二换能器12b、第一液压升降柱11a、第三换能器12c、第四换能器12d、第二液压升降柱11b。
通过控制第二液压升降柱11b的伸缩来控制第二测量模块4b的升降；通过控制第一液压升降柱11a的伸缩来控制第一测量模块4a在滑轨6上的左右滑动。
通过数据处理系统控制1超声波信号的收发、给表体施加的压力大小与液压升降柱的伸缩；通过数据处理系统1测试各换能器的阻抗与相位角。
所述各换能器的谐振频率约为1MHz或2MHz或4MHz，激励频率为换能器信号收发灵敏度最高时对应的频率，应等于各换能器的谐振频率。激励换能器的电信号的幅值范围在10~20V，可根据接收端信号强度调整，原则上将接收端信号控制在500mV~1V左右即可；激励周波个数取值范围为7~12，该周波数下信号强度较高且幅值较稳定；激励波形选择正弦波，正弦波单频性好，不易激励出其他频率的杂波。
实施例中所用各换能器的谐振频率约为2MHz。
第一换能器12a、第二换能器12b、第三换能器12c、第四换能器12d均为收发两用型换能器，即换能器既可以作为发射端，将电信号转换为超声波信号，也可以作为接收端，将超声波信号转换为电信号。
如图5所示，一种用于检测超声水表表体注塑质量的方法，实施例包括如下步骤：
S1，安装标准表表体到第一测量模块4a上，表体支撑梁13插入水表管段中，表体朝上，使待粘接压电陶瓷的位置正对第一换能器12a、第二换能器12b。这两个位置的超声波信号透过性能直接影响到后续粘接压电陶瓷组成的换能器的信号收发性能。
S2，控制第一液压升降柱11a伸长，使第一测量模块4a滑动到滑轨6最左端，表体支撑梁13前端插入左支撑臂8的开孔9中，从而与左支撑臂8共同形成“工”字型支撑结构。“工”字型支撑结构的横梁部分穿过表体，给表体提供稳定可靠的支撑，能够承受一定的压力。
S3，控制第二液压升降柱11b伸长，使第二测量模块4b下降至接触表体。
S4，根据压力传感器14调整第二液压升降柱11b，从而控制压力大小，使各换能器软质层与表体外壳紧密贴合，保证超声波能够穿过。
S5，通过数据处理系统1测试各换能器的阻抗与相位角，实现第一换能器12a和第三换能器12c、第二换能器12b和第四换能器12d的配对。
S6，数据处理系统1通过导线给第一换能器12a、第二换能器12b施加20V、2MHz、10个周期的正弦波电激励信号。
S7，第一换能器12a、第二换能器12b受到激励后发出超声波信号，穿过软质层-表体外壳-软质层，到达第三换能器12c、第四换能器12d，完成超声波信号的收发。
S8，第三换能器12c、第四换能器12d将接收的超声波信号转换为电信号后，通过导线传至数据处理系统1。
S9，数据处理系统1的示波器模块直接得出接收电信号的信号强度q1为1000mV；数据处理系统1根据离散傅里叶变换（DFT）计算得出接收信号信噪比w1为60dB。
注意，参考专利法26.3，从本领域技术人员能够实现的角度出发，作为一名知晓申请日或优先权日之前本发明所属技术领域的所有普通技术知识并能够获知该领域中所有的现有技术的本领域技术人员，其不可能不知晓示波器显示信号强度的功能及原理，也不可能不知晓使用离散傅里叶变换这一有效工具计算信噪比的原理与实现方法，解决上述两项问题的技术方案早已在业内被广泛应用。
S10，拆下标准表。
S11，安装待测表表体到第一测量模块4a上，表体支撑梁13插入水表管段中，表体朝上，使待粘接压电陶瓷的位置正对第一换能器12a、第二换能器12b。
S12，控制第一液压升降柱11a伸长，使第一测量模块4a滑动到滑轨6最左端，表体支撑梁13前端插入左支撑臂8的开孔9中，从而与左支撑臂8共同形成“工”字型支撑结构。
S13，控制第二液压升降柱11b伸长，使第二测量模块4b下降至接触表体。
S14，根据压力传感器14调整第二液压升降柱11b，施加与S4中相同的压力，使各换能器软质层与表体外壳紧密贴合，保证超声波能够穿过。
S15，通过数据处理系统1测试各换能器的阻抗与相位角，实现第一换能器12a和第三换能器12c、第二换能器12b和第四换能器12d的配对。
S16，数据处理系统1通过导线给第一换能器12a、第二换能器12b施加20V、2MHz、10个周期的正弦波电激励信号。
S17，第一换能器12a、第二换能器12b受到激励后发出超声波信号，穿过软质层-表体外壳-软质层，到达第三换能器12c、第四换能器12d，完成超声波信号的收发。
S18，第三换能器12c、第四换能器12d将接收的超声波信号转换为电信号后，通过导线传至数据处理系统1。
S19，数据处理系统1的示波器模块直接得出接收电信号的信号强度q2为400mV；数据处理系统1根据离散傅里叶变换计算得出接收信号信噪比w2为45dB。
S20，若存在以下任一情况，则待测表体注塑质量不合格；否则判定表体注塑质量合格：
（1）q2<0.9q1；
（2）w2<0.9w1。
实施例中同时符合情况（1）、（2），因此判定待测表体注塑质量不合格。
上述实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可做出各种变换和变化以得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应归入本发明的专利保护范围。
Claims (5)
1.一种用于检测超声水表表体注塑质量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，安装标准表表体到第一测量模块上，表体支撑梁插入水表管段中，表体朝上，使待粘接压电陶瓷的位置正对第一换能器、第二换能器；
S2，控制第一液压升降柱伸长，使第一测量模块滑动到滑轨最左端，表体支撑梁前端插入左支撑臂的开孔中，从而与左支撑臂共同形成“工”字型支撑结构；
S3，控制第二液压升降柱伸长，使第二测量模块下降至接触表体；
S4，根据压力传感器调整第二液压升降柱，从而控制压力大小，使各换能器软质层与表体外壳紧密贴合；
S5，通过数据处理系统测试各换能器的阻抗与相位角，实现第一换能器和第三换能器、第二换能器和第四换能器的配对；
S6，数据处理系统通过导线给第一换能器、第二换能器施加正弦波电激励信号；
S7，第一换能器、第二换能器受到激励后发出超声波信号，穿过软质层-表体外壳-软质层，到达第三换能器、第四换能器，完成超声波信号的收发；
S8，第三换能器、第四换能器将接收的超声波信号转换为电信号后，通过导线传至数据处理系统；
S9，数据处理系统的示波器模块直接得出接收电信号的信号强度；数据处理系统根据离散傅里叶变换计算得出接收信号信噪比；
S10，拆下标准表；
S11，安装待测表表体到第一测量模块上，表体支撑梁插入水表管段中，表体朝上，使待粘接压电陶瓷的位置正对第一换能器、第二换能器；
S12，控制第一液压升降柱伸长，使第一测量模块滑动到滑轨最左端，表体支撑梁前端插入左支撑臂的开孔中，从而与左支撑臂共同形成“工”字型支撑结构；
S13，控制第二液压升降柱伸长，使第二测量模下降至接触表体；
S14，根据压力传感器调整第二液压升降柱，施加与中相同的压力，使各换能器软质层与表体外壳紧密贴合；
S15，通过数据处理系统测试各换能器的阻抗与相位角，实现第一换能器和第三换能器、第二换能器和第四换能器的配对；
S16，数据处理系统通过导线给第一换能器、第二换能器施加正弦波电激励信号；
S17，第一换能器、第二换能器受到激励后发出超声波信号，穿过软质层-表体外壳-软质层，到达第三换能器、第四换能器，完成超声波信号的收发；
S18，第三换能器、第四换能器将接收的超声波信号转换为电信号后，通过导线传至数据处理系统；
S19，数据处理系统的示波器模块直接得出接收电信号的信号强度；数据处理系统根据离散傅里叶变换计算得出接收信号信噪比；
S20，若存在以下任一情况，则待测表体注塑质量不合格；否则判定表体注塑质量合格：
（1）q2<0.9q1；
（2）w2<0.9w1。
2.一种用于检测超声水表表体注塑质量的装置，其特征在于，包括测量系统与数据处理系统；
测量系统包括底座、支撑架、第一测量模块、第二测量模块；
支撑架包括左支撑臂、右支撑臂与上支撑梁；
第一测量模块包括表体支撑梁、表体支撑臂、第一换能器、第二换能器、第一液压升降柱；
第二测量模块包括换能器安装模块、第三换能器、第四换能器、第二液压升降柱、压力传感器；
所述各换能器表面均有软质层，通过软质层实现各换能器与水表表体的紧密贴合；
第一换能器、第二换能器嵌入安装在表体支撑臂上；支撑架呈“门”字型，上支撑梁两端分别连接左支撑臂与右支撑臂的顶端；左支撑臂与右支撑臂的底端安装在底座上；左支撑臂下端有开孔；第三换能器、第四换能器嵌入安装在换能器安装模块下方；换能器安装模块顶端连接压力传感器底端；压力传感器顶端连接第二液压升降柱底端；第二液压升降柱顶端安装在上支撑梁上；底座上设有滑轨；表体支撑臂安装于滑轨上；表体支撑臂左边连接表体支撑梁，右边连接第一液压升降柱；第一液压升降柱安装在右支撑臂上；表体支撑臂滑动到滑轨最左端时，表体支撑梁插入左支撑臂下端开孔，形成“工”字型支撑结构来支撑表体；通过导线，数据处理系统分别电连接第一换能器、第二换能器、第一液压升降柱、第三换能器、第四换能器、第二液压升降柱；
通过控制第二液压升降柱的伸缩来控制第二测量模块的升降；通过控制第一液压升降柱的伸缩来控制第一测量模块的左右滑动。
3.根据权利要求2所述的一种用于检测超声水表表体注塑质量的装置，其特征在于，安装水表表体进行检测时，表体支撑梁插入水表管段中。
4.根据权利要求2所述的一种用于检测超声水表表体注塑质量的装置，其特征在于，通过数据处理系统控制超声波信号的收发、给表体施加的压力大小与液压升降柱的伸缩；通过数据处理系统测试各换能器的阻抗与相位角。
5.根据权利要求2所述的一种用于检测超声水表表体注塑质量的装置，其特征在于，所述软质层材料包括但不限于硅胶、橡胶。
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| CN117268512B (zh) * | 2023-11-23 | 2024-02-09 | 青岛鼎信通讯科技有限公司 | 一种适用于超声水表的一致性优化方法 |
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