CN102680015A

CN102680015A - 接近开关传感器测试仪

Info

Publication number: CN102680015A
Application number: CN2012101352456A
Authority: CN
Inventors: 张大森; 张军; 卢振洋; 苏国火
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2012-05-02
Filing date: 2012-05-02
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2032-05-02
Also published as: CN102680015B

Abstract

接近开关传感器测试仪属于接近开关传感器工作参数检测领域，其特征包括主控板、工控机、伺服驱动器、伺服电机、电动平移台、标准检测体、接近开关传感器、测量电路和供电电路，检测时，主控板向伺服驱动器发出信号控制伺服电机带动电动平移台滑块上的标准检测体往复运动，在此过程中，主控板从测量电路、接近开关传感器获取接近开关传感器的导通/复位信号、导通压降、漏电流等参数，通过计算在此过程中主控板所发送的正反脉冲数，可得到接近开关的复位距离、动作回差、检测距离等工作参数，然后将所得接近开关传感器各工作参数发送到工控机显示并根据设定值判断接近开关传感器是否合格。

Description

接近开关传感器测试仪

技术领域

接近开关传感器测试仪是一种测量接近开关传感器的检测距离、动作回差、导通压降、漏电流等工作参数的装置，并能根据设定值判断接近开关是否合格，可用于传感器生产厂家对产品进行质量检测以及性能标定。

背景技术

接近开关传感器可分为电感式接近开关传感器和电容式接近开关传感器两种，电感式接近开关传感器由高频振荡、检波、放大、触发及输出电路等组成，振荡器在传感器检测面产生一个交变电磁场，当金属物体接近传感器检测面时，金属中产生的涡流吸收了振荡器的能量，使振荡减弱以至停振，振荡器的振荡及停振这二种状态，转换为电信号通过整形放大转换成二进制的开关信号，经功率放大后输出；电容式接近开关传感器由高频振荡器和放大器等组成，由传感器的检测面与大地间构成一个电容器，参与振荡回路工作，起始处于振荡状态，当物体接近传感器检测面时，回路的电容量发生变化，使高频振荡器停振，振荡与停振这二种状态转换为电信号经放大器转化成二进制的开关信号。

接近开关传感器的工作参数主要有检测距离、复位距离、动作回差、导通压降、漏电流等，检测距离是指标准检测体按一定方式移动时，从基准位置（接近开关的感应表面）到开关动作时测得的基准位置到检测体的空间距离；复位距离是指接近开关动作后，又再次复位时与被测物的距离，它略大于检测距离；动作回差是指检测距离与复位距离之间的绝对值；导通压降是指在额定工作电压和额定工作电流情况下，开关导通时，两输出开关点之间的压降。

接近开关传感器按工作电源形式区分为直流型和交流型，直流型的工作电压范围在12V~60V之间；按其输出电路形式可区分为两线式、三线式和四线式三种，这其中又有NPN和PNP两种接线方式。

目前，在生产过程中，因为接近开关传感器的种类繁多，并没有一种通用型测试仪，能够在生产现场方便快捷的检测不同接线方式的接近开关传感器的各项工作参数。

发明内容

为了检测三线式接近开关传感器的检测距离、动作回差、导通压降和漏电流等工作参数，为接近开关传感器提供12V、24V、36V、48V、60V工作电源以及PNP和NPN两种接线方式，并能根据设定值判断接近开关传感器是否合格，本发明提出了一种接近开关传感器测试仪。

本发明的技术方案如图1所示，包括主控板、工控机、伺服驱动器、伺服电机、电动平移台、标准检测体、接近开关传感器、测量电路和供电电路，其中：

所述主控板包括CPU、模拟量输入电路、开关量输入电路、开关量输出电路、脉冲信号输出电路、RS232串口通信电路和开始测试开关S7，其中：

CPU，采用型号为STM32F103VET6的32位基于ARM内核的Cortex M3微处理器。

模拟量输入电路包括消耗电流模拟量输入电路和导通压降模拟量输入电路，其中：该消耗电流模拟量输入电路的输入端输入由所述测量电路从所述接近开关传感器测量的消耗电流；该导通压降模拟量输入电路的输入端输入由所述测量电路从所述的接近开关传感器测量的导通压降；其中，每一种所述的模拟量输入电路包括各自分别对应于模拟量输入信号正半波和模拟量输入信号负半波的两类电路：正半波模拟量输入电路和负半波模拟量输入电路，所述的每一类模拟量输入电路都包括一个运算放大器，输出端对地都串接有限流电阻和反向二极管，但是，对于正半波模拟量输入电路而言，运算放大器输出端同时直接和负输入端相连，正输入端依次经过滤波电容、分压电阻接所对应的传感器的正半波输出端，对于负半波模拟量输入电路而言，运算放大器负输入端在经过反馈电阻与输出端相连的同时又依次经过相应的滤波电容、分压电阻与所对应的传感器各自的负半波输出端相连，而正输入端则经电阻接地；另外两路模拟量输入电路备用。

开关量输入电路包括近端限位开关信号输入电路、远端限位开关信号输入电路、测试开始信号输入电路、接近开关传感器导通信号输入电路，其中：该近端限位开关信号输入电路的输入端输入由所述电动平移台近端限位开关输出；该远端限位开关信号输入电路的输入端输入由所述电动平移台远端限位开关输出；测试开始信号输入电路的输入端输入由12V直流电源经开始按键S7、限流电阻R3输出；接近开关传感器导通信号输入电路的输入端输入由所述测量电路从所述接近开关传感器信号端输出；其中，每一种所述的开关量输入电路，所述开关量信号经由端子P1、限流电阻和稳压二极管组成的稳压电路后再经滤波电容滤波后接型号为TLP281-4的光耦电路后输入到所述CPU。

开关量输出电路，所述CPU发出的伺服驱动器停止信号、启动信号各自分别接一个发射极接地的三极管的基极，集电极各接继电器脚5，该继电器的脚4接5V电源该继电器脚5与5V电源之间还接一个二极管，该继电器的常闭触头1和常开触头3分别经端子P9输出到伺服驱动器对应的接口；另外两路开关量输出电路备用。

脉冲信号输出电路，所述CPU发出的指令脉冲脉冲信号和指令符号脉冲信号分别经型号为TLP281-4的光耦后接型号为ULN2803A达林顿管，经限流电阻、端子P6输出到伺服驱动器对应接口，限流电阻后的输出分别反接另一端接正5V的二极管，外部电源经端子P6输入，为脉冲信号输出电路提供独立电源。

RS232串口通信电路，包括型号为MAX232A的RS232驱动器U17和串口CN1，所述CPU脚95发出的232_TX信号接所述RS232驱动器U17脚11，所述RS232驱动器U17脚12发出的232_RX信号接所述CPU脚96，所述RS232驱动器脚13、14输出的对应于外部的RS232通讯信号经所述串口CN1输出。

开始测试开关S7，采用组合开关，常开触头2串联电阻R3后连接开关量输入电路，常开触头1接12V直流电源正端304。

所述工控机采用研华工控机IPC-610Mb，与主控板通过RS232串口电缆相连。

所述伺服驱动器采用富士ALPHA5系列的RYT101D5-VV2，与主控板通过专用电缆相连，与伺服电机通过编码器电路和动力线相连。

所述伺服电机采用富士GYS101D5-RA2，通过联轴器与电动平移台的轴相连。

所述电动平移台为微纳光科的WN102TA150M电动平移台，与主控板通过电缆相连。

所述标准检测体为一块尺寸为10cm*10cm*1mm、材料为A3钢的钢板，固定在电动平移台的滑块上。

所述接近开关传感器为待检测接近开关传感器，通过夹具固定在电动平移台远端，与测量电路相连。

所述测量电路包括漏电流测量电路、导通压降测量电路和通断信号测量电路，其中：漏电流测量电路是在接近开关传感器的信号输出端串联一100

Ω高精度电阻R1，电阻R1两端接所述主控板的模拟量输入电路；导通压降测量电路是接近开关传感器的信号输出端和模式切换开关S6的第一组开关输出端分别接所述主控板的模拟量输入电路，当接近开关传感器为NPN接线方式时，模式切换开关S6的第一组开关输入端接接近开关传感器的电源正极，当接近开关传感器为PNP接线方式时，模式切换开关S6的第一组开关输入端接接近开关传感器的电源负极；通断信号测量电路是接近开关传感器的信号输出端和串接模式切换开关S6第二组开关的滑动变阻器S8分别接所述主控板的开关量输入电路，当接近开关传感器为NPN接线方式时，模式切换开关S6的第二组开关输入端接接近开关传感器的电源负极，当接近开关传感器为PNP接线方式时，模式切换开关S6的第二组开关输入端接接近开关传感器的电源正极。

所述的供电电路包括空气开关QL1、交流继电器、变压器B1、B2、B3、整流板PB1、PB2、PB3、开关S1、S2、S3、S4、S5，外部两相交流220V供电经空气开关QF1接交流接触器，开关S4、S5控制电路的通断，220V交流电经变压器B1、B2、B3降压为24V、12V、24V，经整流板PB1、PB2、PB3整流为直流24V、12V、24V，再由开关S1、S2、S3的组合控制可为接近开关传感器提供所需的12V、24V、36V、48V、60V工作电源，另外，供电电路分别与主控板、工控机、伺服驱动器、电动平移台和测量电路相连接，为其提供工作所需电源。

本发明的有益效果是一种接近开关传感器测试仪，能够检测三线式接近开关传感器的检测距离、动作回差、导通压降和漏电流等工作参数，为接近开关传感器提供12V、24V、36V、48V、60V工作电源以及PNP和NPN两种接线方式，并能根据设定值判断接近开关传感器是否合格。

附图说明

图1是本发明的结构框图；

图２是本发明的接近开关测试原理图；

图3至图9是本发明电气接线图的不同部分；

图3是本发明供电电路空气开关QL1、交流继电器部分的电气接线图；

图4是本发明供电电路变压器B1、B2、B3、整流板PB1、PB2、PB3部分的电气接线图；

图5是本发明供电电路开关S1、S2、S3部分的电气接线图；

图6是本发明电动平移台限位开关部分的电气接线图；

图7是本发明测量电路部分的电气接线图；

图8是本发明主控板的示意框图理图；

图9至图14是本发明主控板主电路原理图的不同部分，其中相同的网络标号表示在物理上连通的点；

图9是本发明主控板CPU部分的原理图；

图10是本发明主控板模拟量输入电路部分的原理图；

图11是本发明主控板开关量输入电路部分的原理图；

图12是本发明主控板开关量输出电路部分的原理图；

图13是本发明主控板脉冲信号输出电路部分的原理图；

图14是本发明主控板RS232串口通信电路部分的原理图；

具体实施方式

下面结合图1至图15对本发明做进一步的说明。

如图1所示，本发明包括主控板、工控机、伺服驱动器、伺服电机、电动平移台、标准检测体、接近开关传感器、测量电路和供电电路。

测试原理如图2所示，在位置S1时，接近开关传感器201的感应表面与标准检测体202紧密贴合，此时接近开关传感器201导通；当标准检测体202运动到位置S3时接近开关传感器201复位，距离L2即为接近开关传感器201的复位距离；标准检测体202往回运动，当运动到位置S2时，接近开关传感器201再次导通，距离L1即为接近开关传感器201的检测距离；复位距离和检测距离之差的绝对值△L即为接近开关传感器201的动作回差。

如图3所示，外部两相交流220V供电202、203经空气开关QF1后接交流接触器KMR的常开触头3、5，按键S5的常闭触头1接空气开关QF1的常闭触头2，按键S5的常闭触头2接按键S4的常开触头4和交流接触器的常开触头1，按键S4的常开触头3和交流接触器的常开触头2接交流接触器的线圈的常闭触头A1，交流接触器线圈的常闭触头A2接空气开关QF1的常闭触头4。

如图4所示，220伏交流电206、207分别经变压器B1、B2、B3变为交流24V、12V、24V，再分别接整流板PB1、PB2、PB3，转为24V、12V、24V直流电。24V直流电的输出端为线301和302，12V直流电的输出端为线303和304，另一路12V直流电的输出端为线303和304。

如图5所示，线306、307为接近开关传感器的电源线，线307接线301，开关S1的常开触头3接线302，常闭触头2和指示灯的触头5接线301，常闭触头1、常开触头4和指示灯的触头6接线320，线320接线303；开关S2的常开触头3接线304，常闭触头2和指示灯的触头5接线303，常闭触头1、常开触头4和指示灯的触头6接线321，线321接线305；开关S3的常开触头3接线306，常闭触头2和指示灯的触头5接线305，常闭触头1、常开触头4和指示灯的触头6接线306；通过按键开关S1、S2、S3的组合选择，307、306之间的电压可以设置为12V、24V、36V、48V、60V，开关S1、S2、S3为自锁带灯组合按键，可以显示开关状态，方便选择。

如图6所示，电动平移台有远端限位开关和近端限位开关，远端限位开关和近端限位开关的电源线分别接线305、306，信号输出601、602接主控板的开关量输入电路。

如图7所示，接近开关传感器的电源输入线分别接线306、307，输出端701串联一个高精度10Ω电阻R1，电阻R1两端701、704接主控板模拟量输入电路；开关S6的常闭触头1和常开触头7接线306，常闭触头5和常开触头4接线307，常闭触头6和常开触头8接线703，接主控板模拟量输入电路，常闭触头2和常开触头3经变阻器S8接线705，接主控板开关量输入电路。

如图8所示，主控板包括CPU、模拟量输入电路、开关量输入电路、开关量输出电路、脉冲信号输出电路、RS232串口通信电路和开始测试开关S7，其中：主控板的CPU分别与模拟量输入电路、开关量输入电路、开关量输出电路、脉冲信号输出电路和RS232串口通信电路相连；模拟量输入电路与所述测量电路相连；开关量输入电路分别与所述测量电路、所述电动平移台、所述开始测试开关S7相连；开关量输出电路与伺服驱动器相连，脉冲输出电路与伺服驱动器相连。

如图9所示，CPU采用32位基于ARM内核的Cortex M3微处理器，型号为STM32F103VET6，CPU的脚15、16、17、18、33、34、63、64接模拟量输入电路，用于接收消耗电流和导通压降；CPU的脚97、98、1、2接开关量输入电路，用于接收电动平移台的近端限位开关信号、远端限位开关信号、测试开始信号、接近开关传感器导通信号；CPU的脚81、82、83、84接脉冲信号输出电路，用于发出指令脉冲和指令符号；CPU的脚85、86、87、88接开关量输出电路，用于向伺服驱动器发出停止信号、启动信号；CPU的脚95、96接RS232串口通信电路，用于和工控机进行串口通讯；C26、C27和Y2晶体为CPU提供时钟信号；C24、C25和Y1晶体为CPU提供备用时钟信号，用于掉电时提供时钟信号；电池BT1为CPU提供备用电源。

如图10所示，在主控板模拟量输入电路中，共四路模拟量输入电路，信号经端子P4输入，其中两路为测量电路采集到的消耗电流、导通压降信号，另外两路为冗余设计，备用，模拟信号分别经正半波模拟量输入电路和负半波模拟量输入电路后接所述CPU脚15、16、17、18、33、34、63、64。

如图11所示，在主控板开关量输入电路中，电动平移台的近端限位开关信号、远端限位开关信号、测试开始信号、接近开关传感器导通信号经限流电阻和稳压管组成的稳压电路稳压后，再经电容滤波电路滤波后接光耦，经光耦光电隔离后接所述CPU脚97、98、1、2。

如图12所示，在主控板开关量输出电路中，所述CPU向伺服驱动器发出停止信号、启动信号，各自分别接一个发射极接地的三极管的基极，集电极各接继电器脚5，该继电器的脚4接5V电源，该继电器脚5与5V电源之间还接一个二极管型号是IN4148，该继电器的常开触头1和常开触头3分别经端子P9输出到伺服驱动器对应的接口，另外两路为冗余设计，备用。

如图13所示，在主控板脉冲信号输出电路中，CPU向伺服驱动器发出的指令脉冲和指令符号经光耦TLP281-4隔离后，光偶的输出负端接达林顿管ULN2803，达林顿管的输出经端子P6输出到伺服驱动器对应的接口，达林顿管的输出和5V电源间分别反接一个二极管，外部电源经端子P6输入，为脉冲信号输出电路提供独立电源。

如图14所示，在主控板RS232串口通信电路中，RS232串口通信芯片U17型号为MAX232，CPU脚95发出的通讯信号232_TX输出至U17脚11，U17脚12发出的通讯信号232_RX输出至CPU脚96，U17脚13、14发出的RS232串口通讯信号经端子CN2输出，用于与工控机的通信。

Claims

1.接近开关传感器测试仪，其特征在于：含有依次连接的主控板、工控机、伺服驱动器、伺服电机、电动平移台、标准检测体、接近开关传感器、测量电路和供电电路，其中：

主控板包括CPU、各输出端分别和所述CPU的各对应输入端相连接的模拟量输入电路、开关量输入电路、各输入端分别和所述CPU的各对应输出端相连的开关量输出电路、脉冲信号输出电路和RS232串口通信电路、开始测试开关，其中：

CPU，采用型号为STM32F103VET6的32位基于ARM内核的Cortex M3微处理器；

模拟量输入电路包括消耗电流模拟量输入电路和导通压降模拟量输入电路，其中：该消耗电流模拟量输入电路的输入端输入由所述测量电路从所述接近开关传感器测量的消耗电流，该导通压降模拟量输入电路的输入端输入由所述测量电路从所述的接近开关传感器测量的导通压降，其中，每一种所述的模拟量输入电路包括各自分别对应于模拟量输入信号正半波和模拟量输入信号负半波的两类电路：正半波模拟量输入电路和负半波模拟量输入电路，所述的每一类模拟量输入电路都包括一个运算放大器，输出端对地都串接有限流电阻和反向二极管，但是，对于正半波模拟量输入电路而言，运算放大器输出端同时直接和负输入端相连，正输入端依次经过滤波电容、分压电阻接所对应的传感器的正半波输出端，对于负半波模拟量输入电路而言，运算放大器负输入端在经过反馈电阻与输出端相连的同时又依次经过相应的滤波电容、分压电阻与所对应的传感器各自的负半波输出端相连，而正输入端则经电阻接地；

开关量输入电路包括近端限位开关信号输入电路、远端限位开关信号输入电路、测试开始信号输入电路、接近开关传感器导通信号输入电路，其中：该近端限位开关信号输入电路的输入端输入由所述电动平移台近端限位开关输出，该远端限位开关信号输入电路的输入端输入由所述电动平移台远端限位开关输出，测试开始信号输入电路的输入端输入由12V直流电源经开始按键S7、限流电阻R3输出，接近开关传感器导通信号输入电路的输入端输入由所述测量电路从所述接近开关传感器信号端输出，其中，每一种所述的开关量输入电路，所述开关量信号经由端子P1、限流电阻和稳压二极管组成的稳压电路后再经滤波电容滤波后接型号为TLP281-4的光耦电路后输入到所述CPU；

开关量输出电路，所述CPU发出的伺服驱动器停止信号、启动信号各自分别接一个发射极接地的三极管的基极，集电极各接继电器脚5，该继电器的脚4接5V电源该继电器脚5与5V电源之间还接一个二极管，该继电器的常闭触头1和常开触头3分别经端子P9输出到伺服驱动器对应的接口；

脉冲信号输出电路，所述CPU发出的指令脉冲脉冲信号和指令符号脉冲信号分别经型号为TLP281-4的光耦后接型号为ULN2803A达林顿管，经限流电阻、端子P6输出到伺服驱动器对应接口，限流电阻后的输出分别反接另一端接正5V的二极管，外部电源经端子P6输入，为脉冲信号输出电路提供独立电源；

RS232串口通信电路，包括型号为MAX232A的RS232驱动器U17和串口CN1，所述CPU脚95发出的232_TX信号接所述RS232驱动器U17脚11，所述RS232驱动器U17脚12发出的232_RX信号接所述CPU脚96，所述RS232驱动器脚13、14输出的对应于外部的RS232通讯信号经所述串口CN1输出；

开始测试开关，采用组合开关，常开触头2串联电阻R3后连接开关量输入电路，常开触头1接12V直流电源正端304；

所述工控机采用研华工控机IPC-610Mb，与主控板通过RS232串口电缆相连；

所述伺服驱动器采用富士ALPHA5系列的RYT101D5-VV2，与主控板通过专用电缆相连，与伺服电机通过编码器电路和动力线相连；

所述伺服电机采用富士GYS101D5-RA2，与电动平移台通过联轴器相连；

所述电动平移台为微纳光科的WN102TA150M电动平移台，与主控板通过电缆相连；

所述接近开关传感器为待检测接近开关传感器，通过夹具固定在电动平移台远端，与测量电路相连；

所述标准检测体为一块尺寸为10cm*10cm*1mm、材料为A3钢的钢板，固定在电动平移台的滑块上；

所述测量电路包括漏电流测量电路、导通压降测量电路和通断信号测量电路，其中：漏电流测量电路是在接近开关传感器的信号输出端串联一100Ω高精度电阻R1，电阻R1两端接所述主控板的模拟量输入电路；导通压降测量电路是接近开关传感器的信号输出端和模式切换开关S6的第一组开关输出端分别接所述主控板的模拟量输入电路，当接近开关传感器为NPN接线方式时，模式切换开关S6的第一组开关输入端接接近开关传感器的电源正极，当接近开关传感器为PNP接线方式时，模式切换开关S6的第一组开关输入端接接近开关传感器的电源负极；通断信号测量电路是接近开关传感器的信号输出端和串接模式切换开关S6第二组开关的滑动变阻器S8分别接所述主控板的开关量输入电路，当接近开关传感器为NPN接线方式时，模式切换开关S6的第二组开关输入端接接近开关传感器的电源负极，当接近开关传感器为PNP接线方式时，模式切换开关S6的第二组开关输入端接接近开关传感器的电源正极；

所述的供电电路包括空气开关QL1、交流继电器、变压器B1、变压器B2、变压器B3、整流板PB1、整流板PB2、整流板PB3、开关S1、开关S2、开关S3、开关S4、开关S5，外部两相交流220V供电经空气开关QF1接交流接触器，开关S4、开关S5控制电路的通断，220V交流电经变压器B1、变压器B2、变压器B3电压分别降压为24V、12V、24V，又分别经整流板PB1、整流板PB2、整流板PB3整流为直流24V、12V、24V，再由开关S1、开关S2、开关S3的组合控制电路的串并联为接近开关传感器提供所需的12V、24V、36V、48V、60V工作电源，另外，供电电路分别与主控板、工控机、伺服驱动器、电动平移台和测量电路相连接，为其提供工作所需电源。