一种基于他激式压电元件的排气装置和方法
阅读说明：本技术 一种基于他激式压电元件的排气装置和方法 (Exhaust device and method based on separately excited piezoelectric element ) 是由 王茂坤 齐雯雯 葛益波 于 2020-12-30 设计创作，主要内容包括：本发明属于液压技术领域,公开了一种基于他激式压电元件的排气装置及方法,包括交流激励源、他激式压电元件、采样元件、解调电路、驱动电路和排气阀；他激式压电元件和采样元件串联于交流激励源两个电源引脚之间,采样元件两端的电压信号输入解调电路；他激式压电元件设在装有待检测介质的容器中；解调电路连接并控制驱动电路,驱动电路连接并控制排气阀,排气阀是装有待检测介质的容器的通气阀门；他激式压电元件为气、液介质检测的敏感元件。本发明具有环境适应性强的优点,依据被检测对象的密度、粘度等物理特性,具有适用对象广、检测灵敏、可靠性高的优点。(The invention belongs to the technical field of hydraulic pressure, and discloses an exhaust device and method based on separately excited piezoelectric elements, which comprises an alternating current excitation source, separately excited piezoelectric elements, a sampling element, a demodulation circuit, a drive circuit and an exhaust valve, wherein the alternating current excitation source is connected with the separately excited piezoelectric elements; the separately excited piezoelectric element and the sampling element are connected in series between two power supply pins of the alternating current excitation source, and voltage signals at two ends of the sampling element are input into the demodulation circuit; the separately excited piezoelectric element is arranged in a container filled with a medium to be detected; the demodulation circuit is connected with and controls the driving circuit, the driving circuit is connected with and controls the exhaust valve, and the exhaust valve is a vent valve of a container filled with a medium to be detected; the separately excited piezoelectric element is a sensitive element for detecting gas and liquid media. The invention has the advantages of strong environmental adaptability, wide applicable objects, sensitive detection and high reliability according to the physical characteristics of the detected objects such as density, viscosity and the like.)
技术领域
本发明属于液压技术领域，涉及一种自动排气装置和方法，具体涉及一种基于他激式压电元件的排气装置及方法。
背景技术
液压系统利用液压油进行能量的传递，要求液压油具有良好的刚度和连续性。若液压系统中混入空气，会显著降低液压油的刚度和连续性，使液压系统产生振动冲击，加剧液压部件磨损，导致系统使用寿命减少，系统可靠性降低。
排气阀是液压系统的重要部件，安装于闭式液压系统的最高点，用于排出液压系统产生的气体，保证液压系统使用寿命和工作可靠性。排气阀的发展经历了手动排气阀、机械式自动排气阀和电控式自动排气阀三个阶段。
手动式排气阀不能够自动打开进行排气，需要操作人员进行手动开启，并实现自动关闭，因此可称之为半自动排气阀。手动式排气阀依靠操作人员的经验，不能进行有效的排气。
机械式自动排气阀利用液体和气体运动粘度的不同，流过阻尼管时产生不同的压降，进而控制排气阀芯的开关。由于飞机液压系统的温度变化范围很大，一般为(-55～135)℃，液压油的运动粘度随温度呈现显著的变化。若液压油温度过高，液压油的运动粘度接近于空气的运动粘度，机械式自动排气阀容易失效。
电控式自动排气阀由电磁阀和液位检测系统组成，其利用光电或声波等检测元件检测液位是否达到排气液位水平，发送排气使能信号给控制器，并由控制器进行决策是否排气和驱动排气电磁阀进行排气。相关技术已被国外的parker、伊顿等公司申请专利保护，且产品价格昂贵
发明内容
本发明目的：提供了一种基于他激式压电元件的排气装置及方法，灵敏度高、可靠性高，适用性强,可适用于如液压系统等存在闭式容器且需排气的场合。
本发明的技术方案是：
一种基于他激式压电元件的排气装置，包括交流激励源、他激式压电元件、采样元件、解调电路、驱动电路和排气阀；他激式压电元件和采样元件串联于交流激励源两个电源引脚之间，采样元件两端的电压信号输入解调电路；他激式压电元件设在装有待检测介质的容器中；解调电路连接并控制驱动电路，驱动电路连接并控制排气阀，排气阀是装有待检测介质的容器的通气阀门；他激式压电元件为气、液介质检测的敏感元件。
进一步的，交流激励源产生的激励电压的基频接近于他激式压电元件在气相或液相中的最小阻抗频率或最大阻抗频率。
进一步的，他激式压电元件为薄片结构。
进一步的，他激式压电元件是一种压电陶瓷片与薄弹性元件的组合。
进一步的，他激式压电元件安装于排气阀的内部。
一种基于他激式压电元件的排气方法，使用上述的一种基于他激式压电元件的排气装置，包括以下步骤：
第一步，交流激励源产生基频接近于他激式压电元件在气相中的最小阻抗频率的激励电压；
第二步，将他激式压电元件置于被检测的介质中；
第三步，采样元件两端的采样电压送入解调电路，解调电路根据采样电压的幅值和频率特征参数辨识出他激式压电元件周围当前的介质；具体辨识方式是：交流激励源产生基频接近于他激式压电元件在气相中的最小阻抗频率的激励电压，此时他激式压电元件在气相中的阻抗最小；他激式压电元件置于气相中时，采样元件的两端采样电压幅值最大；当他激式压电元件置于液体中时，采样元件的两端采样电压幅值减小；取他激式压电元件分别在气体和液体中的电压或频率特征值的中间某值，或对电压幅值或频率进行调理得到的特征值的中间某值作为判断阈值k，使用检测到或调理得到的特征值与k值对比，根据对比结果判定介质为液体还是气体；
第四步，若被检测的介质为气体，则并生成排气使能信号，并转入第五步，否则转入第一步；
第五步，将排气使能信号送入驱动电路，使能驱动电路驱动排气阀；
第六步，排气阀开启，排出闭式容器中的气体，转入第一步。
第二种基于他激式压电元件的排气方法，使用上述的一种基于他激式压电元件的排气装置，包括以下步骤：
第一步，交流激励源产生基频接近于他激式压电元件在液相中的最小阻抗频率的激励电压；
第二步，将他激式压电元件置于需要检测的介质中；
第三步，采样元件两端的采样电压送入解调电路，解调电路根据采样电压的幅值和频率特征参数辨识出他激式压电元件周围当前的介质；
具体辨识方式是：交流激励源产生基频接近于他激式压电元件在液相中的最小阻抗频率的激励电压，此时他激式压电元件在液相中的阻抗最小；他激式压电元件置于液相中时，采样元件的两端采样电压幅值最大；当他激式压电元件置于气相中时，采样元件的两端采样电压幅值减小；取他激式压电元件分别在气体和液体中的电压或频率特征值的中间某值，或对电压幅值或频率进行调理得到的特征值的中间某值作为判断阈值k，使用检测到或调理得到的特征值与k值对比，根据对比结果判定介质为液体还是气体；
第四步，若被检测的介质为气体，则并生成排气使能信号，并转入第五步，否则转入第一步；
第五步，将排气使能信号送入驱动电路，使能驱动电路驱动排气阀；
第六步，排气阀开启，排出闭式容器中的气体，转入第一步。
第三种基于他激式压电元件的排气方法，使用上述的一种基于他激式压电元件的排气装置：
第一步，交流激励源产生基频接近于他激式压电元件在气相中的最大阻抗频率的激励电压；
第二步，将他激式压电元件置于需要检测的介质中；
再次，采样元件两端的采样电压送入解调电路，解调电路根据采样电压的幅值和频率特征参数辨识出他激式压电元件周围当前的介质；
具体辨识方式是：交流激励源产生基频接近于他激式压电元件在气相中的最大阻抗频率的激励电压，此时他激式压电元件在气相中的阻抗最大；他激式压电元件置于气相中时，采样元件的两端采样电压幅值最小；当他激式压电元件置于液相中时，采样元件的两端采样电压幅值增大；取他激式压电元件分别在气体和液体中的电压或频率特征值的中间某值，或对电压幅值或频率进行调理得到的特征值的中间某值作为判断阈值k，使用检测到或调理得到的特征值与k值对比，根据对比结果判定介质为液体还是气体；
第四步，若被检测的介质为气体，则并生成排气使能信号，并转入第五步，否则转入第一步；
第五步，将排气使能信号送入驱动电路，使能驱动电路驱动排气阀；
第六步，排气阀开启，排出闭式容器中的气体，转入第一步。
第四种基于他激式压电元件的排气方法，使用上述的一种基于他激式压电元件的排气装置，包括以下步骤：
第一步，交流激励源产生基频接近于他激式压电元件在液相中的最大阻抗频率的激励电压；
第二步，将他激式压电元件置于需要检测的介质中；
第三步，采样元件两端的采样电压送入解调电路，解调电路根据采样电压的幅值和频率特征参数辨识出他激式压电元件周围当前的介质；
具体辨识方式是：交流激励源产生基频接近于他激式压电元件在液相中的最大阻抗频率的激励电压，此时他激式压电元件在液相中的阻抗最大；他激式压电元件置于液相中时，采样元件的两端采样电压幅值最小；当他激式压电元件置于气相中时，采样元件的两端采样电压幅值增大；取他激式压电元件分别在气体和液体中的电压或频率特征值的中间某值，或对电压幅值或频率进行调理得到的特征值的中间某值作为判断阈值k，使用检测到或调理得到的特征值与k值对比，根据对比结果判定介质为液体还是气体；
第四步，若被检测的介质为气体，则并生成排气使能信号，并转入第五步，否则转入第一步；
第五步，将排气使能信号送入驱动电路，使能驱动电路驱动排气阀；
第六步，排气阀开启，排出闭式容器中的气体，转入第一步。
本发明的优点是：
本发明采用他激式压电元件作为气液检测的敏感元件，结构为压电陶瓷材料和弹性金属材料粘接而成，具有环境适应性强的优点；依据被检测对象的密度、粘度等物理特性，具有适用对象广、检测灵敏、可靠性高的优点。
附图说明
图1是本发明的一种基于他激式压电元件的排气方法的原理示意图；
其中，1—交流激励源，2—他激式压电元件，3—采样元件，4—解调电路，5—驱动电路，6—排气阀。
具体实施方式
本部分是本发明的实施例，用于解释和说明本发明的技术方案。
本文根据气体和液压存在的密度、粘度等物理特性的显著差别，提出了基于他激式压电元件的液压系统排气方法。本文所提出的基于自激式他激式压电元件的液压系统排气方法不依赖检测对象的电、光等特性，具有灵敏度高、可靠性高，适用性强等优点。
一种基于他激式压电元件的排气装置，包括交流激励源1、他激式压电元件2、采样元件3、解调电路4、驱动电路5、排气阀6；他激式压电元件2和采样元件3串联于交流激励源1两个电源引脚之间，采样元件3两端的电压信号输入解调电路4；若被检测介质为气体，则生成排气信号；排气信号使能驱动电路5；驱动电路5控制排气阀6的开闭；排气阀6开启后将闭式容器中的气体排出；他激式压电元件2为气、液介质检测的敏感元件。
交流激励源1产生的激励电压的基频接近于他激式压电元件2在气相或液相中的最小阻抗频率或最大阻抗频率；
他激式压电元件2为薄片结构；
他激式压电元件2安装于排气阀6的内部；
具体实施方式1：
一种基于他激式压电元件的排气方法，使用上述的一种基于他激式压电元件的排气装置：
第一步，交流激励源1产生基频接近于他激式压电元件2在气相中的最小阻抗频率的激励电压；
第二步，将他激式压电元件2置于被检测的介质中；
第三步，采样元件3两端的采样电压送入解调电路4，解调电路4根据采样电压的幅值和频率特征参数辨识出他激式压电元件2周围当前的介质。具体辨识方式是：交流激励源1产生基频接近于他激式压电元件2在气相中的最小阻抗频率的激励电压，此时他激式压电元件2在气相中的阻抗最小；他激式压电元件2置于气相中时，采样元件3的两端采样电压幅值最大；当他激式压电元件2置于液体中时，采样元件3的两端采样电压幅值减小；取他激式压电元件2分别在气体和液体中的电压或频率特征值的中间某值，或对电压幅值或频率进行调理得到的特征值的中间某值作为判断阈值k，当检测到或调理得到的特征值大于(或小于，视调理电路而异)k值，则判定介质为液体；否则判定介质为气体；
第四步，若被检测的介质为气体，则并生成排气使能信号，并转入第五步，否则转入第一步；
第五步，将排气使能信号送入驱动电路5，使能驱动电路5驱动排气阀6；
第六步，排气阀6开启，排出闭式容器中的气体，转入第一步。
具体实施方式2：
一种基于他激式压电元件的排气方法，使用上述的一种基于他激式压电元件的排气装置：
第一步，交流激励源1产生基频接近于他激式压电元件2在液相中的最小阻抗频率的激励电压；
第二步，将他激式压电元件2置于需要检测的介质中；
第三步，采样元件3两端的采样电压送入解调电路4，解调电路4根据采样电压的幅值和频率特征参数辨识出他激式压电元件2周围当前的介质。具体辨识方式是：交流激励源1产生基频接近于他激式压电元件2在液相中的最小阻抗频率的激励电压，此时他激式压电元件2在液相中的阻抗最小；他激式压电元件2置于液相中时，采样元件3的两端采样电压幅值最大；当他激式压电元件2置于气相中时，采样元件3的两端采样电压幅值减小；取他激式压电元件2分别在气体和液体中的电压或频率特征值的中间某值，或对电压幅值或频率进行调理得到的特征值的中间某值作为判断阈值k，当检测到或调理得到的特征值大于(或小于，视调理电路而异)k值，则判定介质为气体；否则判定介质为液体；
第四步，若被检测的介质为气体，则并生成排气使能信号，并转入第五步，否则转入第一步；
第五步，将排气使能信号送入驱动电路5，使能驱动电路5驱动排气阀6；
第六步，排气阀6开启，排出闭式容器中的气体，转入第一步。
具体实施方式3：
一种基于他激式压电元件的排气方法，使用上述的一种基于他激式压电元件的排气装置：
第一步，交流激励源1产生基频接近于他激式压电元件2在气相中的最大阻抗频率的激励电压；
第二步，将他激式压电元件2置于需要检测的介质中；
再次，采样元件3两端的采样电压送入解调电路4，解调电路4根据采样电压的幅值和频率特征参数辨识出他激式压电元件2周围当前的介质。具体辨识方式是：交流激励源1产生基频接近于他激式压电元件2在气相中的最大阻抗频率的激励电压，此时他激式压电元件2在气相中的阻抗最大；他激式压电元件2置于气相中时，采样元件3的两端采样电压幅值最小；当他激式压电元件2置于液相中时，采样元件3的两端采样电压幅值增大；取他激式压电元件2分别在气体和液体中的电压或频率特征值的中间某值，或对电压幅值或频率进行调理得到的特征值的中间某值作为判断阈值k，当检测到或调理得到的特征值大于(或小于，视调理电路而异)k值，则判定介质为气体；否则判定介质为液体；
第四步，若被检测的介质为气体，则并生成排气使能信号，并转入第五步，否则转入第一步；
第五步，将排气使能信号送入驱动电路5，使能驱动电路5驱动排气阀6；
第六步，排气阀6开启，排出闭式容器中的气体，转入第一步。
具体实施方式4：
一种基于他激式压电元件的排气方法，使用上述的一种基于他激式压电元件的排气装置：
第一步，交流激励源1产生基频接近于他激式压电元件2在液相中的最大阻抗频率的激励电压；
第二步，将他激式压电元件2置于需要检测的介质中；
第三步，采样元件3两端的采样电压送入解调电路4，解调电路4根据采样电压的幅值和频率特征参数辨识出他激式压电元件2周围当前的介质。具体辨识方式是：交流激励源1产生基频接近于他激式压电元件2在液相中的最大阻抗频率的激励电压，此时他激式压电元件2在液相中的阻抗最大；他激式压电元件2置于液相中时，采样元件3的两端采样电压幅值最小；当他激式压电元件2置于气相中时，采样元件3的两端采样电压幅值增大；取他激式压电元件2分别在气体和液体中的电压或频率特征值的中间某值，或对电压幅值或频率进行调理得到的特征值的中间某值作为判断阈值k，当检测到或调理得到的特征值大于(或小于，视调理电路而异)k值，则判定介质为气体；否则判定介质为液体；
第四步，若被检测的介质为气体，则并生成排气使能信号，并转入第五步，否则转入第一步；
第五步，将排气使能信号送入驱动电路5，使能驱动电路5驱动排气阀6；
第六步，排气阀6开启，排出闭式容器中的气体，转入第一步。
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