高壓干法水下焊接多信號同步采集系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種高壓干法水下焊接多信號同步采集系統(tǒng)，包括高壓焊接試驗艙，高壓焊接試驗艙內設有高壓干法水下焊接裝置、高速攝像機、高速攝像光學系統(tǒng)、艙內聲信號采集放大系統(tǒng)和熔滴過渡高速攝像背光系統(tǒng)，高壓焊接試驗艙外設有艙外焊接電源、電弧聲信號檢測系統(tǒng)、同步采集及顯示系統(tǒng)、信號同步觸發(fā)裝置、焊接電信號傳感系統(tǒng)。性能可靠、操作方便、安全、應用性強，為高壓干法水下焊接工藝試驗提供了一個良好有效的多信號采集與分析平臺。
【專利說明】高壓干法水下焊接多信號同步采集系統(tǒng)

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種高壓干法水下焊接信號測控設備，尤其涉及一種高壓干法水下焊接多信號同步采集系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002]相比濕法水下焊接和局部干法水下焊接，高壓干法水下焊接具有最優(yōu)的焊接質量，因此在海底油氣管道、核電站和隧道盾構機的維修中具有良好的應用前景。為實現(xiàn)水下高壓干法焊接的機械化、自動化與智能化，對焊接過程的實時監(jiān)控必不可少。焊接過程的實時監(jiān)測手段主要包括對焊接電流、電壓、電弧聲信號和高速攝像圖像信號的監(jiān)測。
[0003]目前在高壓干法水下焊接中，對焊接信號的監(jiān)測大多是單一或孤立的，沒有建立起各種信號之間的相互聯(lián)系使其相互補充，因此監(jiān)測結果還有待進一步驗證。而現(xiàn)有的多路同步采集系統(tǒng)一般只適用于普通常壓環(huán)境，缺少專門針對于高壓環(huán)境下焊接多信號同步采集的成套裝置或系統(tǒng)。如中國專利號為201210550541.2，提出“一種基于USB傳輸?shù)亩嗦吠讲杉到y(tǒng)裝置及方法”，設計出一種適用于多場合的同步采集系統(tǒng)，并對同步采集精度進行了改善，但是USB總線傳輸速度慢，不適于高數(shù)據(jù)流傳輸，同時精度不能達到絕對同步，并且此裝置不適于高壓焊接多信號的采集。又如中國專利號為201310009258.3，設計出“一種同步采集數(shù)據(jù)和多畫面顯示的控制與顯示裝置”，可實現(xiàn)對擁有不同操作系統(tǒng)和控制軟件的硬件設備實現(xiàn)運行狀態(tài)的同步控制，各設備并行工作，互不影響。但此設備應用范圍小，僅適用于熱障涂層試驗模擬領域。


【發(fā)明內容】

[0004]本實用新型的目的是提供一種性能可靠、操作方便、安全、應用性強的高壓干法水下焊接多信號同步采集系統(tǒng)。
[0005]本實用新型的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
[0006]本實用新型的高壓干法水下焊接多信號同步采集系統(tǒng)，包括高壓焊接試驗艙，所述高壓焊接試驗艙內設有高壓干法水下焊接裝置、高速攝像機、高速攝像光學系統(tǒng)、艙內聲信號采集放大系統(tǒng)和熔滴過渡高速攝像背光系統(tǒng)，所述高壓焊接試驗艙外設有艙外焊接電源、電弧聲信號檢測系統(tǒng)、同步采集及顯示系統(tǒng)、信號同步觸發(fā)裝置、焊接電信號傳感系統(tǒng)；
[0007]所述高壓干法水下焊接裝置與所述艙外焊接電源、焊接電信號傳感系統(tǒng)分別連接;
[0008]所述高速攝像機與所述信號同步觸發(fā)裝置連接；
[0009]所述艙內聲信號采集放大系統(tǒng)與所述電弧聲信號檢測系統(tǒng)連接；
[0010]所述焊接電信號傳感系統(tǒng)、信號同步觸發(fā)裝置、電弧聲信號檢測系統(tǒng)與所述同步采集及顯示系統(tǒng)連接。
[0011]由上述本實用新型提供的技術方案可以看出，本實用新型實施例提供的高壓干法水下焊接多信號同步采集系統(tǒng)，由于高壓焊接試驗艙內設有高壓干法水下焊接裝置、高速攝像機、高速攝像光學系統(tǒng)、艙內聲信號采集放大系統(tǒng)和熔滴過渡高速攝像背光系統(tǒng)，高壓焊接試驗艙外設有艙外焊接電源、電弧聲信號檢測系統(tǒng)、同步采集及顯示系統(tǒng)、信號同步觸發(fā)裝置、焊接電信號傳感系統(tǒng)，性能可靠、操作方便、安全、應用性強，為高壓干法水下焊接工藝試驗提供了一個良好有效的多信號采集與分析平臺。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本實用新型實施例提供的高壓干法水下焊接多信號同步采集系統(tǒng)的結構示意圖。
[0013]圖中:
[0014]1、高壓焊接試驗艙，2、艙外焊接電源，3、電弧聲信號檢測系統(tǒng)，4、同步采集及顯示系統(tǒng)，5、信號同步觸發(fā)裝置，6、焊接電信號傳感系統(tǒng)，7、高速攝像機，8、高速攝像機耐壓保護裝置，9、高速攝像光學系統(tǒng)，10、艙內聲信號采集放大系統(tǒng)，11、熔滴過渡高速攝像背光系統(tǒng)。

【具體實施方式】
[0015]下面將對本實用新型實施例作進一步地詳細描述。
[0016]本實用新型的高壓干法水下焊接多信號同步采集系統(tǒng)，其較佳的【具體實施方式】是:
[0017]包括高壓焊接試驗艙，所述高壓焊接試驗艙內設有高壓干法水下焊接裝置、高速攝像機、高速攝像光學系統(tǒng)、艙內聲信號采集放大系統(tǒng)和熔滴過渡高速攝像背光系統(tǒng)，所述高壓焊接試驗艙外設有艙外焊接電源、電弧聲信號檢測系統(tǒng)、同步采集及顯示系統(tǒng)、信號同步觸發(fā)裝置、焊接電信號傳感系統(tǒng)；
[0018]所述高壓干法水下焊接裝置與所述艙外焊接電源、焊接電信號傳感系統(tǒng)分別連接;
[0019]所述高速攝像機與所述信號同步觸發(fā)裝置連接；
[0020]所述艙內聲信號采集放大系統(tǒng)與所述電弧聲信號檢測系統(tǒng)連接；
[0021]所述焊接電信號傳感系統(tǒng)、信號同步觸發(fā)裝置、電弧聲信號檢測系統(tǒng)與所述同步采集及顯示系統(tǒng)連接。
[0022]所述高速攝像機高速攝像機設有高速攝像機耐壓保護裝置，所述高速攝像機耐壓保護裝置的前端嵌入高透光玻璃。
[0023]所述高速攝像機耐壓保護裝置的一側設有開合機構，并在開合處通過螺栓連接壓緊密封圈。
[0024]所述高速攝像光學系統(tǒng)包含減光片、濾光片、光學聚焦透鏡、可變光闌以及磁力底座。
[0025]本實用新型的高壓干法水下焊接多信號同步采集系統(tǒng)，用于高壓干法水下焊接，高壓焊接試驗艙提供模擬焊接水深所對應的環(huán)境壓力，焊接電信號檢測系統(tǒng)實現(xiàn)焊接電流和電壓信號的采集，電弧聲信號檢測系統(tǒng)實現(xiàn)焊接電弧聲信號的傳感采集；高速攝像系統(tǒng)實現(xiàn)高壓焊接環(huán)境下電弧弧光的有效濾除和清晰熔滴過渡圖像的拍攝；信號同步觸發(fā)和同步采集系統(tǒng)采用多通道數(shù)據(jù)采集卡同時分通道采集技術，通過硬件觸發(fā)，對高速攝像機、電弧聲信號檢測設備、焊接電信號傳感檢測設備進行同步控制，實現(xiàn)真正意義上的時間同步；同步顯示系統(tǒng)通過編程，實現(xiàn)了電信號、聲信號和高速攝像圖片在時間軸的同步顯示，為高壓干法水下焊接工藝優(yōu)化和機理研究奠定基礎。
[0026]本實用新型具有以下優(yōu)點和效果:
[0027]高速攝像光學系統(tǒng)采用激光作為背光，通過與激光相同波長為中心的帶通濾光片，配合相應的透鏡、小孔光闌和減光片，可以將焊接電弧的弧光隔離屏蔽，同時將熔滴圖像亮度減弱，使得清晰的熔滴過渡圖像被高速攝像機鏡頭拍攝，實現(xiàn)對焊接熔滴過渡圖像的清晰記錄。
[0028]高速攝像保護裝置主體結構采用透明有機玻璃，使裝置具有良好的耐壓性、輕便性與內部裝置可視性。螺栓壓緊密封圈密封，使保護裝置具有良好的密封性，確保在高壓環(huán)境下形成一個常壓密閉空間，高速攝像機在其中能正常安全運行。
[0029]位于艙外的同步觸發(fā)裝置與同步采集及顯示系統(tǒng)，通過觸發(fā)線將觸發(fā)控制信號傳入高速攝像機使其啟動運行，通過千兆以太網(wǎng)將高速攝像機所拍攝的圖像信號傳入上位機中，整個過程實現(xiàn)了艙外控制設備對艙內高速攝像機的實時控制、圖像傳輸與顯示。
[0030]同步觸發(fā)模塊同時向高速攝像機、數(shù)據(jù)采集卡發(fā)射觸發(fā)信號，使兩個信號采集設備同時開始運行，在時間軸上啟動時間完全一致，無任何軟件延遲所造成的誤差，具有嚴格的同步性，各信號采集設備并行工作，互不影響，為高壓焊接熔滴過渡機理研究提供了精確的同步數(shù)據(jù)。
[0031]同步采集及顯示系統(tǒng)可以實現(xiàn)焊接電流、電壓、電弧聲與高速攝像圖片在時間軸上的一一對應。文本框中輸入游標在時間軸上的數(shù)值或用鼠標拖動游標，軟件界面可自動顯示與游標位置相對應的同步高速攝像圖片，進而可通過比對該時刻的電流、電壓、電弧聲大小，進行高壓干法水下焊接工藝優(yōu)化和焊接機理的研究。
[0032]本實用新型的高壓干法水下焊接信號同步采集系統(tǒng)，性能可靠，操作方便、安全，應用性強，為高壓干法水下焊接工藝試驗提供了一個良好有效的多信號采集與分析平臺。
[0033]具體實施例:
[0034]如圖1所示，主要由高壓焊接試驗艙1、艙外焊接電源2、電弧聲信號檢測系統(tǒng)3、同步采集及顯示系統(tǒng)4、信號同步觸發(fā)裝置5、焊接電信號傳感系統(tǒng)6、高速攝像機7、高速攝像機耐壓保護裝置8、高速攝像光學系統(tǒng)9、艙內聲信號采集放大系統(tǒng)10和熔滴過渡高速攝像背光系統(tǒng)11組成。其中經(jīng)優(yōu)化調整后，高速攝像機耐壓保護裝置8、熔滴過渡高速攝像背光系統(tǒng)11和高速攝像光學組件9、艙內聲信號采集放大系統(tǒng)10分別與高壓焊接試驗艙I的底板固定連接；各機構的固定位置可以調整；高速攝像機7與高速攝像機耐壓保護裝置8固定連接；焊接電源2、焊接電信號傳感系統(tǒng)6、電弧聲信號檢測系統(tǒng)3和高速攝像機7的視頻顯示部分均位于艙外。啟動熔滴過渡高速攝像背光系統(tǒng)11，調節(jié)高速攝像機7的幀速度、光圈與高速攝像光學組件9的相對位置，最終使同步采集及顯示系統(tǒng)4的上位機顯示屏中出現(xiàn)清楚的焊絲端部的實像。高速攝像光學組件9中的光學聚焦透鏡將背光聚于聚焦透鏡的焦點上，高速攝像光學組件9中的可變光闌置于該焦平面上，且確保焦點恰好通過可變光闌上的小孔。為保證能更有效地濾除弧光，小孔直徑應在滿足背光可通過的前提下盡可能小。將高速攝像機耐壓保護裝置8用螺栓壓緊密封圈密封，將高速攝像機7的觸發(fā)線與同步觸發(fā)模塊連接，將用于傳輸圖像數(shù)據(jù)的以太網(wǎng)與同步采集及顯示系統(tǒng)4的上位機連接。將連接有艙內聲信號采集放大系統(tǒng)10的電弧聲信號檢測系統(tǒng)3、焊接電信號傳感系統(tǒng)6分別與同步采集及顯示系統(tǒng)4的同步數(shù)據(jù)采集卡相連。關閉高壓焊接試驗艙1，通過氣體加壓營造高氣壓環(huán)境。啟動艙外焊接電源2與同步采集及顯示系統(tǒng)4中的上位機，開始高壓焊接。啟動信號同步觸發(fā)裝置5，位于艙外的信號同步觸發(fā)裝置5同時向同步采集及顯示系統(tǒng)4的數(shù)據(jù)采集卡和高速攝像機7發(fā)射高電平信號，同時開始采集電信號、電弧聲信號和高速圖像信號。采集過程中，同步采集及顯示系統(tǒng)4的上位機顯示屏內自動顯示信號采集數(shù)據(jù)及圖像。信號采集結束后，將所得數(shù)據(jù)記錄保存在同步采集及顯示系統(tǒng)4的上位機存儲器中。打開同步采集及顯示系統(tǒng)4中的數(shù)據(jù)同步顯示模塊，將游標置于感興趣的任意時間點，通過對比電流、電壓、電弧聲波形與熔滴過渡圖像，可以進行多信號數(shù)據(jù)比對分析。
[0035]以上所述，僅為本實用新型較佳的【具體實施方式】，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本實用新型披露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。因此，本實用新型的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
【權利要求】
1.一種高壓干法水下焊接多信號同步采集系統(tǒng)，其特征在于，包括高壓焊接試驗艙，所述高壓焊接試驗艙內設有高壓干法水下焊接裝置、高速攝像機、高速攝像光學系統(tǒng)、艙內聲信號采集放大系統(tǒng)和熔滴過渡高速攝像背光系統(tǒng)，所述高壓焊接試驗艙外設有艙外焊接電源、電弧聲信號檢測系統(tǒng)、同步采集及顯示系統(tǒng)、信號同步觸發(fā)裝置、焊接電信號傳感系統(tǒng)； 所述高壓干法水下焊接裝置與所述艙外焊接電源、焊接電信號傳感系統(tǒng)分別連接； 所述高速攝像機與所述信號同步觸發(fā)裝置連接； 所述艙內聲信號采集放大系統(tǒng)與所述電弧聲信號檢測系統(tǒng)連接； 所述焊接電信號傳感系統(tǒng)、信號同步觸發(fā)裝置、電弧聲信號檢測系統(tǒng)與所述同步采集及顯示系統(tǒng)連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的高壓干法水下焊接多信號同步采集系統(tǒng)，其特征在于，所述高速攝像機設有高速攝像機耐壓保護裝置，所述高速攝像機耐壓保護裝置的前端嵌入高透光玻璃。
3.根據(jù)權利要求2所述的高壓干法水下焊接多信號同步采集系統(tǒng)，其特征在于，所述高速攝像機耐壓保護裝置的一側設有開合機構，并在開合處通過螺栓連接壓緊密封圈。
4.根據(jù)權利要求3所述的高壓干法水下焊接多信號同步采集系統(tǒng)，其特征在于，所述高速攝像光學系統(tǒng)包含減光片、濾光片、光學聚焦透鏡、可變光闌以及磁力底座。
【文檔編號】B23K9/095GK204171513SQ201420554003
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年9月24日 優(yōu)先權日:2014年9月24日
【發(fā)明者】朱加雷, 馬正住, 周燦豐, 焦向東, 李衛(wèi)強, 賈存鋒, 馮艷鵬, 石庭深 申請人:北京石油化工學院