CN103558026A - 机械传动系统高频碰撞的超高速光电摄影系统测试平台 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种机械传动系统高频碰撞的超高速光电摄影系统测试平台，涉及高速摄像领域。包括触发模块，所述触发模块连接高速摄像机，当机械传动系统高频碰撞时，所述触发模块根据机械传动系统碰撞物体的应变力变化、碰撞物体之间的位移变化以及碰撞物体之间的电流三者之一向高速摄像机发送触发信号，控制高速摄像机对高频碰撞进行拍摄。
Description
技术领域
本发明涉及高速摄像领域，尤其涉及一种机械传动系统高频碰撞的超高速光电摄影系统测试平台。
背景技术
制动器内齿与外齿之间碰撞最高可达到几百赫兹，其变形的变化幅度较大，小的可能仅有1μm，大的也可能达到1-10mm。
同时，由于外齿和内齿等又是在2000rpm-6000rpm中变速运行，且外齿与内齿之间存在相对运动(来回碰撞)，要捕获其碰撞过程及变形的详细信息，非常困难，已成为我国该领域的一大难题，迫切需要予以解决。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种机械传动系统高频碰撞的超高速光电摄影系统测试平台。
为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种机械传动系统高频碰撞的超高速光电摄影系统测试平台，其特征在于，包括触发模块，所述触发模块连接高速摄像机，当机械传动系统高频碰撞时，所述触发模块根据机械传动系统碰撞物体的应变力变化、碰撞物体之间的位移变化以及碰撞物体之间的电流三者之一向高速摄像机发送触发信号，控制高速摄像机对高频碰撞进行拍摄。
所述机械传动系统高频碰撞的超高速光电摄影系统测试平台，优选的，包括：所述触发模块为应变触发模块，所述应变触发模块包括应变片和应变触发电路，机械传动系统的内齿和外齿之间的非碰撞部位设置应变片，所述应变片与应变触发电路电连接，由应变片发送应变触发信号给应变触发电路，应变触发电路连接高速摄像机，由应变触发电路控制高速摄像机对机械传动系统的内齿和外齿的高频碰撞进行拍摄。
所述机械传动系统高频碰撞的超高速光电摄影系统测试平台，优选的，机械传动系统的内齿和外齿之间的内齿处放置应变片。
所述机械传动系统高频碰撞的超高速光电摄影系统测试平台，优选的，所述应变触发电路包括：应变力触发模块，其中应变力触发模块包括压电传感器、运算放大器、比较器、固定电阻和可调电位器，所述压电传感器连接运算放大器，经过放大器放大到一定信号幅度，运算放大器实现前端微弱信号的前置放大；所述运算放大器连接比较器，所述固定电阻和可调电位器并联之后连接高速比较器输入端。
所述机械传动系统高频碰撞的超高速光电摄影系统测试平台，优选的，所述触发模块为位移触发转换模块，所述位移触发转换模块包括位移检测模块、触发转换电路和第一控制电路，
所述位移检测模块安装在所述机械传动系统的内齿和外齿之间的非碰撞部位，所述位移检测模块用于检测所述内齿和外齿之间的位移并将所述位移信号传输给所述触发转换电路，所述触发转换电路将位移信号转换为电信号并传输给第一控制电路，由第一控制电路对高速摄像机进行控制。
所述机械传动系统高频碰撞的超高速光电摄影系统测试平台，优选的，所述触发模块为电流触发模块，所述电流触发模块包括应变片、电流触发电路和第二控制电路，
所述电流触发电路连接应变片，由应变片对电流触发电路发送应变信号，所述电流触发电路将所述应变信号转换为电流信号并发送给第二控制电路，所述第二控制电路对高速摄像机进行控制。
所述机械传动系统高频碰撞的超高速光电摄影系统测试平台，优选的，所述机械传动系统包括：电动机、联轴器、传动轴、凸轮、外齿和内齿；
所述电动机带动联轴器，控制传动轴工作，传动轴连接凸轮，凸轮控制外齿和内齿进行冲击碰撞。
所述机械传动系统高频碰撞的超高速光电摄影系统测试平台，优选的，还包括：信息处理装置，所述信息处理装置连接高速摄像机主机，高速摄像机拍摄的碰撞图像由信息处理装置进行图像处理，
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
运用本发明监测机械传动系统的高频碰撞过程：通过直接拍摄外齿与内齿之间的碰撞过程，准确获得外齿与内齿间的变形大小、碰撞位置以及边界条件等重要碰撞信息，为研究获取传动系统的碰撞变形和破坏机理，解决高速旋转条件下的传动系统的高频碰撞问题提供行之有效的，简单可靠的方法，并促进新一代的机械传动系统的设计开发和促进具有实用价值的超高速光电摄影测试系统。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明机械传动系统高频碰撞的超高速光电摄影系统测试平台结构示意图；
图2是本发明机械传动系统高频碰撞的超高速光电摄影系统测试平台高速光电摄影测试系统原理框图；
图3是本发明机械传动系统高频碰撞的超高速光电摄影系统测试平台应变力触发模块的压电传感器结构；
图4是本发明机械传动系统高频碰撞的超高速光电摄影系统测试平台应变力触发模块的前置放大电路结构；
图5是本发明机械传动系统高频碰撞的超高速光电摄影系统测试平台应变力触发模块的比较器结构。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
本发明公开了一种可测试机械传动系统高频碰撞的超高速光电摄影系统测试平台，利用超高速光电摄影测量系统，通过直接机械传动系统的碰撞过程，从而准确的获得外齿与内齿间的变形大小、碰撞位置以及边界条件等重要碰撞信息，为研究获取传动系统的碰撞变形和破坏机理，解决高速旋转条件下的传动系统的高频碰撞问题提供行之有效的，简单可靠的方法，并促进新一代的机械传动系统的设计开发和促进具有实用价值的超高速光电摄影测试系统。
如图1所示，通过外齿与内齿碰撞系统可以实现不同能量和不同频率的碰撞过程的模拟，通过超高速摄像机测试系统从多个测点同时准确记录传动系统在高速旋转并伴随着速度波动条件下的来回高频碰撞过程，及碰撞位置和冲击频率等信息。
外齿与内齿碰撞试验系统：外齿与内齿碰撞试验台架如图2所示。该试验台架电机通过联轴节驱动安装在轴端部的多线程凸轮旋转，凸轮旋转一周，冲击摆杆与外齿实现多次碰撞，然后通过变频电机可以调整碰撞频率。通过多线程凸轮与变频电机相结合、使用不同模数齿的方式，满足了不同碰撞能量、不同碰撞频率的多工况要求。
超高速摄像系统触发脉冲的电平要求为5V的TTL电平，其低电平为0.8v以下，高电平为2v以上，所以要触发超高速摄像系统需要前端触发模块常态时输出为0.8v以下的低电平，在正常触发时输出至少2v的高电平。因为采用图3所示的压电传感器输出的信号幅度较小，只有毫伏量级，需要经过放大器放大到一定信号幅度，然后由比较器将放大后的模拟信号与参考电压比较产生一个满足5V的TTL电平标准的脉冲。
放大电路如图4所示，采用高共模抑制比的仪表运算放大器实现前端微弱信号的前置放大，通过调节增益电阻Rg可以实现对输入信号上百倍的放大，从而将压电传感器输出信号放大到数百毫伏量级。
将上述放大后的信号转换为TTL电平具体电路如图5所示，采用高速比较器实现。参考电压Vref经固定电阻R1和可调电位器分压后接入比较器输入端（IN-）,通过调节可调电位器R2可以设置比较器一端的输入参考电压，当施加在比较器另一端（IN+）的Vout1信号电压高于该参考电压时，比较器输出信号S_trig为高电平（5V），实现对超高速摄像系统系统的触发；当Vout1输出电压低于该参考电压时，比较器输出信号S_trig为低电平（0V），不能触发超高速摄像系统。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种机械传动系统高频碰撞的超高速光电摄影系统测试平台，其特征在于，包括触发模块，所述触发模块连接高速摄像机，当机械传动系统高频碰撞时，所述触发模块根据机械传动系统碰撞物体的应变力变化、碰撞物体之间的位移变化以及碰撞物体之间的电流三者之一向高速摄像机发送触发信号，控制高速摄像机对高频碰撞进行拍摄。
2.根据权利要求1所述机械传动系统高频碰撞的超高速光电摄影系统测试平台，其特征在于，包括：所述触发模块为应变触发模块，所述应变触发模块包括应变片和应变触发电路，机械传动系统的内齿和外齿之间的非碰撞部位设置应变片，所述应变片与应变触发电路电连接，由应变片发送应变触发信号给应变触发电路，应变触发电路连接高速摄像机，由应变触发电路控制高速摄像机对机械传动系统的内齿和外齿的高频碰撞进行拍摄。
3.根据权利要求2所述机械传动系统高频碰撞的超高速光电摄影系统测试平台，其特征在于，机械传动系统的内齿和外齿之间的内齿处放置应变片。
4.根据权利要求2所述机械传动系统高频碰撞的超高速光电摄影系统测试平台，其特征在于，所述应变触发电路包括：应变力触发模块，其中应变力触发模块包括压电传感器、运算放大器、比较器、固定电阻和可调电位器，所述压电传感器连接运算放大器，经过放大器放大到一定信号幅度，运算放大器实现前端微弱信号的前置放大；所述运算放大器连接比较器，所述固定电阻和可调电位器并联之后连接高速比较器输入端。
5.根据权利要求1所述机械传动系统高频碰撞的超高速光电摄影系统测试平台，其特征在于，所述触发模块为位移触发转换模块，所述位移触发转换 模块包括位移检测模块、触发转换电路和第一控制电路，
所述位移检测模块安装在所述机械传动系统的内齿和外齿之间的非碰撞部位，所述位移检测模块用于检测所述内齿和外齿之间的位移并将所述位移信号传输给所述触发转换电路，所述触发转换电路将位移信号转换为电信号并传输给第一控制电路，由第一控制电路对高速摄像机进行控制。
6.根据权利要求1所述机械传动系统高频碰撞的超高速光电摄影系统测试平台，其特征在于，所述触发模块为电流触发模块，所述电流触发模块包括应变片、电流触发电路和第二控制电路，
所述电流触发电路连接应变片，由应变片对电流触发电路发送应变信号，所述电流触发电路将所述应变信号转换为电流信号并发送给第二控制电路，所述第二控制电路对高速摄像机进行控制。
7.根据权利要求1所述机械传动系统高频碰撞的超高速光电摄影系统测试平台，其特征在于，所述机械传动系统包括：电动机、联轴器、传动轴、凸轮、外齿和内齿；
所述电动机带动联轴器，控制传动轴工作，传动轴连接凸轮，凸轮控制外齿和内齿进行冲击碰撞。
8.根据权利要求1所述机械传动系统高频碰撞的超高速光电摄影系统测试平台，其特征在于，还包括：信息处理装置，所述信息处理装置连接高速摄像机主机，高速摄像机拍摄的碰撞图像由信息处理装置进行图像处理。
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