CN203414763U - 应用于电焊机捕捉电焊瞬间快照的高速触发器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种应用于电焊机捕捉电焊瞬间快照的高速触发器，其由霍尔电流传感器、信号放大电路、施密特触发电路、单片机、按键、数码显示管和输出脉冲电路组成；其中，霍尔电流传感器安装在电焊机上，霍尔电流传感器的输出端经信号放大电路连接至施密特触发电路的输入端，施密特触发电路的输出端连接单片机的输入端，单片机的输出端经输出脉冲电路连接高速相机；按键和数码显示管安装在单片机上。本实用新型具有较强的抗干扰能力，并能够尽可能低延迟的输出触发信号，供高速相机捕捉焊点图像。
Description
技术领域
本实用新型涉及电弧焊技术领域，具体涉及一种应用于电焊机捕捉电焊瞬间快照的高速触发器。
背景技术
CO2气体保护焊是目前焊接过程最常用的气体保护焊焊接方法之一，因其焊接过程成本低，质量易于控制，而被广泛应用。溶滴短路过渡焊是CO2气体保护焊中常出现的一种溶滴过渡方式：电弧焊将焊丝端部加热融化，形成悬挂在焊丝端头的溶滴后，通过溶滴与工件上溶池的接触（即所谓短路），而将焊丝融化金属过渡到焊缝中去。溶滴短路过渡焊过程的图像分析对提高焊接电弧稳定性、改善焊缝成型、减小金属飞溅、提高焊接质量和焊接生产率、实现焊接自动化有着深远的意义。由于在焊接过程中，短路过程进行得非常迅速，因此须借助于一个高速触发器来对高速相机的快门进行控制，以捕捉电焊瞬间快照。而在进行高速触发器的设计时，需要考虑电弧机的一些特性，如①由于电焊机实时性较高，电焊机每秒钟放电周期最高约250次，瞬间电流很大，峰值能达到1000A以上，所以在电流达到目标条件时候高速触发器应能尽可能低延迟的输出触发信号，供高速相机捕捉焊点图像；②由于电焊机电磁场干扰较大，所以高速触发器具有较强的抗干扰能力。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种应用于电焊机捕捉电焊瞬间快照的高速触发器，其具有较强的抗干扰能力，并能够尽可能低延迟的输出触发信号，供高速相机捕捉焊点图像。
为解决上述问题，本实用新型是通过以下方案实现的：
应用于电焊机捕捉电焊瞬间快照的高速触发器，由霍尔电流传感器、信号放大电路、施密特触发电路、单片机、按键、数码显示管和输出脉冲电路组成；其中，霍尔电流传感器安装在电焊机上，霍尔电流传感器的输出端经信号放大电路连接至施密特触发电路的输入端，施密特触发电路的输出端连接单片机的输入端，单片机的输出端经输出脉冲电路连接高速相机；按键和数码显示管安装在单片机上。
上述方案中，所述信号放大电路包括运算放大器U3B，电容C17、C19，电位器R7和电阻R4-R6、R8；其中霍尔电流传感器的输出端经电容C17连接至运算放大器U3B的正向输入端；电容C19和电阻R4并联后，一端与电源负极相连，另一端则分为3路、一路经电阻R5连接电源正极、一路经电阻R6 连接运算放大器U3B的负向输入端、一路经电阻R8连接运算放大器U3B的正向输入端；电位器R7一端连接运算放大器U3B的负向输入端，一端连接运算放大器U3B的输出端；运算放大器U3B的输出端连接施密特触发电路的输入端。
上述方案中，所述施密特触发电路包括运算放大器U3A，电位器R9、R11，电阻R10、R12-R13，电容C18和稳压二极管D1；信号放大电路的输出端经电阻R10连接运算放大器U3A的正向输入端；电位器R11的两端分别连接电源正极和电源负极，电位器R11的中间端经电阻R13连接运算放大器U3A的负向输入端；电容C18的两端分别连接电位器R11的中间端和电源负极；电位器R9的两端分别连接在运算放大器U3A的正向输入端和输出端之间；运算放大器U3A的输出端经电阻R12连接至单片机的输入端；稳压二极管D1的阳极连接电源负极，阴极连接在电阻R12和单片机之间。
上述方案中，所述单片机为MSC-51系列单片机。
上述方案中，所述输出脉冲电路为八进制3态非反转透明锁存器，该八进制3态非反转透明锁存器的输入端与单片机相连，八进制3态非反转透明锁存器的输出端与高速相机和数码显示管相连。
上述方案中，所述霍尔电流传感器为电压输出型霍尔电流传感器。
与现有技术相比，本实用新型具有如下特点：
1、由于采用单片机为控制核心，通过独立按键设置计数值，并通过数码管显示预设计数值，通过单片机对施密特触发器输出方波信号进行计数，并输出最终触发信号，因此具有极强的抗干扰能力和尽可能低延迟的输出触发信号；
2、霍尔电流传感器有很好的隔离作用，能保证控制电路不受焊机影响；
3、施密特触发电路能够有效克服由于传感器信号输出信号为频带较宽的周期性信号对系统触发的实时性所造成的影响；
4、通过单片机主程序循环检测P1.7口电平变化，用程序模拟方式捕获施密特触发电路输出的上升沿及下降沿，并进行计数控制，最终输出相机触发信号，并采用定时器中断扫描数码显示管及按键动作。由于单片机采用24M晶振，并且单片机内部为1T指令周期，由程序引起平均触发延迟约为10μS。模拟部分由于运放上升速度，阻容网络造成的模拟系统延迟也小于100μS，因此无需更高速的器件并能够使整个触发器的延迟小于150μS。
附图说明
图1为应用于电焊机捕捉电焊瞬间快照的高速触发器的原理框图；
图2为图1的实际电路图。
具体实施方式
一种应用于电焊机捕捉电焊瞬间快照的高速触发器，如图1所示，其主 要由霍尔电流传感器、信号放大电路、施密特触发电路、单片机、按键、数码显示管和输出脉冲电路组成。其中，霍尔电流传感器安装在电焊机上，霍尔电流传感器的输出端经信号放大电路连接至施密特触发电路的输入端，施密特触发电路的输出端连接单片机的输入端，单片机的输出端经输出脉冲电路连接高速相机。按键和数码显示管安装在单片机上。
在本实施例中，所示高速触发器的具体电路如图2所示，其中
传感器用于对焊机电流传感，瞬间电流非常大，瞬间电压也较大，因此不适用电阻分压法对电流信号进行传感。本实用新型采用霍尔电流传感器有很好的隔离作用，能保证控制电路不受焊机影响。由于霍尔电流传感器常见输出有电流和电压两种电信号输出，而电流输出霍尔传感器需要在外电路增加电流电压转换电路，为了简化电路设计，本实用新型优选实施例采用电压输出型霍尔电流传感器。设计使用的霍尔电流传感器输出为-5V-5V双极性电压信号，输出电压大小根据电流大小线性变化。
由于在实际应用中传感器输出的偏置电压不定，频率较低乃至直流成分较多，因此为了能使施密特触发器输出有效触发信号本电路使用交流耦合方式，且在传感器输出后加了一级同相比例放大电路进行增大输入阻抗和放大。设计中使用单电源给运放供电因此放大电路做虚地处理，放大电路为交流同相放大电路，放大倍数通过精密电位器条件，设计实现放大倍数1-10倍可调。在本实用新型优选实施例中，所述信号放大电路包括运算放大器U3B，电容C17、C19，电位器R7和电阻R4-R6、R8。其中霍尔电流传感器的输出端经电容C17连接至运算放大器U3B的正向输入端。电容C19和电阻R4并联后，一端与电源负极相连，另一端则分为3路、一路经电阻R5连接电源正极、一路经电阻R6连接运算放大器U3B的负向输入端、一路经电阻R8连接运算放大器U3B的正向输入端。电位器R7一端连接运算放大器U3B的负向输入端，一端连接运算放大器U3B的输出端。运算放大器U3B的输出端连接施密特触发电路的输入端。
经过前面放大阻抗匹配电路，输出信号为0-5V的交流电压信号。施密特触发电路有两个稳定状态，但与一般触发器不同的是，施密特触发电路采用电位触发方式，其状态由输入信号电位维持。对于负向递减和正向递增两种不同变化方向的输入信号，施密特触发电路有不同的阀值电压。由于输入信号幅度范围由不同焊机及焊丝等焊接参数决定，为保证能输出正确触发电平，设计施密特触发电路采用单运放设计实现，且正、负向阈值电压可调。所以施密特触发器由R11对AVCC分压产生触发器原点电压，由电位器R7大小决定触发器回差电压。在本实用新型优选实施例中，所述施密特触发电路包括运算放大器U3A，电位器R9、R11，电阻R10、R12-R13，电容C18和稳压二极管D1。信号放大电路的输出端经电阻R10连接运算放大器U3A的正向输入端。电位器R11的两端分别连接电源正极和电源负极，电位器R11的中间端经电阻R13连接运算放大器U3A的负向输入端。电容C18的两端分别连接电 位器R11的中间端和电源负极。电位器R9的两端分别连接在运算放大器U3A的正向输入端和输出端之间。运算放大器U3A的输出端经电阻R12连接至单片机的输入端。稳压二极管D1的阳极连接电源负极，阴极连接在电阻R12和单片机之间。
在本实用新型优选实施例中，所述单片机为MSC-51系列单片机。单片机使用P1.7输入施密特整形后的波形，P1.0输出计数后的触发脉冲，由74HC573进行输出缓冲并输出。用P0口接上拉电阻驱动两位数码显示管段码，P2.6、P2.7口连接74HC573驱动位数码显示管位选信号，两位共阴数码显示管采用动态扫描方式显示。系统计数预置值由P2.0-P2.4口接的按键控制。
在本实用新型优选实施例中，所述输出脉冲电路为八进制3态非反转透明锁存器，该八进制3态非反转透明锁存器的输入端与单片机相连，八进制3态非反转透明锁存器的输出端与高速相机和数码显示管相连。
Claims (6)
1.应用于电焊机捕捉电焊瞬间快照的高速触发器，其特征在于：由霍尔电流传感器、信号放大电路、施密特触发电路、单片机、按键、数码显示管和输出脉冲电路组成；其中，霍尔电流传感器安装在电焊机上，霍尔电流传感器的输出端经信号放大电路连接至施密特触发电路的输入端，施密特触发电路的输出端连接单片机的输入端，单片机的输出端经输出脉冲电路连接高速相机；按键和数码显示管安装在单片机上。
2.根据权利要求1所述应用于电焊机捕捉电焊瞬间快照的高速触发器，其特征在于：所述信号放大电路包括运算放大器U3B，电容C17、C19，电位器R7和电阻R4-R6、R8；其中霍尔电流传感器的输出端经电容C17连接至运算放大器U3B的正向输入端；电容C19和电阻R4并联后，一端与电源负极相连，另一端则分为3路、一路经电阻R5连接电源正极、一路经电阻R6连接运算放大器U3B的负向输入端、一路经电阻R8连接运算放大器U3B的正向输入端；电位器R7一端连接运算放大器U3B的负向输入端，一端连接运算放大器U3B的输出端；运算放大器U3B的输出端连接施密特触发电路的输入端。
3.根据权利要求1所述应用于电焊机捕捉电焊瞬间快照的高速触发器，其特征在于：所述施密特触发电路包括运算放大器U3A，电位器R9、R11，电阻R10、R12-R13，电容C18和稳压二极管D1；信号放大电路的输出端经电阻R10连接运算放大器U3A的正向输入端；电位器R11的两端分别连接电源正极和电源负极，电位器R11的中间端经电阻R13连接运算放大器U3A的负向输入端；电容C18的两端分别连接电位器R11的中间端和电源负极；电位器R9的两端分别连接在运算放大器U3A的正向输入端和输出端之间；运算放大器U3A的输出端经电阻R12连接至单片机的输入端；稳压二极管D1的阳极连接电源负极，阴极连接在电阻R12和单片机之间。
4.根据权利要求1所述应用于电焊机捕捉电焊瞬间快照的高速触发器，其特征在于：所述单片机为MSC-51系列单片机。
5.根据权利要求1所述应用于电焊机捕捉电焊瞬间快照的高速触发器，其特征在于：所述输出脉冲电路为八进制3态非反转透明锁存器，该八进制3态非反转透明锁存器的输入端与单片机相连，八进制3态非反转透明锁存器的输出端与高速相机和数码显示管相连。
6.根据权利要求1所述应用于电焊机捕捉电焊瞬间快照的高速触发器，其特征在于：所述霍尔电流传感器为电压输出型霍尔电流传感器。
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