一種伺服閥閥芯長度測量方法及裝置的製作方法

2023-05-15 04:40:16 3

專利名稱：一種伺服閥閥芯長度測量方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種伺服閥閥芯長度測量方法及裝置，尤其涉及一種用光柵尺傳感器和 氣動量儀測量由步進電機控制的伺服閥閥芯長度。
背景技術：
伺服閥是工業控制領域經常使用的設備，它常用來控制油、天然氣或其它液體、氣 體的流量和流速，方法是通過調節伺服闊閥芯，使其遮蓋氣孔或油孔的大小發生變化。
傳統的調節方式有採用手動調節的，扭動閥芯，使其相對油孔或氣孔運動，用千分 尺測量閥芯發生位移的大小和方向，從而計算出伺服閥閥芯的長度，得到其遮蓋氣孔的 比例大小。這種控制方式精度很低，且主觀性和隨機性較大，操作繁瑣，不易實現自動 控制。
目前存在對於伺服閥的反饋控制，但並不存在通過測量伺服閥閥芯的長度從而實現 對伺服閥的高精度控制的方法和設備。
授權公告號CN2317367，授權公告日1999年5月5日，實用新型名稱為數字直控伺 服閥，該實用新型專利公開了一種伺服閥，該伺服閥由步進電機接受數位訊號，直接傳 動閥芯、閥套，將空心的閥芯滑動連接在閥套中，..閥套再滑動連接在閥體中。閥芯、閥 套、閥體上相對應的開有各種形狀的油槽及油孔，三者形成油通路。閥芯一端連接步進 電機，由控制系統操作，直接傳動閥芯。閥套一端連接短軸再連接步進電機，接受反饋 信號，直接傳動閥套。反饋步進電機由光電管傳遞反饋信號。其不足之處是雖然有反饋 步進電機，但是由於使用的是光電管傳遞反饋信號，精度太低，反饋的實際作用不明顯。

發明內容
本發明克服了現有技術中的缺點，提供了一種伺服閥閥芯長度測量方法及裝置。 為了解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的利用步進電機控制伺 服閥閥芯的運動，利用光柵尺傳感器測量伺服閥閥芯位移的方向和大小，再記錄下氣動 量儀浮子的高度隨伺服閥閥芯運動發生的變化，將位移和高度兩組數據在直角坐標系上 擬合，就可以得出伺服閥閥芯的長度。
利用LabWindows/CVI軟體創建一個步進電機的控制界面，以控制步進電機的移動速 度和方向；將計算機通過NI PCI6014板卡和步進電機驅動器連接起來，可使用R6868 電纜和CB-68LP板將其連接；驅動器和兩相步進電機連接，伺服閥閥芯隨步進電機的移
4動而移動，閥芯水平方向移動，設閥芯水平位移為x軸方向，並選定氣動量儀浮子在最
高點時閥芯的某一個位置作為原點，即Xi,Y-氣動量儀浮子最大值。且將氣動量儀浮子 的高度作為Y軸數據，浮子在最低點時Y:O。當閥芯移動時，光柵尺傳感器測得閥芯的 位移X，並記錄下氣動量儀浮子的高度Y，測得若干組數據，將數據上傳到計算機中， 並描繪在直角坐標系中，根據所描的各個零散的點，進行數據擬合，可得到伺服閥閥芯 的長度。
伺服閥閥芯長度測量裝置包括控制模塊和採集模塊。
控制模塊控制步進電機推進的方向和位移大小，使伺服閥閥芯遮蓋氣孔的大小發 生變化，以控制液體或氣體的流速和流量。
採集模塊採集伺服閥閥芯位移的方向和大小，以及氣動量儀浮子高度的變化情況， 傳遞給CVI控制與數據採集軟體並上傳到計算機，以便進行下一步數據擬合。


圖l是測量裝置框圖2是伺服閥閥芯運動狀態圖3是數據擬合圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細描述
圖1所示是測量伺服閥閥芯長度的裝置框圖，CVI控制與數據採集軟體1通過PCI6014 板卡2與步進電機驅動器3連接起來，以控制步進電機4的推進方向和速度。由於PCI6014 板卡安裝在計算機機箱內，不易與步進電機4連接，可採用R6860電纜和CB-68LP板，將 PCI6014板卡2的接線端引出到機箱外，步進電機驅動器3接在CB-68LP板上。伺服閥閥芯 5與步進電機4固定在一起，隨步進電機4的推進而發生位移。光柵尺6測得伺服閥閥芯發 生位移的方向和大小，將數據通過PCI6014板卡2傳遞給CVI控制與數據採集軟體1，作為 X軸數據存儲在計算機內。伺服閥閥芯5發生位移時，伺服閥垂直閥芯方向上的氣孔或油孔 大小發生變化，通氣量或通油量將隨之發生變化，氣動量儀8的浮子位置也會改變，每隔一 段很小的時間，記錄一次浮子的位置和伺服閥閥芯5發生的位移，將浮子的位置作為Y軸數 據記錄在計算機內，與伺服閥閥芯5發生的位移一起描在直角坐標繫上，可以計算出閥芯的 長度。
具體測量時
第一步選定X軸的原點。在界面上設定步進電機移動的方向和速度，當氣動量儀的浮 子恰好達到最高點時停止，將這一點設為X軸的原點，並將此時的狀態記為A，此時，X=A，Y-氣動量儀浮子最大值，如風2A、稱示；
第二步繼續同方向推進步進電機，浮子逐漸下降，記錄下若干次浮子的高度和閥芯發 生的位移；
第三步當其恰好到達最低點時，設其狀態為B，此時，X=B, Y=0，如圖2B所示； 第四步繼續同方向推進步進電機，浮子一直處於最低點不動，高度為零，直到其開始
上升的前一刻，設其狀態為C，此時，X=C， Y=0，如圖2C所示；
第五步繼續同方向推進步進電機，浮子一直上升，同樣記錄下若干次浮子高度和閾芯 位移的對應值；
第六步直到浮子到達最高點，設此時的狀態為D，此時，X=D， Y-氣動量儀浮子最大值， 如圖2D所示；
第七步繼續推進步進電機，浮子一直處於最高點不動。反方向推進步進電機時，開始
新一輪的循環。
第八步得到多次測量的數據之後，根據現有的X值和Y值，調用 CurveFit.PolynomialFit函數進行曲線擬合，得到A、 B、 C、 D在X軸上的位置和其值的大 小，如圖3所示，因為從A狀態到C狀態，閥芯移動了一個閥芯的長度，從B狀態到D狀態
也是一個閥芯的長度，故閥芯長度i^^^^^。
權利要求
1、一種伺服閥閥芯長度測量方法，其特徵在於利用LabWindows/CVI將數據採集軟體通過PCI6014板卡與步進電機驅動器連接起來，以控制步進電機的推進方向和速度；該方法包括以下步驟步驟一，伺服閥閥芯與步進電機固定在一起，隨步進電機的推進而發生位移；步驟二，伺服閥閥芯運動時，測量其發生位移的方向和大小，作為X軸數據存儲在計算機內；步驟三，伺服閥閥芯發生位移時，伺服閥垂直閥芯方向上的氣孔大小發生變化，通氣量將隨之發生變化，氣動量儀的浮子位置也會改變，將浮子的高度作為Y軸數據記錄在計算機內；步驟四，多次測量，得到多組X軸和Y軸數據；步驟五，將閥芯位移X和浮子高度數據Y進行擬合，並繪在直角坐標繫上，可得到閥芯的長度。
2、 按照權利要求l所述的伺服閥閥芯長度測量方法，其特徵在於利用光柵尺傳感器 及氣動量儀測量伺服閥閥芯位移的方向和大小。
3、 一種伺服閥閥芯長度測量方法，其具體測量步驟為第一步選定X軸的原點；在界面上設定步進電機移動的方向和速度，當氣動量儀的浮子恰好達到最高點時停止，將這一點設為X軸的原點，並將此時的狀態記為A，此時，X=A， ￥=氣動量儀浮子最大值；第二步繼續同方向推進步進電機，浮子逐漸下降，記錄下若干次浮子的高度和閥芯發 生的位移；第三步當其恰好到達最低點時，設其狀態為B，此時，X=B， Y=0;第四步繼續同方向推進步進電機，浮子一直處於最低點不動，高度為零，直到其開始 上升的前一刻，設其狀態為C，此時，X=C， Y=0;第五步繼續同方向推進步進電機，浮子一直上升，同樣記錄下若干次浮子高度和閥芯 位移的對應值；第六步直到浮子到達最高點，設此時的狀態為D，此時，X=D， Y:氣動量儀浮子最大值； 第七步繼續推進步進電機，浮子一直處於最高點不動。反方向推進步進電機時，開始 新一輪的循環；第八步得到多次測量的數據之後，根據和X值和Y值的對應關係，調用CurveFit.PolynomialFit函數進行數據擬合，得到A、 B、 C、 D值的大小和在X軸上的位置， 因為從A狀態到C狀態，閥芯移動了一個閥芯的長度，從B狀態到D狀態也是一個閥芯的長度，故閥芯長度"(c");("。
4、 一種伺服閥閥芯長度測量裝置，包括控制模塊和採集模塊，其特徵在於控制模 塊採用步進電機控制伺服閥閥芯的推進。
5、 按照權利要求4所述的伺服闊閥芯長度測量裝置，其特徵在於:控制模塊用於控 制步進電機的位移方向和大小；釆集模塊用於採集伺服閥閥芯的位移方向和大小，並採 集氣動量儀浮子的高度數據。
6、 按照權利要求4所述的伺服閥閥芯長度測量裝置，其特徵在於利用PCI6014板 卡將採集到的數據上傳給計算機。
全文摘要
工程中經常需要知道伺服閥閥芯的長度以精確地控制液體或氣體的流速，本發明給出了一種高精度測量伺服閥閥芯長度的方法和裝置，即利用步進電機控制伺服閥閥芯運動的方向和位移的大小，並利用光柵傳感器測量閥芯位移的方向和大小，作為X軸方向數據；記錄下氣動量儀浮子隨閥芯位移時高度的變化情況，作為Y軸方向的數據。將獲得的數據在直角坐標系上描出散點，進行數據擬合之後可以得到伺服閥閥芯的長度。步進電機控制精確，減少了人為誤差和隨機性，光柵尺傳感器解析度很高，測得的數據精度高，進行擬合之後誤差很小。
文檔編號G01B13/02GK101561252SQ20091008534
公開日2009年10月21日 申請日期2009年5月21日 優先權日2009年5月21日
發明者姚金勇, 李傳日, 袁宏傑, 陳合濤 申請人:北京航空航天大學