一種變間隙型電渦流傳感器的自動靜標定裝置的製作方法

2023-07-21 18:50:16 3

專利名稱：：一種變間隙型電渦流傳感器的自動靜標定裝置的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種對傳感器進行標定的裝置，具體是一種變間隙型電渦流傳感器的自動靜標定裝置。
背景技術：
：電渦流傳感器是指利用電渦流效應製成的傳感器。由物理學中的法拉第電磁感應定律可知，將成塊金屬放在交變磁場中或者使之在磁場中作切割磁力線的運動，那麼將在金屬塊中產生感應電流，這種電流在金屬塊內是閉合的，所以叫做電渦流。其基本結構原理如圖l所示，當線圈中通以交變電流h時，線圈周圍空間就產生交變磁場Hi。此時，置於此磁場中的金屬塊中將產生感應電動勢，從而形成電渦流i2，此電渦流又產生一個磁場H2。由於H2對線圈的反作用(減弱線圈原磁場)，從而導致線圈的電感量、阻抗、和品質因數發生變化。這些參數的變化與導體的幾何形狀、電導率、磁導率、線圏的幾何參數、電流的交變頻率以及線圈到被測金屬板間的距離等因素有關。如果改變其中某個參數，即可構成關於某個參數的電渦流傳感器。變間隙型的電渦流傳感器進行位移測量的原理是傳感器線圏平面與被測金屬表面之間的間隙變化使得電渦流密度發生變化，而導致線圏電感、阻抗及品質因數等的變化。對某種給定的材料而言，其電導率CT和磁導率H為常數，此時傳感器的輸出將與被測物體和傳感器之間的距離有關。實驗證明，當傳感器與被測物體之間的距離x發生變化時，電渦流的分布特性並不變化，但是電渦流密度將發生相應的變化，且呈非線性關係。經電子電路的處理使傳感器的輸出與x呈線性關係。從HZ-8500系列變間隙電渦流傳感器主要靜態指標表，可以看出成品傳感器輸入與輸出之間的關係。HZ-8500系列電渦流傳感器主要靜態指標如下表:tableseeoriginaldocumentpage5變間隙型電渦流傳感器的標定是指對某型號電渦流傳感器位移(間隙)與輸出量關係明確的前提下，利用某種器具對傳感器進行標度。對新研製或生產的傳感器進行全面的技術檢定，稱為標定；將傳感器在使用或存儲後進行的性能複測，稱為校準，一般標定與校準的本質相同。傳感器的靜態標定是為了確定傳感器的靜態特性指標，如線性度、靈敏度、遲滯和重複性等。變間隙型電渦流傳感器靜標定，首先位移機構的精度必須與被標定的傳感器相適應，即比被標定的傳感器精度高。變間隙型電渦流傳感器靜標定步驟如下(1)將傳感器(或傳感系統)全量程(測量範圍)分為若干等間距點；(2)根據傳感器的量程分點情況，由小到大逐點地輸入標準量值，並記錄下與各輸入值相對應的輸出值；(3)將輸入值由大到小逐點減少下來，同時記錄下與各輸入值相對應的輸出值；(4)按2、3所述過程，對傳感器進行正、反行程往復循環多次測試，將得到的輸入-輸出測試數據列成表格或繪成曲線；(5)對測試數據進行必要的數據處理，根據處理結果就可以確定傳感器的線性度、靈敏度、遲滯和重複性等靜態特性指標。如圖2所示，在現有技術中使用的是電渦流手動靜標定裝置，由機架27、A電渦流傳感器固定架28、A電渦流傳感器1、A電渦流盤2、A電渦流盤連杆35、A滑道15、A滑塊3、A活球鉸鏈4、微位移軸A螺紋5、A螺套6、手動旋鈕30、A前置器25和顯示裝置20組成。其中，A電渦流盤2與A滑塊3通過A電渦流盤連杆35固定連接，A滑塊3與微位移軸A螺紋5用活球鉸鏈連接，A螺套6與機架27固定連接，微位移軸A螺紋5與手動旋鈕30固定連接，A傳感器固定架28、A電渦流傳感器l、A電渦流盤2、A滑塊3、A活球鉸鏈4、微位移軸A螺紋5與手動旋鈕30的中心線位於同一軸線上。A滑道15和A滑塊3的作用是使A電渦流盤2隻能沿軸線平移。A活球鉸鏈4的作用是只把微位移軸A螺紋5的繞軸線旋轉加沿軸線平移運動中的平移運動傳遞到A滑塊3，而去除微位移軸A螺紋5的繞軸線的旋轉運動，固定在機架上的位移刻度33，和固定在手動旋鈕上的旋轉刻度34共同顯示電渦流盤的位移。靜標定時，首先根據刻度33和刻度34，手動旋轉手動旋鈕30，將A電渦流盤2移動到零點，再將A電渦流傳感器1靠在A電渦流盤2上，然後將A電渦流傳感器1固定在A傳感器固定架28上，這時刻度33和刻度34即顯示A電渦流傳感器1與A電渦流盤2的間隙。根據全量程測點的多少，操作手動旋鈕30,使間隙由O到全量程，再由全量程到O逐點記錄間隙值和對應的輸出值，即可獲得被測A電渦流傳感器l的靜態參數。手動標定的缺點是手動操作位移機構速度慢、手工記錄費時費力，也容易出錯。整個標定過程效率低。手動位移機構的精度低，若提高位移精度則需手動操作的時間更長，效率更低。
發明內容本發明的目的在於克服現有技術中的不足，設計一種變間隙型電渦流傳感器的自動靜標定裝置，該裝置既可以使電渦流傳感器的標定工作自動化，提高電渦流傳感器標定工作的效率，同時還可以提高標定的精確度，並可將靜標定的結果儲存，以圖表或其他形式顯示、列印輸出。為實現上述目的，本發明的技術方案是釆用一種變間隙型電渦流傳感器的自動靜標定裝置，所述裝置包括機架，在所述機架上設有A電渦流傳感器固定架和B電渦流傳感器固定架，其中，設置在所述機架上的A電渦流傳感器固定架與B電渦流傳感器固定架的中心線位於同一條軸線上；A電渦流盤，位於所述A電渦流傳感器固定架的端部，所述A電渦流盤與A電渦流盤連杆連接，A電渦流盤連杆與微位移機構內的A滑塊連接；B電渦流盤，位於所述B電渦流傳感器固定架的端部，所述B電渦流盤與B電渦流盤連杆連接，B電渦流盤連杆與微位移機構內的B滑塊連接；在所述A電渦流傳感器固定架的端部，設有A電渦流盤移動空間，在所述B電渦流傳感器固定架的端部，設有B電渦流盤移動空間；所述微位移驅動機構，包括依次連接的步進電機，蝸杆，蝸輪，蝸輪軸承，蝸輪花鍵，微位移軸，A活球鉸鏈，A滑塊，A滑道，B活球鉸鏈，B滑塊，B滑道；所述微位移軸，包括軸中部的微位移軸花鍵，A端的微位移螺杆A螺紋，A螺套，B端的微位移螺杆B螺紋，B螺套；所述位移驅動機構用於驅動所述A電渦流盤和B電渦流盤沿所述A電渦流傳感器固定架和B電渦流傳感器固定架的中心線方向位移。在所述A電渦流傳感器固定架，上裝有A電渦流傳感器，在所述B電渦流傳感器固定架上裝有B電渦流傳感器；所述A電渦流傳感器與A前置器，AA/D轉換，單片機依次串接；所述B電渦流傳感器與B前置器，BA/D轉換、單片機依次串接。在所述機架上設有A套簡和B套簡。所述微位移傳動機構中的蝸輪，安裝在所述A套簡與B套簡之間。所述蝸輪與A套簡，B套簡之間裝有渦輪軸承。所述微位移驅動機構中的微位移軸A螺紋，A螺套，設置在A套簡內；所述微位移驅動機構中的微位移軸B螺紋，B螺套，設置在B套簡內；A螺套與A套筒固定連接，B螺套與B套簡固定連接。所述電機為步進電機，所述步進電機安裝在所述機架上，所述步進電機與所述單片機電連接。所述A電渦流盤連杆除與A電渦流盤連接外，還可以連接多個電渦流盤；所述與B電渦流盤連杆除與B電渦流盤連接外還可以連接多個電渦流盤。所連接的電渦流盤平面必須與微位移軸中心線垂直，配上對應的電渦流傳感器固定架，即可形成同時對多個變間隙型電渦流傳感器的自動靜標定裝置。本發明的優點和有益效果在於，在所述裝置中，由於的蝸輪蝸傳動杆機構、螺杆位移傳動機構及步進電機的釆用，為電渦流傳感器的靜標定提供了一種位移解析度高的自動化位移機構，其中在所述裝置中應用了單片機，可將電渦流傳感器的靜標定自動記錄位移量和及相關的輸出物理量，並能將測量數據傳至上位計算機，在專用數據處理軟體的作用下，可自動地以表格和曲線方式，提供各被標定傳感器參數和各傳感器與標準參數的對比數據，並可將所述參數或數據儲存、顯示、列印輸出，該裝置結構簡單，對電渦流傳感器的靜標定的精度高，且省時省力。圖l是電渦流原理圖2是變間隙型電渦流傳感器手動靜標定裝置機械傳動、電氣原理圖3是變間隙型電渦流傳感器自動靜標定裝置機械傳動、電氣原理圖4是變間隙型電渦流傳感器自動靜標定裝置機械傳動圖；圖5是變間隙型電渦流傳感器自動靜標定裝置實施例平面布置圖(俯視圖)；圖中1、A電渦流傳感器；2、A電渦流盤；3、A滑塊；4、A活球鉸鏈；5、微位移軸A螺紋；6、A螺套；7、蝸輪軸承；8、蝸輪；9、渦輪花鍵；10、B螺套；11、微位移軸B螺紋、；12、B活球鉸鏈；13、B滑道；14、B滑塊；15、A滑道；16、蝸杆；17、B電渦流傳感器；18、B電渦流盤；19、AA/D轉換器；20、顯示裝置；21、單片機；22、通訊接口；23、BA/D轉換器；25、A前置器；26、B前置器；27、機架；28、A電渦流傳感器固定架；29、B電渦流傳感器固定架；30、手動旋鈕；31、操作鍵盤；32、步進電機；33、軸向位移刻度(固定在機架上)；34、旋轉位移刻度(固定在手動旋鈕上)；35、A電渦流盤連杆；36、B電渦流盤連杆；37、A電渦流傳感器的電纜；38、B電渦流傳感器的電纜；39、A彈簧；40、B彈簧；41、微位移軸；42、微位移驅動機構；43、微位移軸花鍵；44、A套簡；45、B套簡。具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例僅用於更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護範圍。本發明由步進電機、蝸輪傳動機構、機械式螺杆位移傳動機構構成微位移驅動機構，微位移驅動機構同時驅動兩套變間隙型電渦流傳感器的電渦流盤，兩套變間隙型電渦流傳感器的電渦流盤在同一軸線上，相對變間隙型電渦流傳感器作相同規律的位移。兩套變間隙型電渦流傳感器的前置器輸出的信號經A/D(將模擬電信號轉變為數字電信號)轉換電路轉換成數位訊號送到單片機。每一個測點的數據包括①測點號；②電渦流盤與電渦流傳感器的距離；③對應電渦流盤與電渦流傳感器的距離的電渦流傳感器輸出電壓。根據測點數的要求和測量距離的要求，單片機把全部測點數據存儲在內存中。由於本發明的A、B電渦流盤與電渦流傳感器的距離值是一樣的，當同時標定A、B兩個傳感器時，單片機內存存儲的是一組距離值對應的兩個電渦流傳感器的輸出電壓值；當一個固定架安裝一個符合標準的電渦流傳感器，另一個固定架安裝的是欲標定的電渦流傳感器，這時單片機兩組輸出值可以逐點比較，得出欲標定電渦流傳感器的標定結論。單片機設有標準通訊接口，可以將數據發送到上位機或，以完成多種形式的顯示、列印、數據分析工作。如圖4，圖5，所示，本發明的步進電機32驅動蝸杆16、蝸輪8,蝸輪8與微位移軸41用花鍵連接，微位移軸A螺紋5與微位移軸B螺紋ll為同規格、同長度的螺紋，與微位移軸A螺紋5與微位移軸B螺紋11配套的和A螺套6和B螺套10分別設置在A套簡44和B套筒45中，與A套簡44和B套簡45固定連接。A電渦流盤2通過A電渦流盤連杆35與A滑塊3連接，A滑塊3受到A滑道15的約東，使A滑塊3隻能沿著微移軸41的中心線移動，從而使A電渦流盤2沿著A電渦流傳感器固定架28和B電渦流傳感器固定架29的中心線方向移動；B電渦流盤18通過B電渦流盤連杆36與B滑塊14連接，B滑塊14受到B滑道13的約束，使B滑塊14隻能沿著微移軸41的中心線移動，從而使B電渦流盤18沿著A電渦流傳感器固定架28和B電渦流傳感器固定架29的中心線方向移動。微位移軸A螺紋5與A滑塊3的連接部分是頂尖形狀，頂尖與A彈簧39共同完成A活球絞鏈4的功能；微位移軸B螺紋11與B滑塊14的連接部分是頂尖形狀，頂尖與B彈簧40共同完成B活球絞鏈12的功能本發明的蝸輪8受到安裝在A套簡44和B套簡45上的軸承7的約束，只能旋轉不能相對機架做沿螺杆的軸向移動，而微位移軸41受到A螺套和B螺套的約束，只能一面旋轉，一面作軸向移動。如圖4至5所示，本發明較佳的實施方案為，設計一種變間隙型電渦流傳感器的自動靜標定裝置，所述裝置包括用於安裝固定架的機架27，在所述機架27上設有A固定架28,所述A固定架28的外形為圓柱狀，所述圓柱通過連板與所述機架27連接，在所述機架27上還設置有B固定架29,所述B固定架29的外形也是圓柱狀，所述圓柱通過連板與所述機架27連接，其中，設置在所述機架27上的固定架28與B固定架29的中心線位於同一條軸線上；A電渦流盤2，位於所述A固定架28的端部，B電渦流盤18位於所述B固定架29的端部。實施例l在本實施例中能同時對兩臺同型號的傳感器進行自動靜標定；也可對兩臺傳感器參數進行對比。下面結合附圖3，附圖4,附圖5與具體實施方式對本發明作進一步詳細描述選用HZ-8500系列電渦流傳感器主要靜態標準指標表中的一個直徑為cp25的探頭，量程為10mm的電渦流傳感器，選擇蝸輪花鍵槽的長度為14mm，螺杆花鍵的長度為3mm,則螺杆相對於機架軸向位移量應為11mm。步進電機選擇45C340C反應式步進電機，其供電電壓DC12V,電流0.4A，保持轉矩0.118Nm，步距角1.5度。由於步進電機區別於其它控制用途的電動機，其最大的特點是，它接受數字控制信號(電脈衝信號)，並轉換成與之相對應的角位移或直線位移。它本身就是一個完成數字/模擬轉換的執行元件。而且它可實現開環位置控制，輸入一個脈衝信號就可得到一個規定的位置增量，這樣的所謂增量位置控制系統與傳統的直線伺服電機系統相比，其成本明顯降低，幾乎不必進行系統調整，因此，隨著運動控制系統數位化的到來，步進電機的應用曰益廣泛。例如，在計算機外圍設備(如印表機、磁碟驅動器、數字繪圖儀、紙帶穿孔機)、現代辦公室設備(如複印件、傳真機)、各種自動機、儀器設備、材料輸送機、數控工具機、工業機器人等中獲得大量應用。蝸輪、蝸杆傳動機構，在交錯軸(通常軸交角為90°)之間傳遞轉矩和運動，其主要特徵有工作平穩、低振動、小噪音的嚙合特性，一級蝸杆傳動就可實現較大的傳動比(5-63)，蝸輪、蝸杆傳動機構體積小、重量輕、結構緊湊。微位移軸螺紋螺距0.5mm,蝸輪、蝸杆的傳動比為l:50，步進電機步距角l度，步進電機每240步轉一周。步進電機與蝸杆直接連接，微位移軸上的花鍵與蝸輪的花鍵槽連接。則步進電機每轉一步微位移軸移動0.042pm(500^im+50+240-0.042iim/步)超過電渦流傳感器解析度lpm的要求1個數量級。A/D轉換解析度數據因前置放大器釆用DC24V電源，故在所有情況下，電渦流傳感器輸出《4V。根據靈敏度lmV/pm的要求，A/D轉換解析度要〈lmV,24V+0.001採用16位解析度(216=65536),最大電壓解析度0.37mV，選擇C8051F060單片機，片內有兩路16位晶片，可以滿足兩路輸出和A/D轉換解析度要求。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本
技術領域：
的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。權利要求1、一種變間隙型電渦流傳感器的自動靜標定裝置，其特徵在於，所述裝置包括A電渦流盤(2)，位於所述A電渦流傳感器固定架(28)的端部，所述A電渦流盤(2)與A電渦流盤連杆(35)連接，A電渦流盤連杆(35)與微位移機構(42)內的A滑塊(3)連接；B電渦流盤(18)，位於所述B電渦流傳感器固定架(29)的端部，所述B電渦流盤(18)與B電渦流盤連杆(36)連接，B電渦流盤連杆(36)與微位移機構(42)內的B滑塊(14)連接；在所述A電渦流傳感器固定架(28)的端部，設有A電渦流盤移動空間(46)，在所述B電渦流傳感器固定架(29)的端部，設有B電渦流盤移動空間(47)；所述微位移驅動機構(42)，包括依次連接的步進電機(32)，蝸杆(16)，蝸輪(8)，蝸輪軸承(7)，蝸輪花鍵(9)，微位移軸(41)，A活球鉸鏈(4)，A滑塊(3)，A滑道(15)，B活球鉸鏈(12)，B滑塊(14)，B滑道(13)；所述微位移軸(41)，包括軸中部的微位移軸花鍵(43)，A端的微位移螺杆A螺紋(5)，A螺套(6)，B端的微位移螺杆B螺紋(11)，B螺套(10)；所述位移驅動機構(42)用於驅動所述A電渦流盤(2)和B電渦流盤(18)沿所述A電渦流傳感器固定架(28)和B電渦流傳感器固定架(29)的中心線方向位移。2、如權利要求1所述的變間隙型電渦流傳感器的自動靜標定裝置，其特徵在於，在所述A電渦流傳感器固定架(28)上裝有A電渦流傳感器(1),在所述B電渦流傳感器固定架(29)上裝有B電渦流傳感器(17);所述A電渦流傳感器(1)與A前置器(25)，AA/D轉換(19),單片機(21)依次串接；所述B電渦流傳感器(17)與B前置器(26)，BA/D轉換(23)、單片機(21)依次串接。3、如權利要求1所述的變間隙型電渦流傳感器的自動靜標定裝置，其特徵在於，在所述機架(27)上設有A套簡(44)和B套簡(45)。4、如權利要求1所述的變間隙型電渦流傳感器的自動靜標定裝置，其特徵在於，所述微位移傳動機構(42)中的蝸輪(8),安裝在所述A套簡(44)與B套簡(45)之間。5、如權利要求4所述的變間隙型電渦流傳感器的自動靜標定裝置，其特徵在於，所述蝸輪(8)與A套簡(44)，B套簡(45)之間裝有渦輪軸承(7)。6、如權利要求1所述的變間隙型電渦流傳感器的自動靜標定裝置，其特徵在於，所述微位移驅動機構(42)中的微位移軸A螺紋(5)，A螺套(6)，設置在A套簡(44)內；所述微位移驅動機構(42)中的微位移軸B螺紋(ll)，B螺套(IO)，設置在B套簡(45)內；A螺套(6)與A套簡(44)固定連接，B螺套(10)與B套簡(45)固定連接。7、如權利要求1所述的所述的變間隙型電渦流傳感器的自動靜標定裝置，其特徵在於，所述電機(32)為步進電機，所述步進電機安裝在所述機架(27)上，所述步進電機與所述單片機(21)電連接。8、如權利要求1所述的變間隙型電渦流傳感器的自動靜標定裝置，其特徵在於，所述A電渦流盤連杆(35)除與A電渦流盤(2)連接外，還可以連接多個電渦流盤；所述與B電渦流盤連杆(36)除與B電渦流盤(18)連接外還可以連接多個電渦流盤。全文摘要本發明涉及一種變間隙型電渦流傳感器的自動靜標定裝置。本發明的目的在於克服手動靜標定裝置的不足，設計一種變間隙型電渦流傳感器的自動靜標定裝置，該裝置既可以使電渦流傳感器的標定工作自動化，提高電渦流傳感器標定工作的效率，同時還可以提高標定的精確度，並可將靜標定的結果儲存，以圖表或其他形式顯示、列印輸出。本發明的技術要點是1.用步進電機驅動蝸輪機構，渦輪驅動微位移軸；2.一套微位移驅動裝置驅動多個電渦流盤；3.用單片機控制步進電機、處理電渦流前置器輸出信號、驅動信號裝置、處理操作鍵盤，存儲標定數據，控制自動標定過程，控制通訊接口與上位機傳遞數據。文檔編號G01B7/02GK101586939SQ20091008749公開日2009年11月25日申請日期2009年6月23日優先權日2009年6月23日發明者張連凱,王天娜申請人:北京化工大學