一种基于电阻变化特性的脉冲状态辨识电路

摘要

本发明公开了一种基于电阻变化特性的脉冲状态辨识电路。该脉冲状态辨识电路相对于间隙平均电压检测电路增加了极间阻抗检测单元。极间阻抗检测单元包括恒压直流源DC、分压限流电阻R1、调控检测波形的响应特性模块和二极管D1；调控检测波形的响应特性模块由电阻R2和电容C1并联后与电阻R3串联构成；恒压直流源DC和分压限流电阻R1串联后与电容Cl和电阻R2均并联再与电阻R3串联，然后与二极管D1串联，二极管D1和电阻R3分别接电容C1的两端。本发明的基于电阻变化特性的脉冲状态辨识电路适用于微细电火花放电状态的检测，能够提高微细电加工放电状态检测的稳定性和灵敏性。

权利要求

1.一种基于电阻变化特性的脉冲状态辨识电路，其特征在于：所述的脉冲状态辨识电路包括放电单元（1）、极间阻抗检测单元（2）和平均电压检测单元（3）；

所述的放电单元（1）包括脉冲电源、加工正极和加工负极，加工正极接脉冲电源的正向输出，加工负极接脉冲电源的负向输出；

所述的极间阻抗检测单元（2）包括恒压直流源DC、分压限流电阻R1、调控检测波形的响应特性模块和二极管D1；所述的调控检测波形的响应特性模块由电阻R2和电容C1并联后与电阻R3串联构成；恒压直流源DC和分压限流电阻R1串联后与电容Cl和电阻R2均并联再与电阻R3串联，然后与二极管D1串联，二极管D1和电阻R3分别接电容C1的两端；

所述的平均电压检测单元（3）包括二极管D2、电阻R4、电阻R5、电容C2，电阻R4和电容C2并联后再与电阻R5和二极管D2串联；

所述的极间阻抗检测单元（2）的二极管D1串联端接放电单元（1）的加工正极，所述的极间阻抗检测单元（2）的电阻R3串联端接放电单元（1）的加工负极；所述的极间阻抗检测单元（2）的分压限流电阻R1的串联端接平均检测电压单元（3）的二极管D2的串联端，所述的极间阻抗检测单元（2）的恒压直流源DC的串联端接平均检测电压单元（3）的的电容C2的串联端。

说明书

一种基于电阻变化特性的脉冲状态辨识电路

技术领域

[0001] 本发明属于微细电火花加工技术领域，具体涉及一种基于电阻变化特性的脉冲状态辨识电路。

背景技术

[0002] 微细电火花加工具有单个脉冲放电能量小、脉冲放电频率高、放电间隙小、噪声干扰大、放电状态复杂等显著特点，致使加工过程极不稳定，加工的放电状态难以准确检测及控制，加工效率低下，从而极大的限制了微细电火花加工技术的发展，特别是对于难加工材料及大批量微细结构件的加工，过低的加工效率会直接影响微细电火花加工技术的应用，从而严重阻碍微尺度结构精微制造能力的提升。因此，提升放电状态检测的准确性和灵敏度，实现加工过程的实时有效控制，保障加工过程高效高质量的进行，是提高微细电火花加工技术能力、实现微尺度结构件批量加工及关键零部件精密、高效制造的关键途径，同时也是国家重大工程领域精密制造水平提升的迫切需求。

[0003] 电火花加工放电状态的识别主要是通过检测放电间隙的电压量，因为不同放电状态对应的电压波形也不一样，此外还要综合考虑放电间隙电流量和脉冲放电时是否存在高频分量、射频信号、声频信号等显著特征来判断。传统的电火花加工放电状态检测方法有高频信号检测法、击穿延时检测法、平均电压检测法等。常采用的是平均电压检测方法，该方法是指在一定的加工条件下，加工经验表明电极间隙稳定放电时的间隙电压应维持在一个范围，开路较多平均电压值偏高，短路较多电压平均值偏低，火花放电较多则平均电压值适中。通过设置阈值电压判断加工状态，如果检测的平均电压高于上限值则认为加工过程处于开路状态，如果低于下限值就认为加工状态处于电弧放电状态或短路状态，检测平均电压在两个阈值电压之间即为火花放电。间隙平均电压检测法虽然有其原理简单应用普遍等特点，但是在微细电火花加工中，根据加工需求的不同会有许多组的脉冲参数，而且往往是窄脉宽、小占空比的脉冲，且难以保持为理想的波形，这不仅使得间隙平均电压有波动，而且会使检测电路实际电压值与理论计算值有较大差异，最终导致状态检测值和阈值判断的灵敏度和准确性降低。同时，不同的脉冲参数组之间，它们的状态检测值和阈值也存在差异，这就要求检测电路有相应的灵敏度和准确性等，即较好的适应能力。所以，间隙平均电压检测法对于微细电火花加工尚有缺陷。

[0004] 当前，亟需发展一种能够适用于微细电火花加工的，针对加工需求的多组脉冲参数的放电状态的检测电路。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种基于电阻变化特性的脉冲状态辨识电路。

[0006] 本发明的基于电阻变化特性的脉冲状态辨识电路，其特点是：所述的脉冲状态辨识电路包括放电单元、极间阻抗检测单元和平均电压检测单元；

[0007] 所述的放电单元包括脉冲电源、加工正极和加工负极，加工正极接脉冲电源的正向输出，加工负极接脉冲电源的负向输出；

[0008] 所述的极间阻抗检测单元包括恒压直流源DC、分压限流电阻R1、调控检测波形的响应特性模块和二极管D1；所述的调控检测波形的响应特性模块由电阻R2和电容C1并联后与电阻R3串联构成；恒压直流源DC和分压限流电阻R1串联后与电容Cl和电阻R2均并联再与电阻R3串联，然后与二极管D1串联，二极管D1和电阻R3分别接电容C1的两端；

[0009] 所述的平均电压检测单元包括二极管D2、电阻R4、电阻R5、电容C2，电阻R4和电容C2并联后再与电阻R5和二极管D2串联；

[0010] 所述的极间阻抗检测单元的二极管D1串联端接放电单元的加工正极，所述的极间阻抗检测单元的电阻R3串联端接放电单元的加工负极；所述的极间阻抗检测单元的分压限流电阻R1的串联端接平均检测电压单元的二极管D2的串联端，所述的极间阻抗检测单元的恒压直流源DC的串联端接平均检测电压单元的的电容C2的串联端。

[0011] 在微细电火花加工过程中，正、负两极之间的电压幅值大小会随着放电通道的搭接与断开而变化，这表明脉冲性电场击穿两极间介质形成了放电通道后，两极之间的阻抗发生了快速改变；通过配置一个恒压直流电源，经电阻分压限流后输出到正负两极之间，由极间阻抗的变化导致分压值的突降变化，再由检测电路捕捉该变化，从而判断放电状态。

[0012] 本发明的基于电阻变化特性的脉冲状态辨识电路中的极间阻抗检测单元中Us主要用于检测单个脉冲放电的电压幅值变化，平均电压检测单元UA主要通过RC滤波电路构成对Us的平均电压检测电路，用于正负两极连续短路时的平均电压幅值检测。

[0013] 本发明的基于电阻变化特性的脉冲状态辨识电路是针对微细电火花加工中常使用的窄脉宽、小占空比、波形失真、多电压幅值等不同脉冲参数组合导致的平均电压检测波形不稳定、变化范围大及滞后等问题，克服间隙平均电压检测电路中阈值电压设置需要不断尝试和调整才能适合不同脉冲参数等缺点而提出的。本发明的基于电阻变化特性的脉冲状态辨识电路提高了在脉冲放电过程中检测电压幅值的稳定性及灵敏性，实现了对放电状态准确和实时的检测。

[0014] 本发明的基于电阻变化特性的脉冲状态辨识电路对于不同放电状态的检测稳态值只与电路的硬件参数有关，其检测分辨率不会因脉冲参数变化而变化；对于不同组的加工脉冲参数，其间隙阻抗的变化是基本相同的，阈值电压的设置也不需要根据脉冲参数的变化进行调整。因此，本发明的基于电阻变化特性的脉冲状态辨识电路只需要对电路硬件各参数进行优化调整就可以保证检测效果和分辨率，且在电路硬件参数确定之后，对于间隙状态的检测准确性不会因为脉冲参数的改变而受到影响；同时也避免了间隙平均电压检测电路中阈值电压设置需要不断尝试和调整才能适合不同脉冲参数的问题[0015] 本发明的基于电阻变化特性的脉冲状态辨识电路适用于微细电火花放电状态的检测，能够大幅度提高微细电加工放电状态检测的稳定性和灵敏性。

附图说明

[0016] 图1为本发明的基于电阻变化特性的脉冲状态辨识电路示意图；

[0017] 图中，P+为正极，与 P-为负极，Z(t)为间隙某时刻的阻抗值。

具体实施方式

[0018] 下面结合附图和实施例详细说明本发明。

[0019] 以下实施例仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。有关技术领域的人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化、替换和变型，因此同等的技术方案也属于本发明的范畴。

[0020] 如图1所示，本发明的基于电阻变化特性的脉冲状态辨识电路包括放电单元1、极间阻抗检测单元2和平均电压检测单元3；

[0021] 所述的放电单元1包括脉冲电源、加工正极和加工负极，加工正极接脉冲电源的正向输出，加工负极接脉冲电源的负向输出；

[0022] 所述的极间阻抗检测单元2包括恒压直流源DC、分压限流电阻R1、调控检测波形的响应特性模块和二极管D1；所述的调控检测波形的响应特性模块由电阻R2和电容C1并联后与电阻R3串联构成；恒压直流源DC和分压限流电阻R1串联后与电容Cl和电阻R2均并联再与电阻R3串联，然后与二极管D1串联，二极管D1和电阻R3分别接电容C1的两端；

[0023] 所述的平均电压检测单元3包括二极管D2、电阻R4、电阻R5、电容C2，电阻R4和电容C2并联后再与电阻R5和二极管D2串联；

[0024] 所述的极间阻抗检测单元2的二极管D1串联端接放电单元1的加工正极，所述的极间阻抗检测单元2的电阻R3串联端接放电单元1的加工负极；所述的极间阻抗检测单元2的分压限流电阻R1的串联端接平均检测电压单元3的二极管D2的串联端，所述的极间阻抗检测单元2的恒压直流源DC的串联端接平均检测电压单元3的的电容C2的串联端。

[0025] 实施例1

[0026] 本实施例的工作过程如下：

[0027] 1. 脉冲电源产生矩形脉冲，正、负两极之间的电压幅值大小会随着放电通道的搭接与断开而变化，两极之间的阻抗发生了快速改变。

[0028] a.当两极微小间隙被击穿前，处于开路状态，两极间的阻抗极大，二极管D1和R3上无电流通过，R1和R2分压Us保持稳定，滤波后的电压UA处于稳定无波动状态；

[0029] b.当两极击穿进行放电和拉弧后，其阻抗急剧减小，导致Us端分压比突然变化，使得Us端电压幅值突然下降，UA端电压也随之下降，但由于电压E的持续充电与极间阻抗脉冲性变化，使得UA端电压在下降同时带有波动；

[0030] c.当两极出现短路时，两极间的通道构成了分压电阻R2的旁路，致使Us端电压幅值迅速下降接近于0，UA端得不到充电，电容C2存储的电荷通过R4迅速泄放，电压幅值也随之急剧下降。

[0031] 在微细电火花放电过程中，极间放电通道形成后，其阻抗会发生变化，阻抗大小会介于开路与短路之间，表现为检测端电压UA的不同幅值。

[0032] 2. 通过 AD 采样对检测端UA的电压进行后续处理，识别放电状态。

[0033] 本实施例中，二极管D1可以防止间隙脉冲对检测电路造成影响，直流电源DC提供检测电路所需恒压，R1电阻起分压限流的作用。

[0034] 将本发明的基于电阻变化特性的脉冲状态辨识电路作用于自研的微细电火花加工机床放电状态检测装置，最后的实现效果如下：处于开路状态时，检测电压稳定无波动；而一旦发生放电后，电压幅值会迅速下降；当极间阻抗不同时，电压幅值也不相同，可用于判断放电的趋势。

[0035] 除非另有明确的规定和限定，本发明的基于电阻变化特性的脉冲状态辨识电路中的术语“接”指的是电连接。