专利名称：一种液压传输管道气泡监控装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种监控装置，特别是一种液压传输管道气泡监控装置。
背景技术：
液压系统的故障至少有75%是由于油液污染所造成，油液污染严重影响了液压系统工作的稳定性。作为油液污染的一个重头，油液中空气含量过大会造成液压系统相应特性变差、油温升高、产生气蚀、引起系统振动与噪声等问题，进而严重影响系统的运行。传统的气泡检测装置主要由绝缘管道、金属电极、信号处理电路和数据采集处理�？樽槌桑洳饬糠椒ù蠖嗖捎眉す舛嗥绽占际�、光纤技术、核磁共振技术、微波技术、超声技术。该类技术在实现以及操作上较为复杂，并且这些技术价格昂贵还伴有辐射等危险，所 以这些缺点限制了它们在工业领域的应用，目前无法预知液压传输管道中空气含量。
发明内容
本发明目的在于提供一种液压传输管道气泡监控装置，解决液压传输管道中空气含量无法实时预知的问题。一种液压传输管道气泡监控装置，包括绝缘管道、金属电极、信号处理电路和数据采集处理�？椋拱ㄍ枷裰亟扑慊渲校藕糯淼缏罚ㄕ壹だ鳌⒋浣涌凇⒌谝豢�、运算放大器、实部方向乘法器、虚部方向乘法器、实部方向低通滤波器、虚部方向低通滤波器、第二开关、控制总线和数据总线；数据采集处理�？椋║SB通讯器、数字信号处理器、复杂可编程逻辑器件、通用阵列逻辑器和模/数转换器。金属电极与信号处理电路的数量均为N个，每个金属电极沿轴向等间距地安装在绝缘管道外壁上，并与各自对应的信号处理电路固定连接。每一个信号处理电路控制端与数据采集处理�？榭刂贫送ü畔吡樱莶杉砟？榭刂贫艘约笆涑龆擞胪枷裰亟扑慊ü齍SB接口连接；金属电极沿轴向等间距地固定在绝缘管道的外壁上。正弦激励器输出端与第一开关的第一端口电线连接，第一开关的第二端口与信号处理电路的传输接口电线连接，第一开关的第三端口与运算放大器的反向输入端电线连接，运算放大器的输出端分别与实部方向乘法器第一输入端、虚部方向乘法器的第一输入端电线连接，实部方向乘法器的输出端与实部方向低通滤波器的输入端电线连接，虚部方向乘法器的输出端与虚部方向低通滤波器的输入端电线连接，实部方向低通滤波器的输出端与第二开关的第一端口电线连接，第二开关的第二端口与虚部方向低通滤波器的输出端电线连接，第二开关的第三端口与数据总线电线连接，第一开关的控制端口和第二开关的控制端口分别与控制总线电线连接。数字信号处理器控制端分别与复杂可编程逻辑器件的输入端、模/数转换器的输出端及控制端、USB通讯器电线连接，复杂可编程逻辑器件的输出端分别与模/数转换器的控制端和通用阵列逻辑器的输入端电线连接，模/数转换器的输入端与数据总线电线连接。
控制总线上的控制信号控制第一开关和第二开关的开关状态。开始工作时，正弦激励器首先产生两路同频率的激励信号。当正弦激励器产生激励信号后，数据采集处理�？榭刂频谝桓鲂藕糯淼缏啡闷浣爰だＪ剑壹だ鞑氖挡糠较蚣だ藕磐ü眯藕糯淼缏返牡谝豢亓魅氪浣涌诘酱锝鹗舻缂希⒗镁倒艿劳獗谏习沧暗慕鹗舻缂刖倒艿滥诹魈逍纬傻鸟詈系缛荩眯藕篷詈系骄倒艿滥冢迪旨だδ堋Ｊ莶杉砟？榉直鹂刂频诙鲂藕糯淼缏分恋贜个信号处理电路让其进入检测模式，正弦激励器产生的激励信号通过第一开关从传输接口流入运算放大器的输入端，再并行到达实部方向乘法器与虚部方向乘法器在实部方向乘法器中，该激励信号作为实部方向乘法器的一个输入，同时正弦激励器产生的实部方向电压Vi作为实部方向乘法器的另一个输入，这两路输入在实部方向乘法器中相乘得到一路输出；在虚部方向乘法器中，该激励信号作为虚部方向乘法器的一个输入，同时正弦激励器产生的虚部方向电压V2作为虚部方向乘法器的另一个输入，这两路输入在虚部方向乘法器中相乘得到另一路输出；上述两路输出分别经过实部方向低通滤波器与虚部方向低通滤波器，到达实部方向低通滤波器和虚部方向低通滤波器的输出端，进而得到两路直流电压；然后通过控制总线接通第二开关的第一端口和第三端口，断开第二端口，使实部方向低通滤波器的输出信号经 第二开关流入数据总线；再接通第二开关的第二端口和第三端口，断开第一端口，使虚部方向低通滤波器的输出信号经第二开关流入数据总线。第一个信号处理电路进入激励模式，其他所有的信号处理电路均进入检测模式并完成信号检测后，数据采集处理�？榭刂频诙鲂藕糯淼缏方爰だＪ剑⒖刂频谌鲂藕糯淼缏分恋贜个信号处理电路进入检测模式并完成信号检测，接着数据采集处理模块控制第三个信号处理电路进入激励模式，并控制第四个信号处理电路至第N个信号处理电路进入检测模式并完成信号检测，并按此种规律依次往下进行，直到第N-I个信号处理电路进入激励模式，第N个信号处理电路进入检测模式并完成对信号的检测后，整个测量过程结束。所有进入检测模式的信号处理电路产生的直流电压信号通过数据总线传递到数据采集处理�？椋⒕鼳/D转换以及滤波处理后发送给图像重建计算机来计算得到被测流体的电容值，从而利用各电极对之间的电容值重建绝缘管道截面上气泡分布的图像。
本装置为非接触测量，不会产生电极极化、腐蚀等问题。电极安装方便，无需在管道上打孔，不破坏管道结构，实施简单。非侵入，不影响管道内被测流体的流动状态。具有良好的实时性，可以方便实现对管内气泡状况的监控。
图I 一种液压传输管道气泡监控装置的结构示意 图2 —种液压传输管道气泡监控装置的信号处理电路方框 图3 —种液压传输管道气泡监控装置的数据采集处理�？榉娇� 图4 一种液压传输管道气泡监控装置的金属电极分布图。I.绝缘管道、2.金属电极、3.信号处理电路、4.数据采集处理�？�、5.图象重建计算机、6.正弦激励器、7.第一开关、8.传输接口、9.运算放大器、10.实部方向乘法器、
11.实部方向低通滤波器、12.虚部方向乘法器、13.虚部方向低通滤波器、14.第二开关、15.数据总线、16.控制总线、17.模/数转换器、18.数字信号处理器、19.复杂可编程逻辑器件、20.通用阵列逻辑器、21. USB通讯器。
具体实施例方式—种液压传输管道气泡监控装置,包括绝缘管道I、金属电极2、信号处理电路3以及数据采集处理�？�4，还包括图像重建计算机5，其中，信号处理电路3，包括正弦激励器6、传输接口 8、第一开关7、运算放大器9、实部方向乘法器10、虚部方向乘法器12、实部方向低通滤波器11、虚部方向低通滤波器13、第二开关14、控制总线16和数据总线15 ；数据采集处理模块4，包括USB通讯器21、数字信号处理器18、复杂可编程逻辑器件19、通用阵列逻辑器20和模/数转换器17。金属电极2与信号处理电路3的数量均为N个，每个金属电极2沿轴向等间距地安装在绝缘管道I外壁上，并与各自对应的信号处理电路3固定连接。每一个信号处理电路3控制端与数据采集处理�？�4控制端通过排线连接，数据采集处理�？�4控制端以及输出端与图像重建计算机5通过USB接口连接；金属电极2沿轴向等间距安装在绝缘管道 I的外壁上。正弦激励器6输出端与第一开关7的第一端口电线连接,第一开关7的第二端口与信号处理电路3的传输接口 8电线连接，第一开关7的第三端口与运算放大器9的反向输入端电线连接，运算放大器9的输出端分别与实部方向乘法器10第一输入端、虚部方向乘法器12的第一输入端电线连接,实部方向乘法器10的输出端与实部方向低通滤波器11的输入端电线连接，虚部方向乘法器12的输出端与虚部方向低通滤波器13的输入端电线连接，实部方向低通滤波器11的输出端与第二开关14的第一端口电线连接，第二开关14的第二端口与虚部方向低通滤波器13的输出端电线连接，第二开关14的第三端口与数据总线15电线连接，第一开关7的控制端口和第二开关14的控制端口分别与控制总线16电线连接。数字信号处理器18控制端分别与复杂可编程逻辑器件19的输入端、模/数转换器17的输出端与控制端、USB通讯器21电线连接，复杂可编程逻辑器件19的输出端分别与模/数转换器17的控制端以及通用阵列逻辑器20的输入端电线连接，模/数转换器17的输入端与数据总线15电线连接。控制总线16上的控制信号控制第一开关7和第二开关14的开关状态。开始工作时，正弦激励器6首先产生两路同频率的激励信号。当正弦激励器6产生激励信号后，数据采集处理�？�4控制第一个信号处理电路3让其进入激励模式，正弦激励器6产生的实部方向激励信号通过该信号处理电路3的第一开关7流入传输接口 8到达金属电极2上，并利用绝缘管道I外壁上安装的金属电极2与绝缘管道I内流体形成的耦合电容，将该信号耦合到绝缘管道I内，实现激励功能。数据采集处理模块4分别控制第二个信号处理电路3至第N个信号处理电路3让其进入检测模式，正弦激励器6产生的激励信号通过第一开关7从传输接口 8流入运算放大器9的输入端，再并行到达实部方向乘法器10与虚部方向乘法器12 :在实部方向乘法器10中，该激励信号作为实部方向乘法器10的一个输入，同时正弦激励器6产生的实部方向电压Vl作为实部方向乘法器10的另一个输入，这两路输入在实部方向乘法器10中相乘得到一路输出；在虚部方向乘法器12中，该激励信号作为虚部方向乘法器12的一个输入，同时正弦激励器6产生的虚部方向电压V2作为虚部方向乘法器12的另一个输入，这两路输入在虚部方向乘法器12中相乘得到另一路输出；上述两路输出分别经过实部方向低通滤波器11与虚部方向低通滤波器13，到达实部方向低通滤波器11和虚部方向低通滤波器13的输出端，进而得到两路直流电压；然后通过控制总线接通第二开关14的第一端口和第三端口，断开 第二端口，使实部方向低通滤波器11的输出信号经第二开关14流入数据总线15 ;再接通第二开关14的第二端口和第三端口，断开第一端口，使虚部方向低通滤波器13的输出信号经第二开关14流入数据总线15。第一个信号处理电路3进入激励模式，其他所有的信号处理电路3均进入检测模式并完成信号检测后，数据采集处理�？�4控制第二个信号处理电路3进入激励模式，并控制第三个信号处理电路3至第N个信号处理电路3进入检测模式并完成信号检测，接着数据采集处理�？�4控制第三个信号处理电路3进入激励模式，并控制第四个信号处理电路3至第N个信号处理电路3进入检测模式并完成信号检测，并按此种规律依次往下进行，直到第N-I个信号处理电路3进入激励模式，第N个信号处理电路3进入检测模式并完成对信号的检测后，整个测量过程结束。所有进入检测模式的信号处理电路3产生的直流电压信号通过数据总线15传递到数据采集处理�？�4，并经过A/D转换以及滤波处理后发送给图像重建计算机5来计算得到被测流体的电容值，从而利用各电极对之间的电容值重建绝缘管道截面上气泡分布的图像。
权利要求
1.一种液压传输管道气泡监控装置，包括绝缘管道(I)、金属电极(2)、信号处理电路(3)和数据采集处理�？�(4)，其特征在于还包括图像重建计算机(5)，其中，信号处理电路(3)，包括正弦激励器(6)、传输接口(8)、第一开关(7)、运算放大器(9)、实部方向乘法器(10)、虚部方向乘法器(12)、实部方向低通滤波器(11)、虚部方向低通滤波器(13)、第二开关(14)、控制总线(16)和数据总线(15);数据采集处理�？�(4)，包括:USB通讯器(21)、数字信号处理器(18)、复杂可编程逻辑器件(19)、通用阵列逻辑器(20)和模/数转换器(17)； 金属电极(2)与信号处理电路(3)的数量均为N个，每个金属电极(2)沿轴向等间距地安装在绝缘管道(I)外壁上并与各自对应的信号处理电路(3 )固定连接；每一个信号处理电路(3 )控制端与数据采集处理�？�(4 )控制端通过排线连接，数据采集处理�？�(4 )控制端以及输出端均与图像重建计算机(5)通过USB接口连接； 正弦激励器(6)输出端与第一开关(7)的第一端口电线连接，第一开关(7)的第二端口与传输接口(8)电线连接，第一开关(7)的第三端口与运算放大器(9)的反向输入端电线连接，运算放大器(9)的输出端分别与实部方向乘法器(10)第一输入端、虚部方向乘法器(12)的第一输入端电线连接,实部方向乘法器(10)的输出端与实部方向低通滤波器(11)的输入端电线连接，虚部方向乘法器(12)的输出端与虚部方向低通滤波器(13)的输入端电线连接，实部方向低通滤波器(11)的输出端与第二开关(14)的第一端口电线连接，第二开关(14)的第二端口与虚部方向低通滤波器(13)的输出端电线连接，第二开关(14)的第三端口与数据总线(15)电线连接，第一开关(7)的控制端口和第二开关(14)的控制端口分别与控制总线(16)电线连接； 数字信号处理器(18)控制端分别与复杂可编程逻辑器件(19)的输入端、模/数转换器(17)的输出端与控制端、USB通讯器(21)电线连接，复杂可编程逻辑器件(19)的输出端分别与模/数转换器(17)的控制端以及通用阵列逻辑器(20)的输入端电线连接，模/数转换器(17)的输入端与数据总线(15)电线连接； 控制总线(16)上的控制信号控制第一开关(7)和第二开关(14)的开关状态；开始工作时，正弦激励器(6)产生两路同频率的激励信号； 当正弦激励器(6)产生激励信号后，数据采集处理�？�(4)控制第一个信号处理电路(3)让其进入激励模式，正弦激励器(6)产生的实部方向激励信号通过该信号处理电路(3)的第一开关(7 )流入传输接口( 8 )到达金属电极(2 )上，并利用绝缘管道(I)外壁上安装的金属电极(2)与绝缘管道(I)内流体形成的耦合电容，将该信号耦合到绝缘管道(I)内，实现激励功能； 数据采集处理�？�(4)分别控制第二个信号处理电路(3)至第N个信号处理电路(3)让其进入检测模式，正弦激励器(6)产生的激励信号通过第一开关(7)从传输接口(8)流入运算放大器(9)的输入端，再并行到达实部方向乘法器(10)与虚部方向乘法器(12);在实部方向乘法器(10)中，该激励信号作为实部方向乘法器(10)的一个输入，同时正弦激励器(6)产生的实部方向电压Vl作为实部方向乘法器(10)的另一个输入，这两路输入在实部方向乘法器(10)中相乘得到一路输出；在虚部方向乘法器(12)中，该激励信号作为虚部方向乘法器(12)的一个输入，同时正弦激励器(6)产生的虚部方向电压V2作为虚部方向乘法器(12)的另一个输入，这两路输入在虚部方向乘法器(12)中相乘得到另一路输出；上述两路输出分别经过实部方向低通滤波器(11)与虚部方向低通滤波器(13)，到达实部方向低通滤波器(11)和虚部方向低通滤波器(13)的输出端，进而得到两路直流电压；然后通过控制总线接通第二开关(14)的第一端口和第三端口，断开第二端口，使实部方向低通滤波器(11)的输出信号经第二开关(14)流入数据总线(15);再接通第二开关(14)的第二端口和第三端口，断开第一端口，使虚部方向低通滤波器(13)的输出信号经第二开关(14)流入数据总线(15)； 图像重建计算机(5)实现图像重建，第一个信号处理电路(3)进入激励模式，其他所有的信号处理电路(3)均进入检测模式并完成信号检测后，数据采集处理�？�(4)控制第二个信号处理电路(3)进入激励模式，并控制第三个信号处理电路(3)至第N个信号处理电路(3)进入检测模式并完成信号检测，接着数据采集处理�？�(4)控制第三个信号处理电路(3)进入激励模式，并控制第四个信号处理电路(3)至第N个信号处理电路(3)进入检测模式并完成信号检测，并按此种规律依次往下进行，直到第N-I个信号处理电路(3)进入 激励模式，第N个信号处理电路(3 )进入检测模式并完成对信号的检测后，整个测量过程结束；所有进入检测模式的信号处理电路(3)产生的直流电压信号通过数据总线(15)传递到 数据采集处理�？�(4 )，并经过A/D转换以及滤波处理后发送给图像重建计算机(5 )来计算得到被测流体的电容值，从而利用各电极对之间的电容值重建绝缘管道截面上气泡分布的图像。
全文摘要
本发明公开了一种液压传输管道气泡监控装置，包括绝缘管道(1)、金属电极(2)、信号处理电路(3)、数据采集处理�？�(4)、图像重建计算机(5)；信号处理电路(3)与数据采集处理�？�(4)通过排线连接，数据采集处理�？�(4)与图像重建计算机(5)通过USB接口连接；金属电极(2)沿轴向等间距安装在绝缘管道(1)的外壁上，每个金属电极(2)与各自对应的信号处理电路(3)固定连接。通过相敏解调实现对管内被测介质电容值的计算并成像，从而实现监控作用。本发明具有价格低廉，操作性优良的特点，同时具有高的响应速度；其结构设计简单牢固，抗老化性好，能支持长时间连续使用。
文档编号G01V3/00GK102928880SQ20121041415
公开日2013年2月13日 申请日期2012年10月26日 优先权日2012年10月26日
发明者胡源渊, 李建冬, 贾正伟, 吴庆勋, 李昕奇 申请人:北京机械设备研究所
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