专利名称：监视流过或流自导管的诸如润滑剂的流体的流动的设备和由该设备实现的方法
技术领域：
本发明涉及用于监视流过或流自导管的流体，诸如润滑剂或物件处理液，的流动的设备。本发明还涉及由所述设备实现的方法。
背景技术：
在本文中，术语“流体”是指任何液体、气体或者由悬浮在输送气体或液体装置内的颗粒或粉末构成的元素或物流。
已知有些处理需要精确地监视流体馈给的状态。例如，众所周知的润滑处理；在该处理中，在加工工件的同时，使极少量的或大量的润滑剂，例如油，馈给通过油泵元件和待润滑元件之间的连接导管，待润滑的元件例如机器工具轴的轴承或者实际机器的工具。这种润滑非常的重要，因为，显然，任何的中断都会导致首先是轴承毁坏，然后是工具毁坏。
还存在其它的处理，其中流体，例如油漆、粉末等，被喷涂在物件上；在这种处理中，喷涂的中断或不规则会使得所生产的工件报废。再其它的处理中，例如用油和/或特殊物质润滑织物，所述物质在缠绕纱线轴期间施加；并且在该实例中，向执行喷射的纱线处理台馈给所述物质的任何中断都会使纱线润滑处理产生严重的缺陷。
从WO 01/36861，已知一种用于监视用气体输送油流润滑机器部件的方法(和相应的设备)。该方法包括，除其它因素之外，使用一种光电子传感器，其由光源、接收器和位于其间的导管透明部分构成，通过该导管将油和气体导向待润滑的元件。该接收器与一个控制元件相连，该控制元件根据接收器感测的光线修改光源发射的光线强度，从而尽管由于通过导管的流体使光发生衰减，但仍然保持以恒定的光量(light quantity)触击接收器。该控制元件还连接一个电路，该电路根据使光源修改发射光强度的信号确定馈给到被润滑元件的油量或者所述导管中存在的气流强度，或者中止所述被润滑元件(警告导管中发生流动异常)。
前述已知的设备如此估算通过导管的流体流速以便使接收器感测的数值保持恒定，但是它依赖于连续地修改光源产生的光强度。因此，流速估计必须考虑光单位补偿时间(light unit compensationtime)(使接收器感测的数值保持恒定)，因此不可能在非常短的时间内(也就是，实时地)实现流速估计。
而且，如果流过导管的流体不能透过光线(例如油漆)，那么已知的设备将不能确定该流体的正确流速，因为不能在接收器无法接收光信号的情况下对光源加以控制。
已知的方法不能对由喷雾器或喷嘴发射(例如喷射)的流体的流速进行测量。而且，已知的方法使用简单的光学传感器，不能对通过大尺寸导管(例如那些输送水/油乳剂用于润滑数字控制自动机器中的工具的导管)的流体进行监视。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种设备，其能够以绝对的确定性监视从相关储罐或馈给区馈给到操作区或台的流体的馈给状态或流动中断，这种监视还可能用于不透光的流体。
另一个目的是提供一种所述类型的设备，其对所监视的流体不产生任何影响并且能够监视流体的状态和/或直接确定其流速，该确定相对于设备或其操作模块内的调节不随时间改变。
另一个目的是提供一种所述类型的设备，其尺寸非常小，从而该设备能够容易地设置在使用所述类型流体的位置或机器上。
进一步的目的是提供一种所述类型的设备，其完全可编程，从而使其能够容易地适应最迥异的应用。
本发明进一步的目的是提供一种由前述设备实现的方法。
由根据附加的权利要求书的设备和方法获得的这些和进一步的目的对于本领域技术人员而言将显而易见。
通过附图，本发明将更加显而易见，它们是作为非限制性实例加以提供的，其中图1是使用该设备的第一方法的示意图；图2是使用该设备的第二方法的示意图；图3显示了本发明设备一个实施例的电流示意图。
具体实施例方式
参考所述附图，在图1中，指代数字1表示发光器，其由例如一种已知的二极管(LED)构成，型号为OP240A，由OPTEK生产，其波长为例如960nm，是红外区的典型波长；2表示管或导管，用例如热塑材料制成，用于馈给油或气/油混合物。通过管2的是典型的气/油流体3，其用于例如润滑机器工具的轴承，所述流体以已知的方式通过管2从源加以馈给。管2至少在面对发光器1的部分对光(在该实例中，是对红外辐射)透明。应当注意，所发射的光线具有合适的波长(例如在红外或紫外区)从而防止被管2干扰。
指代数字4表示光敏感传感器或接收器，被布置成与发射器1一起工作。在该实例中，该传感器4对红外区敏感，能够正确地感测由发射器1发出的光线。管2位于后者和传感器或接收器4之间。该接收器能够是例如具有1×5mm敏感区的光电二极管，型号为KOM2125，由SIEMENS生产，或者是具有1×4.2mm敏感区的PSD(位置传感器)型光学传感器，型号为S7105，由HAMAMATSU生产，其在图3的电路示意图中也有显示；选择地，接收器4能够是CCD传感器，型号为TSL 213，由Texas Instruments生产。
发射器1和接收器4连接控制单元6，其优选地是微处理器类型，用于估计信号，例如由接收器4产生的电(电流)或数字信号I1和I2，该信号通过所述接收器的输出端8和9馈给到单元6。根据这些信号以及预定的控制和比较算法，控制单元6估计管2内是否存在流体3，其是否流动及其流速。其目的是确定例如馈给机器元件(未显示，例如前述的轴承)的流体3是否正确(例如用于润滑)。
控制单元6产生参考信号K，其馈给接收器4的输入端4。
一般地，发射器1发射的光线触击流体馈给管2；然后该光线由于流过管道的流体的不规则性而偏转，从而触击能够将光信号转变成电信号的接收器4，该电信号由单元6感测，使后者能够提供被监视流体3的流动的图像或图像轮廓，从而被监视流体与所述接收器4感测的图像相关。这通过参考图3说明的方法实现。
图1显示了使用本发明确定管道或导管内流体的移动，而图2显示了使用本发明确定是否存在被雾化流体或粉末状流体(悬浮在另一个中液体或气体流体内)。
在附图中，其中相应于已说明附图的部分用相同的指代数字表示，由发光器1发射的光线触击从喷嘴14喷出的喷雾流体或粉末13，并向位于流体13另一侧的接收器4反射，在该侧还有发射器1。触击后者的光线使其发射电信号到单元6，使其以前述的方式感测喷射13的存在、其强度以及，如果需要的话，其在空间中的方向。然后，单元6处理流体向喷嘴14的馈给或者处理后者的支持器(support)15，该支持器使喷嘴刚直，并能够在空间中移动(平移或旋转移动)(通过普通的电动机，未显示)从而修改喷射的方向和/或流速。
该“反射”方法还能够用于监视管内的流动，并能够监视由不透光物质构成的流体的流动，例如油漆。
图3显示了本发明设备的各种部件，其中与前一简图中相同的部件用相同的指代数字表示。
图3显示了限定为PSD型光位置传感器的接收器4，用于截取直接的(图1)或反射的(图3)图像；该图像通过调制发射器1发出的红外光形成，该发射器被来自极化电阻器30和31的极化电流加以极化。微处理器单元6的一个门(gate)32连接电阻器30，并用于减小当本发明的设备处于备用状态时流过发射器(二极管)1的电流值，从而限制电路消耗的电力，和防止部件(发射器)平均可用寿命的降低。
传感器4被由离开喷嘴14的流体反射的光线触击(图2)，或者被来自图1中发射器的狭窄(收缩的)光线触击；在第二种情况下，传感器4感测触击它的流体流的“阴影”，并据此确定所述流体的形状和尺寸。利用图1所示发射器1和传感器4的方法显然能够应用于图2，反之亦然。
当一光线(红外光)，其是被监视流体图像的函数，触击传感器4时，传感器1根据红外光图像(流体外形)触击光学传感器4的位置在其输出端8和9(光电二极管)产生两个电流I1和I2。这些电流I1和I2使相应的电阻器33和34极化，从而产生跨电阻器的电势差。
电信号或电流I1和I2用二级放大电路35加以处理，该二级放大器由运算放大器36和37和由电阻器和电容器40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50构成的相应极化网络组成，其参考信号从电阻器52和53以及过滤电容器54获得。如电示意图所示地适当连接的电路形成一个微分放大器，其能够放大跨电阻器33和34的所述电势差。
电路35放大由传感器4产生的微分信号，并且能够在二级放大器的输出端57和58分别获得比被感测图像在所述二级微分放大器输入端处的差异水平放大1000和100倍的信号，从而形成具有双控制范围的器件。
所述被放大信号馈给到单元6的门60和61，并能够通过集成在单元6内的普通ADC单元(未显示)以已知的方式从模拟信号转换成数字信号。所述转换能够使先前被放大的信号变成数值，所述数值是被监视流动图形的函数；利用处理和比较算法，能够确定图形变化是否具有等于或大于被编程最小参考值的水平和频率值。如果图像变化水平和频率值显示小于不规则时间的被编程参考值，大于进一步可编程的报警时间，则单元6的输出门63产生报警信号。
利用极化电阻器70和71，离开门63的信号激活输出电阻器75，产生与连接器77的连接元件76相连的报警信号。
一个连接于连接元件76的普通元件控制流体3所到达的元件(例如机器工具的轴承)，或者控制物件向工作站的馈给，在工作站上物件被喷射13。选择地，一个报警器(发声或发光)直接连接元件76，该报警器用于与本发明相连的纺织机器或工作站。
电阻器70、71和晶体管75形成与前述元件相连的报警和保护电路80的一部分。该电路包括用作分流电阻(shunt resistor)的电阻器81，其使得能够对电阻器75提供的电流进行测量，其电压降是工作电流的函数，也就是，与待控制负载，例如螺线管控制阀或者更简单的机器工具停止继电器，有关的电流；该控制使得在发生错误连接时，例如短路或者过电流吸收，防止晶体管75被破坏。
单元6通过用退耦电阻器83与电路80相连的门82测量电压降，保护防止元件76发生任何短路；在这个方面，当额外的电流超过已限定的最大值时，单元6关闭晶体管75从而保护元件76。
二极管84还防止晶体管75的收集器和发射器之间的电压发生反转。
显示流动馈给监视设备正确操作的电路88也连接单元6。该显示电路88包括发射器或LED 89和90，它们通过极化电阻器93和94连接单元6的输出门91和92。这些LED产生不同颜色的光(例如绿色和红色)，表示所述设备的正确操作。
电路88还连接作为设备复位电路的电路96。该电路96包括被电阻器98极化的并由单元6通过其门99加以控制的光电二极管97。该电路包括光电二极管接收器100和极化电阻器101，它们限定一个光学反射键，其激活状态能够被单元6通过门103的输入读数加以阅读。该光学键能够用作本发明的设备的RESET键。
除了其他普通连接元件之外，连接器77包括一个输入端106，其使可编程/通信单元(未显示)与设备相连，从而能够限制图像变化水平参数和待编程的相关报警次数，一旦超过，单元6便通过元件76产生STOP信号，并激活LED或报警器(例如红色)90。
所述通信通过单元6的相应RX输入端和TX输出端加以进行，该输入端和输出端分别通过输入退耦电阻器107和输出缓冲器108接口于连接器77。该电路部分包括所述缓冲器108和电阻器107，并连接于单元6的输出端和输入端110、111和112(RX输入端与输入端100一致，TX输出端与输出端111一致)，并且表示可编程接口113。据此，编程报警次数和流动监视值。
图3的电路示意图还包括一个馈给电路114，其由已知的L-C低通滤波器构成，该低通滤波器是感应器115和电容器116，保护/馈给极化反向二极管117，第一稳定电路118和相应的极化部件119和120，以及滤波器121，它们的数值预先确定了电路118的稳定输出电压，其由VCC表示并且固定在5V。
第二稳定电路125和相关的抗干扰滤波器形成大小为3.3V的第二馈给级，该抗干扰滤波器由电容器126和127构成。
电路114连接功率重置电路130，其包括连接电阻器132和133的第三稳定电路131，后者连接单元6的门134；该电路能够在网络失效或错误或电压降低时进行正确的数据控制和抢救。
电路示意图还显示了其他没有说明的元件，但它们所限定的已知部分的功能，本领域的专家根据前述的说明及其电路示意图能够显而易见。
这里说明了本发明的一个实施例；然而根据前述的说明还可能有其他的实施例，并且也认为在本申请文件的范围内。
权利要求
1.一种用于监视流过或流自导管(2)的诸如润滑剂或物件处理液的流体(3，13)的流动的设备，所述流体是液体、气体或含有悬浮粉末，所述设备包括用于向流体流(3，13)发射光辐射的发光装置(1)，和感测所述辐射的传感器装置(4)，该设备其特征在于，传感器装置是图像传感器，其用于感测由被所述光辐射触击的流体(3，13)投射到其上面的图像，所述图像传感器装置(4)依赖其上面被感测的流动图像的存在而产生至少一个输出信号(I1，I2)，所述信号以这种方式表示通过导管或来自于导管的流体的特征，诸如它的移动或静止的状态，它的流速或它在空间中的方向。
2.根据权利要求1的设备，其特征在于，被监视的流体是雾化流体(13)。
3.根据权利要求1的设备，其特征在于，流体(3)位于发光装置(1)和传感器装置(4)之间。
4.根据权利要求1的设备，其特征在于，流体(13)位于发光装置(1)和传感器装置(4)的一侧，发光装置和传感器装置它们本身位于和流体(13)相同的一侧。
5.根据权利要求1的设备，其特征在于，传感器装置(4)是光敏感元件。
6.根据权利要求1的设备，其特征在于，传感器装置(4)是光学传感器。
7.根据权利要求6的设备，其特征在于，光学传感器是PSD。
8.根据权利要求6的设备，其特征在于，光学传感器是CCD。
9.根据权利要求1的设备，其特征在于，传感器装置(4)连接于微处理器估算和控制装置(6)，向其馈给至少一个由所述传感器装置发出的信号。
10.根据权利要求1或9的设备，其特征在于，传感器装置根据所感测的流体图像发出两个信号(I1，I2)。
11.根据权利要求1或9或10的设备，其特征在于，传感器装置发出的信号是电信号。
12.根据权利要求1或9或10的设备，其特征在于，传感器装置发出的信号是数字信号。
13.根据权利要求9的设备，其特征在于，该估算和控制装置(6)借助编程接口(113)可加以编程，这些装置连接于该接口。
14.根据权利要求9的设备，其特征在于，估算和控制装置(6)是包括重置电路(96)和报警与保护电路(80)的电路的一部分。
15.根据权利要求14的设备，其特征在于，报警与保护电路(80)连接一个连接元件(76)，该连接元件用于将设备连接于一个接收被监视流体的元件。
16.一种用于监视流过或流自导管(2)的诸如润滑剂或物件处理液的流体的流动的方法，所述方法包括，产生一个光辐射，其导向所述流体，然后在流体与之相互作用之后被感测，该方法其特征在于包括a)感测在图像传感器装置(4)上产生的所述流体的图像，该图像传感器被导向流体(3，13)的光辐射所触击；b)将流体的被感测图像与预定数值进行比较从而识别流体的特征，诸如它的移动状态，它的静止状态，它的流速或它在空间中的方向。
17.根据权利要求16的方法，其特征在于，流体图像通过触击它的光辐射的反射而加以感测。
18.根据权利要求16的方法，其特征在于，流体图像借助它投射在图像传感器装置(4)上的阴影间接地被感测。
19.根据权利要求16的方法，其特征在于，流体的流速根据被感测的流体特征加以调节。
20.根据权利要求16的方法，其特征在于，当根据被感测流体的特征调节被监视流体所到达的元件的操作时，该被监视流体所到达的元件产生动作。
21.根据权利要求20的方法，其特征在于，被监视流体所到达元件的操作的所述调节包括中断所述元件。
22.根据权利要求20的方法，其特征在于，被监视流体所到达元件的操作的所述调节包括调节其空间姿势。
全文摘要
一种用于监视流过或流自导管(2)的流体(3，13)，诸如润滑剂或物件处理液，的流动的设备，其包括被布置成向所述流体发射光辐射的发光装置(1)，和用于感测由被所述光辐射触击的流体(3，13)投射到其上面的图像的传感器(4)，所述传感器(4)根据其上面存在的被感测流体的图像产生至少一个输出信号(I1，I2)。本文还提出了由前述设备实现的方法。
文档编号G01N21/47GK1756920SQ200480005795
公开日2006年4月5日 申请日期2004年2月24日 优先权日2003年3月4日
发明者蒂齐亚诺·巴里亚 申请人:蒂齐亚诺·巴里亚