專利名稱：弧焊熔滴過渡檢測弧光傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種傳感器，特別是一種弧焊熔滴過渡檢測弧光傳感器。
在熔化極氣體保護焊過程中，熔滴過渡是一個影響過程穩(wěn)定性及最終焊接質量的重要因素。為獲得穩(wěn)定的熔滴過渡，需要準確地檢測熔滴過渡過程。大量研究表明，通過檢測焊接過程中的弧光信號，可以可靠地檢測熔滴過渡過程。由于過渡過程是一個變化速度較高的動態(tài)過程，已有的弧光傳感器主要使用兩種響應速度高的光電元件光電倍增管和半導體光電管。
光電倍增管靈敏度高、檢測范圍廣，在檢測GMAW的熔滴過渡時取得了較好的結果。在鋼的脈沖熔化極氣體保護焊中，當熔滴脫落時，弧光輻射信號中出現(xiàn)一個明顯的下塌特征，同樣的現(xiàn)象也存在于鋁合金的脈沖熔化極氣體保護焊過程中。
目前使用的半導體光電管為光電二極管和晶體管。這種傳感技術可以滿足在一定動態(tài)變化范圍內(nèi)檢測弧光變化和輻射變化的需要，并已在熔滴過渡測量過程中得到應用。
光電倍增管具有靈敏度高、檢測范圍廣的優(yōu)點，在檢測GMAW過程中的熔滴過渡時也取得了較好的結果。但光電倍增管存在較多局限。主要問題在于光電倍增管需要1000伏左右的高壓、體積較大且易碎，使用不便。另外，光電倍增管易受電磁干擾，成本相對較高，實用性差。
采用半導體光電管做弧光傳感器的光敏元件可以克服以上這些問題，因此成為目前實際使用的主要器件。從完善的傳感技術的角度來講，這種傳感方法還存在較多的問題，比較突出的是這種方法能正常接收的弧光強度的動態(tài)變化范圍較小。在使用過程中要不斷根據(jù)光強的變化調(diào)整減光深度。另外，由于電弧弧光的強度遠遠超出了半導體光電管的接收范圍，需采取較深的減光措施，而且減光的深度很難連續(xù)、實時調(diào)整。這給傳感器的制造和使用帶來了麻煩。此外，現(xiàn)有的弧光傳感器還停留在實驗室階段，體積龐大，缺乏克服實際焊接惡劣條件的手段。
本實用新型的目的是提供一種性能可靠、使用方便、成本低、易維護新型的弧焊熔滴過渡檢測弧光傳感器。
本實用新型的目的是通過以下結構實現(xiàn)的本實用新型為一種弧焊熔滴過渡檢測弧光傳感器此新型傳感器，包括傳感探頭、傳輸線及自動控制電路，從光電三極管的基極引出控制線到靈敏度自動控制電路，后續(xù)晶體管的基極與光電三極管的發(fā)射極連接，連接后的引線與自動控制電路的輸出端連接，然后再與后續(xù)晶體管的發(fā)射極連接構成閉和回路，輸出電路與接收電路或計算機連接。以解決電弧焊弧光傳感研究及實驗應用的需要。
本實用新型的突出特點是采用光電三極管代替光電晶體管并附加了新穎的靈敏度自動控制線路，根據(jù)光電三極管的工作原理可知，光電三極管的工作有兩個過程一是光電轉換，二是光電流放大。光電流轉換過程是在集-基結區(qū)內(nèi)進行，光激發(fā)電子-空穴對，其電子流向集電區(qū)被集電極所收集，空穴流向基區(qū)作為基極電流被晶體管放大，集-基結產(chǎn)生的光電流被晶體管5放大β倍，集電極輸出電流IC＝IΦβ＝S1βE (1)其中，S1為集-基結光電流靈敏度S1為晶體管的放大倍數(shù)，E為入射照度。
自動靈敏度控制電路的原理在于隨入射度的變化，能適當?shù)馗淖冹`敏度，從而提高可接收照度的動態(tài)變化范圍。如圖2所示，如果在光電三極管的基極接一旁路，此旁路將對集-基結區(qū)產(chǎn)生的光電流進行分流為Ibp，則根據(jù)式(1)可知IC＝(IΦ-Ibp)β (2)在設計此電路的過程中，將使Ibp同IΦ建立聯(lián)系，Ibp＝KbIΦ，Kb為關系系數(shù)并可按不同要求設計成常量或者變量，則式(2)可表示為Ic＝(IΦ-KbIΦ)β
由式(3)可見，增加控制回路后光電三極管的靈敏度發(fā)生了變化，S1＜S1，改變后的靈敏度小于原來的靈敏度，并且可以通過控制回路進行控制。這為設計和使用弧光傳感器帶來許多方便。
利用這種控制回路可以明顯地提高接收弧光強動態(tài)變化的范圍，通過選取適當控制參數(shù)降低光電三極管的靈敏度，可使其直接接收強烈弧光并具有較大的動態(tài)響應范圍，且減光深度可以連續(xù)調(diào)節(jié)。這種減光方式屬于中性減光，不會與安裝濾片產(chǎn)生沖突。另外這種控制電路可方便地控制光電三極管的工作狀態(tài)，有利于計算機控制或與其它參數(shù)的改變(如焊接電流)同步調(diào)節(jié)?；谶@種原理，設計了一系列實用型弧光傳感器，以滿足各種不同的使用要求。如圖所示系統(tǒng)中，靈敏度自動調(diào)整由晶體管完成，電位器用來設定整個傳感器的工作狀態(tài)。信號輸出到后續(xù)接收電路或計算機。在系統(tǒng)中，自動靈敏度控制由控制器控制的晶體管實現(xiàn)?？刂破魍瑫r控制焊機的輸出電流，這樣可實現(xiàn)根據(jù)焊接電流同步調(diào)整傳感器的靈敏度，可進一步提高傳感信號的質量。
在電弧焊的傳感過程中存在多種干擾?；」鈧鞲衅饕诤附舆^程中取得理想的效果，必須應具有以下一些性能1、具有足夠反映電弧行為的譜段靈敏度。
2、體積小，結構堅固，成本低，易維護。
3、抗電磁干擾能力強，不受焊接煙塵的影響。
4、具有較寬的光強檢測動態(tài)變化范圍。
5、應用范圍廣。
經(jīng)過長時間的使用證明，此實用化傳感器性能可靠、使用方便、成本低、易維護。通過所使用的自動靈敏度調(diào)整電路，不需使用額外的減光或調(diào)整裝置就可以在整個工作范圍內(nèi)可靠地使用。通過結構設計及噴氣保護，使傳感器具有很強的抵抗焊接惡劣操作環(huán)境的能力。利用此傳感器可以替代以往的光電倍增管、光電晶體管傳感器，可靠地傳感焊接過程中各種熔滴過渡形式，對于短路過渡形式的弧光波形，其周期性的弧光熄滅過程對應著熔滴同熔池的搭接。對于富氬氣體保護下的大滴過渡和射滴過渡，弧光輻射強度信號中出現(xiàn)明顯的周期性的強度變化。在每一個周期內(nèi)，弧光強度信號首先增加，然后急劇降低。隨著金屬熔滴過渡率的增加，這種周期變化的頻率也在提高。對于富氬氣體保護下的鋼脈沖熔化極氣體保護焊和純氬保護下鋁的脈沖熔化極氣體保護焊過程中這種現(xiàn)象也同樣存在。
以往采用光電倍增管和光電晶體管所獲得的信號，同它們相比，利用本弧光傳感器所獲得的信號的質量較高。


圖1為本實用新型電路原理圖圖2為光電管電路原理圖圖3為實施例1的電路原理圖圖4為實施例2的電路原理圖圖5為傳感器探頭結構裝配圖
以下結合附圖和實施例對本實用新型做進一步詳述。
實施例1如
圖1所示的本實用新型為一種弧焊熔滴過渡檢測弧光傳感器此新型傳感器，包括傳感探頭1、傳輸線2及自動控制電路3，從光電三極管的基極6引出控制線到靈敏度自動控制電路3，后續(xù)晶體管的基極與光電三極管的發(fā)射極連接，連接后的引線與自動控制電路的輸出端連接，然后再與后續(xù)晶體管的發(fā)射極連接構成閉和回路，輸出電路4與接收電路或計算機連接。如圖5所示，探頭1由內(nèi)層殼體16、外層殼體18、前端蓋15、后端蓋20及光敏元件固定環(huán)19組成，外層殼體18內(nèi)套裝著內(nèi)層殼體16、前端蓋15和內(nèi)層殼體16之間固定保護玻璃，氣流傳感器后端位于探頭內(nèi)層殼體上的通氣孔17內(nèi)，光敏元件固定于孔22處，固定環(huán)19依靠端面26固定光敏元件，后端蓋20依靠其端面29定位固定環(huán)19，內(nèi)外殼體依靠軸肩23相互定位，整個傳感器探頭的直徑為15mm，探頭和后部控制接收電路依靠屏蔽線連接，使用電流傳輸方式，弧光傳感的特點決定了這種傳感器探頭距電弧較近，為防止焊接煙塵及高溫輻射對探頭的影響，傳感探頭在結構上設置了噴氣保護功能，氣體來源于焊槍內(nèi)的保護氣，氣流量很小，所以對電弧沒有不良影響。所述的自動控制電路3為靈敏度自動調(diào)整由晶體管12完成，晶體管12的基極與電位器11的輸入端連接，電位器11的輸出端與晶體管12的集電極連接，連接后的引線與電位器10、光電三極管的基極6連接。
圖3和圖4就是兩種較為典型的實用系統(tǒng)。在圖3所示中，靈敏度自動調(diào)整由晶體管12完成，從光電三極管的基極6引出控制線到靈敏度自動控制電路3，光電三極管產(chǎn)生的光電流有一部分通過控制電路旁路?？刂齐娐?根據(jù)當前弧光強度自動調(diào)節(jié)旁路光流的大小，從而改變了光電三極管的靈敏度。電位器10和11用來設定整個傳感器的工作狀態(tài)。光電三極管的輸出通過后續(xù)晶體管的放大后從4輸出到接收電路或計算機。
實施例2如圖4所示，所述的自動控制電路3為晶體管12的基極與控制器的輸入端連接，晶體管12的集電極與光電三極管的基極6連接，控制器的輸出端與焊機的輸出端電連接。
在圖4所示中，自動靈敏度控制由控制器13控制的晶體管12實現(xiàn)。由于不同的焊接電流對應不同的弧光強度，電流越大，弧光強度越大?？刂破?3通過控制晶體管12基極上的電壓，可以控制晶體管12從光電三極管5旁路光電電流的大小，從而控制光電三極管的靈敏度?？刂破?3同時控制焊機14的輸出電流，這樣可實現(xiàn)根據(jù)焊接電流同步調(diào)整傳感器的靈敏度，可進一步提高傳感信號的質量。本實施例的其它結構與實施例1相同，這里不再重述。
權利要求1.一種弧焊熔滴過渡檢測弧光傳感器此新型傳感器，包括傳感探頭(1)、傳輸線(2)及自動控制電路(3)，其特征是從光電三極管(5)的基極(6)引出控制線到靈敏度自動控制電路(3)，后續(xù)晶體管的基極與光電三極管(5)的發(fā)射極連接，連接后的引線與自動控制電路(3)的輸出端連接，然后再與后續(xù)晶體管的發(fā)射極連接構成閉和回路，輸出電路(4)與接收電路或計算機連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種弧焊熔滴過渡檢測弧光傳感器此新型傳感器，其特征是探頭(1)由內(nèi)層殼體(16)、外層殼體(18)、前端蓋(15)、后端蓋(20)及光敏元件固定環(huán)(19)組成，外層殼體(18)內(nèi)套裝著內(nèi)層殼體(16)、前端蓋(15)和內(nèi)層殼體(16)之間固定保護玻璃，氣流傳感器后端位于探頭內(nèi)層殼體上的通氣孔(17)內(nèi)，光敏元件固定于孔(22)處，固定環(huán)(19)依靠端面(26)固定光敏元件，后端蓋(20)依靠其端面(29)定位固定環(huán)(19)，內(nèi)外殼體依靠軸肩(23)相互定位，整個傳感器探頭的直徑為15mm，探頭和后部控制接收電路依靠屏蔽線連接，使用電流傳輸方式。。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種弧焊熔滴過渡檢測弧光傳感器此新型傳感器，其特征是所述的自動控制電路(3)為靈敏度自動調(diào)整由晶體管(12)完成，晶體管(12)的基極與電位器(11)的輸入端連接，電位器(11)的輸出端與晶體管(12)的集電極連接，連接后的引線與電位器(10)、光電三極管(5)的基極(6)連接。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的一種弧焊熔滴過渡檢測弧光傳感器此新型傳感器，其特征是所述的自動控制電路(3)為晶體管(12)的基極與控制器的輸入端連接，晶體管(12)的集電極與光電三極管(5)的基極(6)連接，控制器的輸出端與焊機的輸出端電連接。
專利摘要本實用新型涉及一種弧焊熔滴過渡檢測弧光傳感器此新型傳感器,包括傳感探頭、傳輸線及自動控制電路,從光電三極管的基極引出控制線到靈敏度自動控制電路,后續(xù)晶體管的基極與光電三極管的發(fā)射極連接,連接后的引線與自動控制電路的輸出端連接,然后再與后續(xù)晶體管的發(fā)射極連接構成閉合回路,輸出電路與接收電路或計算機連接。本實用新型具有足夠反映電弧行為的譜段靈敏度,體積小,結構堅固,成本低,易維護,抗電磁干擾能力強,不受焊接煙塵的影響,具有較寬的光強檢,測動態(tài)變化范圍,應用范圍廣。
文檔編號B23K9/095GK2389746SQ9921874
公開日2000年8月2日 申請日期1999年8月6日 優(yōu)先權日1999年8月6日
發(fā)明者李鵬九 申請人:李鵬九