專利名稱：旋轉(zhuǎn)體多點(diǎn)溫度測量熱電勢信號無線輸出方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)械加工部件溫度測量，特別是涉及一種熱電勢信號無線傳輸?shù)男D(zhuǎn)體多點(diǎn)溫度測量裝置與方法，用于旋轉(zhuǎn)體溫度測量。
背景技術(shù)：
機(jī)械裝備運(yùn)行中，很多部件是旋轉(zhuǎn)體，有些情況下需要對這些旋轉(zhuǎn)體的若干點(diǎn)進(jìn)行溫度測量。比如，機(jī)械切削機(jī)理研究中需要測量車削旋轉(zhuǎn)工件或銑削旋轉(zhuǎn)刀具的溫度。目前只見刀具一工件組成的自然熱電偶用集流器或頂針、電刷引出一端信號，另一端是在非旋轉(zhuǎn)體上，這些方法都基于電導(dǎo)體將旋轉(zhuǎn)體的熱電勢信號引出到外部靜止的測量電路。如水銀集流器是通過一根導(dǎo)線在水銀液體中旋轉(zhuǎn)來解決旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下信號輸出導(dǎo)線的扭轉(zhuǎn)問題，頂針或電刷式是通過靜止硬導(dǎo)體接觸旋轉(zhuǎn)硬導(dǎo)體即“刷”的作用來解決旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下信號輸出導(dǎo)線的扭轉(zhuǎn)問題。用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶測量旋轉(zhuǎn)體的溫度，熱電偶兩端都在旋轉(zhuǎn)體上，兩端必須彼此絕緣，因此必須解決兩根導(dǎo)線的分別引出扭轉(zhuǎn)問題。若用水銀或頂針、電刷，則每個標(biāo)準(zhǔn)熱電偶需要兩套彼此絕緣的引出裝置，這樣的結(jié)構(gòu)勢必非常復(fù)雜，如果同時輸出多個標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的信號，其輸出裝置就更難以實(shí)現(xiàn)。更重要的是，這些方法都存在導(dǎo)體之間摩擦的現(xiàn)象，會產(chǎn)生附加熱電勢，嚴(yán)重影響測量精度。熱電偶是目前可靠和常用的測溫傳感器。在裝備制造和運(yùn)行中，要對旋轉(zhuǎn)體應(yīng)用熱電偶測溫，特別是多點(diǎn)測溫，必須要解決多個微弱熱電勢信號同時傳輸?shù)膯栴}。旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，標(biāo)準(zhǔn)熱電偶采集到的熱電勢信號的目前常用輸出方法有水銀集流器、銅頂針和電刷式等。這些方法的缺點(diǎn)在于(1) 一個標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的兩端分別會采集到一個熱電勢信號，每輸出一個熱電勢信號需要一套信號引出裝置，如果用熱電偶同時測量η點(diǎn)的溫度就要2η套裝置，其結(jié)構(gòu)勢必非常復(fù)雜；(2)旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，信號傳輸導(dǎo)體動、靜體之間的摩擦?xí)a(chǎn)生附加熱電勢，也即熱電信號的輸出保真困難，影響測量精度。目前只見刀具一工件組成的自然熱電偶用水銀集流器或頂針、電刷引出一端信號，另一端是在非旋轉(zhuǎn)體上，還未見其他人研究旋轉(zhuǎn)體標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的信號的引出問題，因為兩端都在旋轉(zhuǎn)體上，而兩端必須彼此絕緣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種旋轉(zhuǎn)體多點(diǎn)溫度測量信號實(shí)時無線輸出的方法。本發(fā)明包括多個熱電偶、多點(diǎn)測溫信號的分時采集和實(shí)時濾波、放大、A/D轉(zhuǎn)換、無線發(fā)射的電路模塊，將之固定在旋轉(zhuǎn)工件或旋轉(zhuǎn)刀具上適當(dāng)位置，在旋轉(zhuǎn)體之外設(shè)置相應(yīng)的無線接收器以及串行信號處理電路模塊、顯示儀表或計算機(jī)，由無線傳輸?shù)姆绞浇鉀Q旋轉(zhuǎn)體上多個熱電偶測溫信號轉(zhuǎn)移到外部非旋轉(zhuǎn)儀器電路的問題。旋轉(zhuǎn)體上多點(diǎn)的溫度熱電信號，被安置在各點(diǎn)的K型熱電偶1采集，并通過一個多路電子開關(guān)輪流送到放大電路及濾波電路放大及濾波，再進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后通過無線發(fā)射裝置向外界發(fā)射，外部靜止的無線接收模塊接收到信號，輸往顯示儀表或PC機(jī)進(jìn)行顯示或處理、儲存。
本發(fā)明目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)—種旋轉(zhuǎn)體多點(diǎn)溫度測量熱電勢信號無線輸出裝置，包括K型熱電偶、熱電勢信號采集與發(fā)射模塊、無線接收模塊和PC機(jī)；所述熱電勢信號采集與發(fā)射模塊包括多路電子開關(guān)、放大電路、濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、CPU、無線發(fā)射模塊和電池，多路電子開關(guān)、放大電路、濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和CPU依次信號連接，CPU還分別與多路電子開關(guān)、無線發(fā)射模塊和電池連接，電池還分別與多路電子開關(guān)、放大電路、濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和無線發(fā)射模塊連接；所述無線接收模塊通過導(dǎo)線與PC機(jī)連接，無線發(fā)射模塊與無線接收模塊信號連接；多個K型熱電偶分別設(shè)置在待測溫的旋轉(zhuǎn)體上，K型熱電偶通過導(dǎo)線與多路電子開關(guān)連接；所述電勢信號采集與發(fā)射模塊固定在旋轉(zhuǎn)體尾部中心，或者勢信號采集與發(fā)射模塊套在旋轉(zhuǎn)體上，使電勢信號采集與發(fā)射模塊的重心與旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)軸同心。為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，所述旋轉(zhuǎn)體為車削工件，車削工件通過三爪卡盤固定在車床上，且隨三爪卡盤旋轉(zhuǎn)，K型熱電偶固定在車削工件上，位于車刀的加工部位附近，電勢信號采集與發(fā)射模塊通過螺栓和銅柱墊片直接固定在車削工件的尾端。所述旋轉(zhuǎn)體為銑刀，銑削工件固定在銑床上不動，銑刀通過刀夾固定在銑床上，電勢信號采集與發(fā)射模塊為空心的環(huán)形裝置，電勢信號采集與發(fā)射模塊通過強(qiáng)力膠水固定在刀夾，銑刀穿過環(huán)形電勢信號采集與發(fā)射模塊中間通孔，K型熱電偶固定在銑刀的前端，靠近銑削工件。應(yīng)用上述裝置的旋轉(zhuǎn)體多點(diǎn)溫度測量熱電勢信號無線輸出方法測溫工作時，啟動電勢信號采集與發(fā)射模塊，CPU控制多路電子開關(guān)，使得電勢信號采集與發(fā)射模塊從多個 K型熱電偶采集到的熱電勢信號輪流進(jìn)入放大電路及濾波電路，進(jìn)行熱電勢信號的放大及濾波；經(jīng)過放大及濾波電路放大及濾波后的熱電勢模擬信號進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換電路，CPU把熱電勢模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；經(jīng)CPU處理得到的熱電勢數(shù)字信號通過無線發(fā)射模塊發(fā)送到外部靜止態(tài)的無線接收模塊，無線接收模塊受PC機(jī)的控制，接收無線發(fā)射裝置發(fā)射出的信號，無線接收模塊把接收到的熱電勢信號輸入到PC機(jī)中處理、儲存和顯示出來。進(jìn)一步地，PC機(jī)還把經(jīng)過電勢信號采集與發(fā)射模塊放大、A/D轉(zhuǎn)換的信息進(jìn)行還原，還原后就得到K型熱電偶采集的初始值，PC機(jī)再根據(jù)K型熱電偶電勢一溫度值對應(yīng)表，把電勢信號轉(zhuǎn)換為溫度值，實(shí)現(xiàn)各點(diǎn)溫度的采集、傳輸和顯示。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)應(yīng)用無線技術(shù)替代過去有線技術(shù)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)體信號的引出，使得信號引出裝置簡單，同時避免了動靜摩擦產(chǎn)生附加熱電勢而影響測量精度問題；(2)切削狀態(tài)下，特別是旋轉(zhuǎn)刀具溫度的測量，溫度熱電信號采集模塊10和刀具固定在一起，如果溫度熱電信號采集模塊10的質(zhì)心不處在旋轉(zhuǎn)軸上，旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下勢必產(chǎn)生離心力，旋轉(zhuǎn)速度越高離心越高，這必然影響機(jī)床的性能，為此本發(fā)明把溫度熱電信號采集模塊10的PCB板做成環(huán)形，讓刀具穿過溫度采集模塊10的PCB板中心，并通過靜平衡實(shí)驗使得溫度熱電信號采集模塊的質(zhì)心就在環(huán)的中心，這樣就確保溫度熱電信號采集模塊的質(zhì)心處在旋轉(zhuǎn)軸上，避免了高速旋轉(zhuǎn)離心力的問題。


圖1為旋轉(zhuǎn)體多點(diǎn)溫度測量熱電勢信號無線輸出裝置電路原理圖2為車削狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)工件多點(diǎn)溫度測量裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為銑削狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)刀具多點(diǎn)溫度測量裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為車削時采集與發(fā)射模塊10固定在車削工件13上的示意圖；圖5為銑削時采集與發(fā)射模塊10固定在銑刀15上的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明，但本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施方式表述的范圍。 如圖1所示，一種旋轉(zhuǎn)體多點(diǎn)溫度測量熱電勢信號無線輸出裝置，包括K型熱電偶 1、熱電勢信號采集與發(fā)射模塊10、無線接收模塊8和PC機(jī)9 ；熱電勢信號采集與發(fā)射模塊 10包括多路電子開關(guān)2、放大電路3、濾波電路4、A/D轉(zhuǎn)換電路5、CPTO、無線發(fā)射模塊7和電池21，多路電子開關(guān)2、放大電路3、濾波電路4、A/D轉(zhuǎn)換電路5和CPTO依次信號連接， CPU6還分別與多路電子開關(guān)2、無線發(fā)射模塊7和電池21連接，電池21還分別與多路電子開關(guān)2、放大電路3、濾波電路4、A/D轉(zhuǎn)換電路5和無線發(fā)射模塊7連接；無線接收模塊8通過導(dǎo)線與PC機(jī)9連接，無線發(fā)射模塊7與無線接收模塊8信號連接。多個K型熱電偶1分別設(shè)置在待測溫的旋轉(zhuǎn)體上，K型熱電偶1通過導(dǎo)線把熱電信號輸入電勢信號采集與發(fā)射模塊10的多路電子開關(guān)2 ；電勢信號采集與發(fā)射模塊10通過螺栓固定在旋轉(zhuǎn)體13尾部中心，或者把電勢信號采集與發(fā)射模塊10套在旋轉(zhuǎn)體15 ；電勢信號采集與發(fā)射模塊10的重心與旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)軸同心，避免高速旋轉(zhuǎn)時離心力的產(chǎn)生。電勢信號采集與發(fā)射模塊10把K型熱電偶1采集到的熱電勢進(jìn)行了濾波、放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換，并把信號通過無線發(fā)射模塊7發(fā)射出來；無線接收模塊8接收從無線發(fā)射模塊7 發(fā)射出的信號；CPTO控制電勢信號采集與發(fā)射模塊10中各個電子元件工作；PC機(jī)9把無線接收模塊8接收到的來自電勢信號采集與發(fā)射模塊10的信號進(jìn)行復(fù)原、電勢與溫度值的匹配，也就是說把數(shù)據(jù)進(jìn)一步的整理，并把電壓值轉(zhuǎn)換為溫度值，并按要求顯示出來；電勢信號采集與發(fā)射模塊10中多路電子開關(guān)2的作用是把從多個K型熱電偶1采集到的信號輪流輸入放大電路3 ；放大電路3的作用是把來自K型熱電偶1采集的信號進(jìn)行放大；濾波電路4是把采集到的原始信號中的雜波過濾掉；A/D轉(zhuǎn)換電路5是把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；無線發(fā)射裝置7把來自A/D轉(zhuǎn)換電路5的信號發(fā)射出去。如圖2、4所示，車削狀態(tài)下，車刀11固定在車床上，車削工件13通過三爪卡盤12 固定在車床上，且隨三爪卡盤12旋轉(zhuǎn)。要測量旋轉(zhuǎn)工件的溫度時，把K型熱電偶1、電勢信號采集與發(fā)射模塊10都固定在車削工件13上，其中，K型熱電偶1固定在車削工件13上， 位于車刀11的加工部位附近，電勢信號采集與發(fā)射模塊10通過螺栓18和銅柱墊片19直接固定在車削工件13的尾端，電勢信號采集與發(fā)射模塊10的重心與旋轉(zhuǎn)軸同心，避免高速旋轉(zhuǎn)時離心力的產(chǎn)生。如圖3、5所示，銑削狀態(tài)下，銑削工件14固定在銑床17上不動，銑刀15作為旋轉(zhuǎn)體加工要銑削工件14，銑刀15通過刀夾20固定在銑床上，電勢信號采集與發(fā)射模塊10制成空心的環(huán)形裝置，電勢信號采集與發(fā)射模塊10通過強(qiáng)力膠水22固定在刀夾20，銑刀15 穿過環(huán)形電勢信號采集與發(fā)射模塊10中間通孔，K型熱電偶1固定在銑刀15的前端，靠近銑削工件14。K型熱電偶1、電勢信號采集與發(fā)射模塊10都固定在銑刀15上，電勢信號采集與發(fā)射模塊10的重心與銑刀15旋轉(zhuǎn)軸同心，避免高速旋轉(zhuǎn)時離心力的產(chǎn)生。測溫工作時，啟動電勢信號采集與發(fā)射模塊10，CPTO控制多路電子開關(guān)2，使得電勢信號采集與發(fā)射模塊10從多個K型熱電偶1采集到的熱電勢信號輪流進(jìn)入放大電路 3及濾波電路4，進(jìn)行熱電勢信號的放大及濾波；經(jīng)過放大及濾波電路放大及濾波后的熱電勢模擬信號進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換電路5，CPU6把熱電勢模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；經(jīng)CPTO處理得到的熱電勢數(shù)字信號通過無線發(fā)射模塊7發(fā)送到外部靜止態(tài)的無線接收模塊8，無線接收模塊8受PC機(jī)9的控制，接收無線發(fā)射裝置7發(fā)射出的信號，無線接收模塊8把接收到的熱電勢信號輸入到PC機(jī)9中處理、儲存和顯示出來。PC機(jī)9把經(jīng)過電勢信號采集與發(fā)射模塊10放大、A/D轉(zhuǎn)換的信息進(jìn)行還原，還原后就得到K型熱電偶1采集的初始值。再根據(jù)K 型熱電偶電勢——溫度值對應(yīng)表，把電勢信號轉(zhuǎn)換為溫度值，從而實(shí)現(xiàn)各點(diǎn)溫度的采集、傳輸和顯示。本發(fā)明信號采集的起始時間、每次采集的時間間隔、采集信號的通道和這些通道采集信號的順序是由控制程序事先設(shè)定的，這樣PC機(jī)把采集的信號，根據(jù)通道的多少，整理成各個通道在不同時間點(diǎn)采集到的熱電勢信號序列，并把獲得的各通道熱電勢值還原到原始值，再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)熱電偶電勢值與溫度值的對應(yīng)關(guān)系表，把熱電勢信號轉(zhuǎn)換為溫度值。從而實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)體多點(diǎn)溫度的實(shí)時采集、輸出和顯示。很好地解決了旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下標(biāo)準(zhǔn)熱電偶測量多點(diǎn)溫度時，多信號的引出和避免附加熱電勢產(chǎn)生問題。本發(fā)明提出把多個標(biāo)準(zhǔn)熱電偶采集到的熱電勢信號通過固定在旋轉(zhuǎn)體上的熱電勢采集模塊內(nèi)的無線發(fā)射電路輸出到外部靜止態(tài)的無線信號接收電路，最后輸入到計算機(jī)。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)體多點(diǎn)溫度測量熱電勢信號無線輸出裝置，其特征在于，包括K型熱電偶、 熱電勢信號采集與發(fā)射模塊、無線接收模塊和PC機(jī)；所述熱電勢信號采集與發(fā)射模塊包括多路電子開關(guān)、放大電路、濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、CPU、無線發(fā)射模塊和電池，多路電子開關(guān)、放大電路、濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和CPU依次信號連接，CPU還分別與多路電子開關(guān)、無線發(fā)射模塊和電池連接，電池還分別與多路電子開關(guān)、放大電路、濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和無線發(fā)射模塊連接；所述無線接收模塊通過導(dǎo)線與PC機(jī)連接，無線發(fā)射模塊與無線接收模塊信號連接；多個K型熱電偶分別設(shè)置在待測溫的旋轉(zhuǎn)體上，K型熱電偶通過導(dǎo)線與多路電子開關(guān)連接；所述電勢信號采集與發(fā)射模塊固定在旋轉(zhuǎn)體尾部中心，或者勢信號采集與發(fā)射模塊套在旋轉(zhuǎn)體上，使電勢信號采集與發(fā)射模塊的重心與旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)軸同心。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)體多點(diǎn)溫度測量熱電勢信號無線輸出裝置，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)體為車削工件，車削工件通過三爪卡盤固定在車床上，且隨三爪卡盤旋轉(zhuǎn)，K 型熱電偶固定在車削工件上，位于車刀的加工部位附近，電勢信號采集與發(fā)射模塊通過螺栓和銅柱墊片直接固定在車削工件的尾端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)體多點(diǎn)溫度測量熱電勢信號無線輸出裝置，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)體為銑刀，銑削工件固定在銑床上不動，銑刀通過刀夾固定在銑床上，電勢信號采集與發(fā)射模塊為空心的環(huán)形裝置，電勢信號采集與發(fā)射模塊通過強(qiáng)力膠水固定在刀夾，銑刀穿過環(huán)形電勢信號采集與發(fā)射模塊中間通孔，K型熱電偶固定在銑刀的前端，靠近銑削工件。
4.應(yīng)用權(quán)利要求1所述裝置的旋轉(zhuǎn)體多點(diǎn)溫度測量熱電勢信號無線輸出方法，其特征在于測溫工作時，啟動電勢信號采集與發(fā)射模塊，CPU控制多路電子開關(guān)，使得電勢信號采集與發(fā)射模塊從多個K型熱電偶采集到的熱電勢信號輪流進(jìn)入放大電路及濾波電路， 進(jìn)行熱電勢信號的放大及濾波；經(jīng)過放大及濾波電路放大及濾波后的熱電勢模擬信號進(jìn)入 A/D轉(zhuǎn)換電路，CPU把熱電勢模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；經(jīng)CPU處理得到的熱電勢數(shù)字信號通過無線發(fā)射模塊發(fā)送到外部靜止態(tài)的無線接收模塊，無線接收模塊受PC機(jī)的控制，接收無線發(fā)射裝置發(fā)射出的信號，無線接收模塊把接收到的熱電勢信號輸入到PC機(jī)中處理、儲存和顯示出來。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于PC機(jī)還把經(jīng)過電勢信號采集與發(fā)射模塊放大、A/D轉(zhuǎn)換的信息進(jìn)行還原，還原后就得到K型熱電偶采集的初始值，PC機(jī)再根據(jù)K型熱電偶電勢——溫度值對應(yīng)表，把電勢信號轉(zhuǎn)換為溫度值，實(shí)現(xiàn)各點(diǎn)溫度的采集、傳輸和顯 示。
全文摘要
本發(fā)明公開了旋轉(zhuǎn)體多點(diǎn)溫度測量熱電勢信號無線輸出方法與裝置，該裝置包括K型熱電偶、熱電勢信號采集與發(fā)射模塊、無線接收模塊和PC機(jī)；無線接收模塊通過導(dǎo)線與PC機(jī)連接，多個K型熱電偶分別設(shè)置在待測溫的旋轉(zhuǎn)體上，K型熱電偶通過導(dǎo)線與多路電子開關(guān)連接；所述電勢信號采集與發(fā)射模塊固定在旋轉(zhuǎn)體尾部中心，或者勢信號采集與發(fā)射模塊套在旋轉(zhuǎn)體上，使電勢信號采集與發(fā)射模塊的重心與旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)軸同心。本發(fā)明PC機(jī)把串行采集的信號，根據(jù)通道的多少，整理成各個通道在不同時間點(diǎn)采集到的熱電勢信號序列，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)體多點(diǎn)溫度的實(shí)時采集、輸出和顯示，很好地解決了旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下多信號的引出和避免附加熱電勢產(chǎn)生問題。
文檔編號B23C9/00GK102161167SQ20111002719
公開日2011年8月24日 申請日期2011年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月21日
發(fā)明者全燕鳴, 劉志軍, 劉漢瑞 申請人:華南理工大學(xué)