CN103776481B - 一种电涡流传感器静态自动校准系统 - Google Patents

Abstract

一种电涡流传感器静态自动校准系统，包括基座，静态标定盘，用于安装被校传感器的传感器夹具，驱动静态标定盘靠近或远离被校传感器的驱动机构，和导向静态标定盘移动的导向装置；驱动机构安装于基座内，静态标定盘通过标定盘支架安装于驱动机构上；传感器夹具固定于滑块上，基座上设有导向滑块直线滑动的导轨，滑块上安装有驱动其滑动的定转矩旋钮，定转矩旋钮与微型螺杆固定连接，定转矩旋钮穿设于挡块上，微型螺杆与微型螺母啮合，微型螺母固定于基座上，静态标定盘抵住被校传感器时，定转矩旋钮空转。本发明具有能够使被校传感器与标定盘之间的距离恰好为零，提高校准精度的优点。

Description

一种电涡流传感器静态自动校准系统

技术领域

本发明涉及测试与传感器技术领域，特别是一种电涡流传感器静态自动校准系统。

技术背景

电涡流传感器是一种非接触测量用传感器，采用感应电涡流原理。当带有高频电流的线圈靠近被测金属时，线圈上的高频电流所产生的高频电磁场便在金属表面上产生感应电流，该感应电流称为电涡流。

中国专利申请20081036312.2号披露了一种全自动电涡流传感器动/静态校验仪，包括被校探头、前置器、静态标定试件盘、静态校验探头安装支架、由步进电机驱动的线性模组、受其驱动的可移动式导轨扩展架、在导轨扩展架和线性模组上对应设置的定位档块及非机械接触式定位开关和带有触摸屏的中央控制单元，其中，静态标定试件盘设置在导轨扩展架上，静态校验探头安装支架设置在校验仪盘面上，中央控制单元和非机械接触式定位开关经步进电机驱动器与步进电机连接，被校探头经前置器与中央控制单元连接；其静态测试工作流程至少包括：A、在静态校验探头安装支架上安装好被校探头，并连接好相应的信号连接线；B、手动调整被校探头使其探头端面与静态标定试件盘表面充分接触；C、通过触摸屏设置好相邻点位移间距及扫描点数；D、启动自动静态校验程序；E、中央控制单元经步进电机驱动器控制步进电机开始运转；F、步进电机驱动安装有传感器的静态校验探头安装支架，向探头端面与静态标定盘间隙增加的方向移动；G、中央控制单元检测和记录电压输出信号值和位置，根据被校探头输出值的变化，判断其是否进入线性工作区域；H、若被校探头的输出值进入线性工作区域，进入下一步，否则，重复上述第F、G步骤；I、记录被校探头的线性起始间隙和在线性工作起始点的线性间隙电压值；J、根据预先输入的相邻点间距及扫描点数，计算步进电机的单步运行步长；K、中央控制单元按照设定的步长，控制步进电机继续运转，驱动静态校验探头安装支架向探头端面与静态标定试件盘间隙增加的方向移动至下一位移点；L、记录被校探头在该位移点的线性间隙电压值；M、中央控制单元自动记录、存储各点的间隙电压值；N、中央控制单元在显示屏上以位移为横坐标，间隙电压值为纵坐标，实时绘制、显示待校探头的静态线性特性曲线和/或灵敏度误差曲线，同时将已完成的扫描点数和/或已经完成的测试位移距离的累加；O、若扫描点数值和/或总测试位移距离达到预设定值，进入下一步，否则重复步骤K-N；P、中央控制单元计算出探头的线性起始电压、线性起始间隙、灵敏度、灵敏度误差、非线性误差，并输出格式化报表。这种校验仪的缺点在于：1、手动调节被校探头与静态标定试件盘的位置，无法确保被校传感器的探头端面与静态标定试件盘表面恰好贴合（即探头端面与静态标定试件盘的距离恰好为零），很容易出现接触不够或相互抵靠太紧的现象，降低校验精度。2、只能校验一种类型的电涡流传感器。

发明内容

为了克服现有的电涡流传感器静态校验仪无法保证被校传感器与标定盘之间的距离恰好为零的缺点，本发明提供了一种能够使被校传感器与标定盘之间的距离恰好为零，提高校准精度的电涡流传感器静态自动校准系统。

一种电涡流传感器静态自动校准系统，包括基座，静态标定盘，用于安装被校传感器的传感器夹具，驱动静态标定盘靠近或远离被校传感器的驱动机构，和导向静态标定盘移动的导向装置；驱动机构和导向装置安装于基座内，静态标定盘通过标定盘支架安装于驱动机构上；

其特征在于：传感器夹具固定于滑块上，基座上设有导向滑块直线滑动的导轨，滑块上安装有驱动其滑动的定转矩旋钮，定转矩旋钮与微型螺杆固定连接，定转矩旋钮穿设于挡块上，微型螺杆与微型螺母啮合，微型螺母固定于基座上，静态标定盘抵住被校传感器时，定转矩旋钮空转。

第一种定转矩旋钮的结构如下：定转矩旋钮包括外圈，棘轮，弹性组件和转轴；外圈一端设有容纳棘轮的容纳槽，外圈另一端与微型螺杆固定连接，例如通过花键固定连接；棘轮与外圈之间设有弹性组件，弹性组件有多个，弹性组件沿外圈的内壁均匀分布；弹性组件包括与棘轮齿接触的楔形块和设置于楔形块与外圈之间的弹性件，弹性件处于压缩状态；棘轮齿的斜面与楔形块的斜面贴合，棘轮齿的斜面和楔形块的斜面均表面粗糙；棘轮与转轴固定。转轴可以作为外力的施加对象，也可以是转轴与旋帽固定，旋帽作为外力的施加对象。

进一步，外圈上均匀的开设有多个螺纹孔，每个螺纹孔内设置一个弹性组件，每个螺纹孔的外端由螺纹塞封闭，弹性件位于螺纹塞与楔形块之间。

当静态标定盘未与被校传感器接触时，转动转轴时，由于弹性件将锲形块和棘轮压紧，作用在转轴上的扭矩不足以使锲形块滑动，外圈跟随棘轮转动，同时外圈带动微型螺杆旋转，微型螺杆带动被校传感器向靠近静态标定盘的方向平移。当静态标定盘与被校传感器贴合时，微型螺杆无法继续移动。继续增加旋转扭矩，当旋转扭矩增大到足以将锲形块缓慢压入容纳腔内时，楔形块沿棘轮齿的斜面滑动，弹性件压缩量增大，楔形块进入容纳腔内，直到楔形块与棘轮齿完全脱离，弹性件恢复原有压缩量，使锲形块与下一个棘轮齿贴合，即棘轮发生打滑，空转一个齿距。楔形块接触下一个棘轮齿时发出咔哒声，提示静态标定盘与被校传感器已贴合。

第二种定转矩旋钮的结构如下：定转矩旋钮包括旋钮本体，第一棘轮，第二棘轮，连接螺钉，弹簧和套筒；连接螺钉包括与微型螺杆固定的连接轴，与第一棘轮连接的传动轴和位于连接轴与传动轴之间的连接块；第一棘轮可滑动地套接于传动轴上，传动轴上设有第一限位块；第一棘轮和第二棘轮分别包括轮齿部和套筒部，第一棘轮的轮齿部与第二棘轮的轮齿部啮合，第一棘轮的套筒部和第二棘轮的套筒部上分别设有限位槽；第一限位块插入第一棘轮的限位槽内；旋钮本体包括旋帽，转轴和位于旋帽与转轴之间的圆形挡块，转轴上设有第二限位块，第二限位块插入第二棘轮的限位槽内；连接螺钉的连接块与套筒通过螺纹连接，弹簧位于连接螺钉的连接块与第一棘轮之间，处于压缩状态；套筒的另一端设有向内延伸的环形挡圈，圆形挡块位于套筒内，旋帽外露于套筒，圆形挡块抵紧环形挡圈。

当静态标定盘未与被校传感器接触时，转动旋帽时，转轴及其限位块带动第二棘轮旋转，由于第二棘轮与第一棘轮啮合，第一棘轮跟着第二棘轮转动，此时，传动轴及其限位块使连接螺钉跟随转动，连接螺钉使微型螺杆转动，微型螺杆一边转动一边带着被校传感器向靠近静态标定盘的方向平移。

当被校传感器与静态标定盘贴合时，微型螺杆无法继续移动。当外力产生的力矩使弹簧压缩量增大，第二棘轮相对第一棘轮滑动，第二棘轮的轮齿从第一棘轮的轮齿最底处滑向最高处时，第一棘轮的轮齿部和第二棘轮的轮齿部进入第二个啮合位置，弹簧恢复原有压缩量，第一棘轮和第二棘轮啮合，发出咔哒声，提示被校传感器与静态标定盘已贴合。

导轨采用交叉滚子导轨，以减小滑动时的摩擦力。

进一步，基座上设有固定滑块位置的锁紧装置，锁紧装置包括锁紧螺钉，锁紧支架和锁紧滑片；锁紧支架固定于基座上，锁紧螺钉通过螺旋副穿设于锁紧支架上，锁紧螺钉的头端设有把手，锁紧滑片固定于锁紧螺钉的尾端,锁紧滑片呈圆形，锁紧螺钉的尾端外露于锁紧支架；锁紧螺钉处于第一位置时，锁紧滑片与滑块有间隙；锁紧螺钉处于第二位置时，锁紧滑片压紧于滑块。当被校传感器与静态标定盘恰好贴合后，转动锁紧螺钉使其向靠近滑块的方向旋入，锁紧螺钉到达第二位置，锁紧滑片压紧滑块，滑块的位置被固定，避免校准过程中被校传感器位置发生改变。当需要调节被校传感器的位置时，使锁紧螺钉复位到第一位置，锁紧滑片与滑块之间有间隙，滑块可自由移动。

驱动机构是直线电机。标定盘支架与直线电机连接。为了确保静态标定盘沿直线运动，在基座上设置直线导轨和与直线导轨配合的连接块，标定盘支架固定于连接块上，同时连接块与直线电机的输出端固定，从而使得静态标定盘沿直线向远离或靠近被校传感器的方向移动。

或者，驱动机构包括步进电机，与步进电机连接的滚珠丝杠和传动螺母，传动螺母上固定有限制螺母转动的连接块，连接块一侧与传动螺母连接，另一侧与滑块连接。标定盘支架固定于连接块上。步进电机驱动滚珠丝杠旋转，传动螺母沿着滚珠丝杠轴向平移，从而带动静态标定盘靠近或远离被校传感器。

导向装置采用滚动导轨，导向性好、摩擦系数小、刚性高承载力大、行程长，有利于保证运动控制精度。

为了限制静态标定盘的行程区域，基座上设有第一极限位置行程开关和第二极限位置行程开关，静态标定盘在两个极限位置行程开关之间运动。当与静态标定盘连接的滚动导轨滑块或光栅尺读数头到达任意一个极限位置行程开关时，驱动机构停止动作。第一极限位置行程开关和第二极限位置行程开关分别包括霍尔开关和机械式限位开关，霍尔开关为非接触式限位开关。如果其中任何一个开关失效时，都还有另一个开关可以保证静态标定盘不超出行程范围。

为了避免驱动机构受到外界工作环境的干扰，延长驱动机构的使用寿命，将基座设置为由底座和外壳组成，驱动机构、导向装置和两种极限位置行程开关均位于底座与外壳围成的腔室内。

外壳上开设有滑槽，标定盘支架滑动于滑槽内；标定盘支架与外壳之间设有第一遮盖罩和第二遮盖罩，第一遮盖罩和第二遮盖罩分设于标定盘支架两端，两个遮盖罩分别一端与外壳固定，另一端与标定盘支架固定；两个遮盖罩分别呈风琴形；滑槽的两侧分别设有导向遮盖罩伸缩运动的导轨，标定盘支架架设于导轨之间。标定盘支架和两个遮盖罩均滑动于导轨的导槽之间。导轨呈Z形，导轨与外壳的内表面围成导槽。第一遮盖罩和第二遮盖罩完全封闭滑槽，避免灰尘落入外壳与底座围成的腔室内。

底座上设置有光栅尺，连接块上设有光栅尺读数头。本发明利用光栅尺和光栅尺读数头获得静态标定盘的位移，精确度高。底座上设有光栅尺安装板，光栅尺固定于光栅尺安装板上，读数头通过连接板固定在连接块上。第一极限位置行程开关和第二极限位置行程开关均固定于光栅尺安装板上。

进一步，传感器夹具包括与滑块固定的安装板，和用于安装传感器的支架，支架通过紧固螺钉锁紧于安装板上；支架上有用于安装平面型传感器的第一安装部和用于安装圆柱形传感器的第二安装部，第一安装部包括开设于支架上的T形槽和可滑动地设置于T形槽内的T形螺母，T形螺母上设有螺纹孔，T形螺母至少为两个；平面形传感器通过螺钉与T形螺母固定；第二安装部包括开设于支架上的圆柱形通孔，圆柱形传感器与圆柱形通孔之间设置不同尺寸的衬套，支架顶部设有螺纹孔与锁紧传感器的锁紧螺钉配合，安装板上设有与圆柱形通孔对位的腰形槽，圆柱形传感器部分位于腰形槽内。设计不同尺寸的衬套以及可滑动的T形螺母，使传感器夹具能适用于不同尺寸的传感器。

松开紧固螺钉时，支架可沿安装板上下滑动，圆柱形通孔始终与腰形槽对位。

为了导向支架滑动，支架的两侧设有L形翼板，安装板位于支架和L形翼板之间，紧固螺钉设置于L形翼板上。支架与L形翼板之间的间隙形成导向支架滑动的导槽，从而使支架只能沿安装板的侧边上下移动，确保圆柱形通孔与腰形槽始终对位。

进一步，校验时，静态标定盘与被校传感器的初始距离为,其中，是传感器线性工作段的起点，是传感器线性工作段的终点，被校传感器的测量点以静态标定盘的初始位置为中心等间隔对称分布。

进一步，校准系统具有传感器电压采集通道和传感器电流采集通道，模拟开关组选择性开启传感器电压采集通道和/或传感器电流采集通道。

本发明的有益效果在于：

1、通过定转矩旋钮能够保证静态标定盘与被校传感器的距离恰好为零，提高校验精度。

2、传感器夹具既能安装圆柱形传感器，又能安装平面型传感器，适用性广。

3、校准系统既能采集传感器输出的电压信号，又能采集传感器输出的电流信号，可校准电压输出型、电流输出型电涡流传感器以及电压电流同时输出型电涡流传感器，适用范围广。

4、校准系统能自动确定被校传感器的线性工作范围，进而精确定位被校传感器最佳安装位置。

5、测量精度高：本发明采用以光栅尺输出的位移信号作为反馈的全闭环控制系统与长行程、无回程间隙的精密滚珠丝杠以及摩擦系数小、刚性高、承载力大、行程长的滚动导轨的配合使用，使校准系统具有高的定位精度，稳定性好，系统误差小，校准精度高。

6、基座设置为由底座和外壳组成，驱动机构和两种极限位置行程开关均位于底座与外壳围成的腔室内，同时，设计遮盖罩封闭提供标定盘支架滑动的滑槽，使腔室始终处于完全封闭状态，减小了外界对校准系统的干扰作用，延长了校准系统的使用寿命。

7、量程范围大：本发明运用了直线光栅尺作为位移测量元件，测量量程范围大。本发明测量范围为0~100mm，克服了校准装置由于位移测量元件的限制所导致的只能校准短量程电涡流传感器的缺陷。

8、校准过程安全：静态校准装置在第一极限位置和第二极限位置处安装有霍尔开关和机械式限位开关。静态标定盘在两极限位置之间运动。当与静态标定盘连接的滚动导轨滑块或光栅尺读数头到达任意一个极限位置时驱动机构停止动作。如果任何一个开关失效时，都还有另一个限位开关保证静态标定盘不超出行程范围，具有双重保护作用。

附图说明

图1是本发明的示意图。

图2是本发明的结构框图。

图3是第一种定转矩旋钮与微型螺杆、微型螺母连接的示意图。

图4是第一种定转矩旋钮的立体图。

图5是第一种定转矩旋钮的轴向剖视图。

图6是第一种定转矩旋钮的径向剖视图。

图7是第二种定转矩旋钮的结构原理图。

图8是锁紧机构的示意图。

图9是驱动机构和静态标定盘安装在底座上的示意图。

图10是第一遮盖罩、第二遮盖罩与外壳和标定盘支架连接的示意图。

图11是传感器夹具安装圆柱型电涡流传感器示意图。

图12是衬套的示意图。

图13是传感器夹具安装平面型电涡流传感器示意图。

图14是电涡流传感器的静态特性曲线。

图15是被校传感器线性工作段和最佳安装位置的确定过程图。

图16为全闭环控制系统原理框图。

具体实施方式

参照附图，进一步说明本发明：

如图1、2所示，一种电涡流传感器静态自动校准系统，包括基座，静态标定盘20，用于安装被校传感器的传感器夹具，驱动静态标定盘20靠近或远离被校传感器的驱动机构和导向静态标定盘移动的导向装置；驱动机构和导向装置安装于基座内，静态标定盘20穿设于标定盘支架22上，并用锁紧螺钉21固定，标定盘支架22安装于驱动机构上；

传感器夹具固定于滑块8上，基座上设有导向滑块8直线滑动的导轨10、11，滑块8上安装有驱动其滑动的定转矩旋钮，定转矩旋钮与微型螺杆15固定连接，定转矩旋钮穿设于与挡块9上，微型螺杆15与微型螺母16啮合，微型螺母16固定于基座上，静态标定盘20抵住被校传感器时，定转矩旋钮空转。

如图3-5所示，第一种定转矩旋钮14的结构如下：定转矩旋钮包括外圈14-1，棘轮14-5，弹性组件和转轴14-6；外圈14-1一端设有容纳棘轮14-5的容纳槽，外圈14-1另一端与微型螺杆15固定连接，例如通过花键固定连接；棘轮14-5与外圈14-1之间设有弹性组件，弹性组件有多个，弹性组件沿外圈14-1的内壁均匀分布；弹性组件包括与棘轮齿接触的楔形块14-4和设置于楔形块14-4与外圈14-1之间的弹性件14-3；棘轮齿的斜面与楔形块14-4的斜面贴合，棘轮齿的斜面和楔形块14-4的斜面均表面粗糙；棘轮14-5与转轴14-6固定。转轴14-6可以作为外力的施加对象，也可以是转轴14-6与旋帽固定，旋帽作为外力的施加对象。

外圈14-1上均匀的开设有多个螺纹孔，螺纹孔上半部分带有螺纹，下半部分为通孔，形成锲形块14-4的容纳腔。每个螺纹孔内设置一个弹性件14-3，每个螺纹孔的外端由螺纹塞14-2封闭，弹性件14-3位于螺纹塞14-2与楔形块14-4之间，处于压缩状态。

当静态标定盘20未与被校传感器接触时，转动转轴14-6时，由于弹性件14-3将锲形块14-4和棘轮14-5压紧，作用在转轴14-6上的扭矩不足以使锲形块14-4滑动，外圈14-1跟随棘轮14-5转动，同时外圈14-1带动微型螺杆15旋转，微型螺杆15带动被校传感器向靠近静态标定盘20的方向平移。当静态标定盘20与被校传感器贴合时，微型螺杆15无法继续移动。旋转扭矩增大，当旋转扭矩增大到足以将锲形块14-4缓慢压入容纳腔内时，楔形块14-4沿棘轮齿的斜面滑动，弹性件14-2的压缩量增大，楔形块14-4进入容纳腔内，直到楔形块14-4与棘轮齿完全脱离，弹性件14-2恢复原有压缩量，使锲形块14-4与下一个棘轮齿贴合，即棘轮14-5发生打滑，空转一个齿距。楔形块14-4接触下一个棘轮齿时发出咔哒声，提示静态标定盘20与被校传感器已贴合。本实施例中，弹性件14-3采用柱形弹簧。

导轨采用交叉滚子导轨10、11，以减小滑动时的摩擦力。

基座上设有固定滑块位置的锁紧装置，如图8所示，锁紧装置包括锁紧支架17，锁紧螺钉18和锁紧滑片19；锁紧支架17固定于基座上，锁紧螺钉18通过螺旋副穿设于锁紧支架17上，锁紧螺钉18的头端设有把手，锁紧滑片19固定于锁紧螺钉的尾端，锁紧滑片19呈圆形，锁紧螺钉18的尾端外露于锁紧支架17；锁紧螺钉18处于第一位置时，锁紧滑片19与滑块8有间隙；锁紧螺钉18处于第二位置时，锁紧滑片19压紧于滑块8。当被校传感器与静态标定盘20恰好贴合后，转动锁紧螺钉18使其向靠近滑块8的方向旋入，锁紧螺钉18到达第二位置，锁紧滑片19压紧滑块8，滑块8的位置被固定，避免校准过程中被校传感器位置发生改变。当需要调节被校传感器的位置时，使锁紧螺钉18复位到第一位置，锁紧滑片19与滑块8之间有间隙，滑块8可自由移动。

驱动机构是直线电机。标定盘支架22与直线电机连接。为了确保静态标定盘20沿直线运动，在基座上设置直线导轨和与直线导轨配合的连接块26，标定盘支架22固定于连接块26上，同时连接块26与直线电机的输出端固定，从而使得静态标定盘20沿直线向远离或靠近被校传感器的方向移动。

当然，本领域的技术人员能够想到，驱动机构采用步进电机30和滚珠丝杠28来实现。具体来说，如图9所示，驱动机构包括步进电机30，与步进电机连接的滚珠丝杠28和传动螺母27，传动螺母27上固定有限制螺母转动的连接块26，连接块26一侧与传动螺母27连接，另一侧与滚动导轨滑块31连接。标定盘支架22固定于连接块26上。步进电机驱动滚珠丝杠28旋转，传动螺母27沿着滚珠丝杠28轴向平移，从而带动静态标定盘20靠近或远离被校传感器。

导向装置采用滚动导轨31、32，导向性好、摩擦系数小、刚性高承载力大、行程长，有利于保证运动控制精度。

如图9所示，为了限制静态标定盘20的行程区域，基座上设有第一极限位置行程开关和第二极限位置行程开关，静态标定盘在两个极限位置行程开关之间运动。当与静态标定盘20连接的滚动导轨滑块31或读数头34到达任意一个极限位置行程开关时，驱动机构停止动作。第一极限位置行程开关和第二极限位置行程开关分别包括机械式限位开关37和霍尔开关38，霍尔开关37为非接触式限位开关。如果其中任何一个开关失效时，都还有另一个开关可以保证静态标定盘20不超出行程范围。

为了避免驱动机构受到外界工作环境的干扰，延长驱动机构的使用寿命，将基座设置为由底座29和外壳13组成，驱动机构、导向装置和两种极限位置行程开关均位于底座29与外壳13围成的腔室内。

外壳13上开设有滑槽，标定盘支架22滑动于滑槽内；如图10所示，标定盘支架22与外壳13之间设有第一遮盖罩25-1和第二遮盖罩25-2，第一遮盖罩25-1和第二遮盖罩25-2分设于标定盘支架22两端，两个遮盖罩25分别一端与外壳13固定，另一端与标定盘支架22固定，两个遮盖罩25-1、25-2分别呈风琴形；滑槽的两侧分别设有导向遮盖罩伸缩运动的导轨，标定盘支架22架设于导轨之间。标定盘支架22和两个遮盖罩25均滑动于导轨的导槽之间。导轨呈Z形，导轨与外壳13的内表面围成导槽。第一遮盖罩25-1和第二遮盖罩25-2完全封闭滑槽，避免灰尘落入外壳13与底座29围成的腔室内。

底座29上设置有光栅尺35，连接块26上通过连接板33设置有光栅尺读数头34。本发明利用光栅尺读数头34和光栅尺35获得静态标定盘20的位移，精确度高。底座29上设有光栅尺安装板36，光栅尺35固定于光栅尺安装板36上。第一极限位置行程开关和第二极限位置行程开关均固定于光栅尺安装板36上。

如图11-13所示，传感器夹具包括用于固定被校传感器的锁紧螺钉1、用于安装被校传感器的支架2和与滑块固定的安装板3，支架2通过紧固螺钉6锁紧于安装板3上；支架2上有用于安装平面型传感器的第一安装部和用于安装圆柱形传感器的第二安装部，第一安装部包括开设于支架2上的T形槽和可滑动地设置于T形槽内的T形螺母7，T形螺母7上设有螺纹孔，T形螺母7至少为两个；平面形传感器通过螺钉与T形螺母7固定；第二安装部包括开设于支架2上的圆柱形通孔，圆柱形传感器与圆柱形通孔之间设置不同尺寸的衬套4，支架顶部设有螺纹孔与锁紧传感器的锁紧螺钉1配合，安装板3上设有与圆柱形通孔对位的腰形槽，圆柱形传感器部分位于腰形槽内。设计不同尺寸的衬套4和可滑动的T形螺母7，能使传感器夹具适用于不同尺寸的传感器。

松开紧固螺钉6时，支架2可沿安装板3上下滑动，圆柱形通孔始终与腰形槽对位。

为了导向支架2滑动，支架2的两侧设有L形翼板5，安装板3位于支架2和L形翼板5之间，紧固螺钉6设置于L形翼板5上。支架2与L形翼板5之间的间隙形成导向支架2滑动的导槽，从而使支架2只能沿安装板3的侧边上下移动，确保圆柱形通孔与腰形槽始终对位。

校验时，静态标定盘20与被校传感器的初始距离为,其中，是传感器线性工作段的起点，是传感器线性工作段的终点，被校传感器的测量点以静态标定盘20的初始位置为中心等间隔对称分布。

校准系统具有传感器电压采集通道和传感器电流采集通道，模拟开关组选择性开启传感器电压采集通道和/或传感器电流采集通道。

参照图14，电涡流传感器的输出与间隙的关系曲线称为间隙-电压/间隙-电流曲线，在曲线上基本接近直线的部分称之为传感器的线性范围，线性段的斜率即为电涡流传感器灵敏度，它对应于每单位间隙变化时的传感器输出的变化。传感器校准的位移范围是线性工作段起始点到线性工作段的终点之间。

由于只有理想的电涡流传感器的输出与间隙呈绝对的线性关系，实际的电涡流传感器输出与间隙在线性范围只是近似的线性关系，在线性范围的中点处线性度最小，灵敏度最高。以线性范围的中点作为校准范围的中点，在传感器的线性工作范围内，测试点选取在以线性范围的中点为中心等间隔对称分布时，校准精度更高。因此传感器最佳安装位置是其线性工作范围的中点位置，即传感器与静态标定盘间隙为处。

因此在校准传感器之前的重要工作是确定传感器的线性工作范围和传感器的最佳安装位置。如图15所示，电涡流传感器的线性工作段及最佳安装位置的确定方法如下：

（1）根据被校传感器的形状选择传感器夹具的第一安装部或第二安装部完成电涡流传感器的安装。

（2）通过定转矩旋钮使电涡流传感器与静态标定盘20之间间隙为零，同时通过电涡流传感器静态自动校准系统采集并记录此时的位移和传感器输出。

（3）以0.01mm为步长缓慢增加电涡流传感器与静态标定盘20之间的间隙，直到传感器输出值几乎不发生改变为止。电涡流传感器静态自动校准系统会自动采集每一步的位移值和传感器输出，记录测试点数N,并将数据保存到控制器中。

（4）校准系统的控制器将步骤（3）中采集的数据两端点连接，找出与连线距离最远的测试点，然后从该测试点将采集的数据分为2段。

（5）用同样的方式对已分段的数据继续分段，直到如此循环次。

（6）运用最小二乘法对各段数据进行线性拟合，求出各段数据中传感器输出随位移变化的值。

（7）将步骤（6）中数值小于0.5的剔除，比较剔除后剩余的，提取出大小相互偏差在95%以内的一组值，这组对应的位移范围即为被校传感器的线性工作范围。为电涡流传感器线性工作段起始点，为电涡流传感器线性工作段的终点。

（8）将校验时，静态标定盘20与被校传感器的初始距离设置为。

（9）在线性工作段以静态标定盘在校验时的初始位置作为校准中点，以初始位置为中心对称等间隔的取若干个测试点对传感器进行校准。

参照图16，控制器的位移信号通过通讯模块发送到计数比较器中，作为一个参考量，FPGA根据控制器指令控制步进电机驱动器的工作，步进电机30带动滚珠丝杠28旋转从而驱动静态标定盘20的直线运动，光栅尺34将采集的位移信号反馈至FPGA的计数比较器中与参考量进行比较，根据偏差的大小决定是否再次发送脉冲信号和方向信号以及脉冲信号的个数。从而达到精密控制传感器位移的目的。

校准系统具有传感器电压采集通道和传感器电流采集通道，模拟开关组选择性开启传感器电压采集通道和/或传感器电流采集通道。

在进行传感器校准时，根据被校准传感器输出信号的类型在控制器的控制界面上选择被校准传感器的类型，并通过串口通讯模块将指令传送给FPGA控制系统控制模拟开关。具体实现步骤如下：

（1）当被校准传感器为电压输出型传感器时，在控制器界面上的传感器类型中选择电压型，FPGA控制系统根据控制器的指令使模拟开关选择开启电压采集通道，采集传感器输出的电压信号，校准系统根据采集的位移、电压信号实现对电压输出型传感器的校准。

（2）当被校准传感器为电流输出型传感器时，在控制器界面上传感器类型中选择电流型，FPGA控制系统根据控制器的指令使模拟开关选择开启电流采集通道，采集传感器输出的电流信号，校准系统根据采集的位移、电流信号实现对电流输出型传感器的校准。

（3）当被校准传感器为电压电流输出型传感器时，在控制器界面上传感器类型中选择电流电压型，FPGA控制系统根据控制器指令控制模拟开关同时开启电流采集通道和电压采集通道，实现对传感器输出的电流、电压信号的同时采集。校准系统根据采集的位移、电流、电压数据对电流电压输出型传感器进行校准。

实施例2

本实施例与实施例1的区别之处在于：定转矩旋钮的具体结构不同。除定转矩旋钮以外的结构均与实施例1相同。

如图7所示，第二种定转矩旋钮的结构如下：定转矩旋钮12包括连接螺钉12-1，弹簧12-2，第一棘轮12-3，第二棘轮12-4，旋钮本体12-5和套筒12-6；连接螺钉12-1包括与微型螺杆15固定的连接轴，与第一棘轮12-3连接的传动轴和位于连接轴与传动轴之间的连接块；第一棘轮12-3可滑动地套接于传动轴上，传动轴上设有第一限位块；第一棘轮12-3和第二棘轮12-4分别包括轮齿部和套筒部，第一棘轮12-3的轮齿部与第二棘轮12-4的轮齿部啮合，第一棘轮12-3的套筒部和第二棘轮12-4的套筒部上分别设有限位槽；第一限位块插入第一棘轮12-3的限位槽内；旋钮本体12-5包括旋帽，转轴和位于旋帽与转轴之间的圆形挡块，转轴上设有第二限位块，第二限位块插入第二棘轮的限位槽内；连接螺钉12-1的连接块与套筒12-6通过螺纹连接，弹簧12-2位于连接螺钉的连接块与第一棘轮12-3之间，处于压缩状态；套筒12-6的另一端设有向内延伸的环形挡圈，圆形挡块位于套筒12-6内，旋帽外露于套筒12-6，圆形挡块抵紧环形挡圈。

当静态标定盘未与被校传感器接触时，转动旋帽时，转轴及其限位块带动第二棘轮12-4旋转，由于第二棘轮12-4与第一棘轮12-3啮合，第一棘轮12-3跟着第二棘轮12-4转动，此时，传动轴及其限位块使连接螺钉12-1跟随转动，连接螺钉12-1使微型螺杆15转动，微型螺杆15一边转动一边带着被校传感器向靠近静态标定盘22的方向平移。

当被校传感器与静态标定盘22贴合时，微型螺杆15无法继续移动。此时，外加力矩增大，当外力产生的力矩使弹簧12-2压缩量增大，第二棘轮12-4相对第一棘轮12-3滑动，第二棘轮12-4的轮齿从第一棘轮12-3的轮齿最底处滑向最高处时，第一棘轮12-3的轮齿部和第二棘轮12-4的轮齿部进入第二个啮合位置，弹簧12-2恢复原有压缩量，第一棘轮12-3和第二棘轮12-4啮合，发出咔哒声，提示被校传感器与静态标定盘22恰好贴合。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (8)

1.一种电涡流传感器静态自动校准系统，包括基座，静态标定盘，用于安装被校传感器的传感器夹具，驱动静态标定盘靠近或远离被校传感器的驱动机构，和导向静态标定盘移动的导向装置；驱动机构和导向装置安装于基座内，静态标定盘通过标定盘支架安装于驱动机构上；

其特征在于：传感器夹具固定于滑块上，基座上设有导向滑块直线滑动的导轨，滑块上安装有驱动其滑动的定转矩旋钮，定转矩旋钮与微型螺杆固定连接，定转矩旋钮穿设于挡块上，微型螺杆与微型螺母啮合，微型螺母固定于基座上，静态标定盘抵住被校传感器时，定转矩旋钮空转；

定转矩旋钮包括外圈，棘轮，弹性组件和转轴；外圈一端设有容纳棘轮的容纳槽，外圈另一端与微型螺杆固定连接；棘轮与外圈之间设有弹性组件，弹性组件有多个，弹性组件沿外圈的内壁均匀分布；弹性组件包括与棘轮齿接触的楔形块和设置于楔形块与外圈之间的弹性件；棘轮齿的斜面与楔形块的斜面贴合，棘轮齿的斜面和楔形块的斜面均表面粗糙；棘轮与转轴固定。

2.如权利要求1所述的电涡流传感器静态自动校准系统，其特征在于：外圈上均匀的开设有多个螺纹孔，每个螺纹孔内设置一个弹性组件，每个螺纹孔的外端由螺纹塞封闭，弹性件位于螺纹塞与楔形块之间。

3.如权利要求2所述的电涡流传感器静态自动校准系统，其特征在于：基座上设有固定滑块位置的锁紧装置，锁紧装置包括锁紧螺钉，锁紧支架和锁紧滑片；锁紧支架固定于基座上，锁紧螺钉通过螺旋副穿设于锁紧支架上，锁紧螺钉的头端设有把手，锁紧滑片固定于锁紧螺钉的尾端,锁紧滑片呈圆形，锁紧螺钉的尾端外露于锁紧支架；锁紧螺钉处于第一位置时，锁紧滑片与滑块有间隙；锁紧螺钉处于第二位置时，锁紧滑片压紧于滑块。

4.如权利要求3所述的电涡流传感器静态自动校准系统，其特征在于：基座上设有第一极限位置行程开关和第二极限位置行程开关，静态标定盘在两个极限位置行程开关之间运动。

5.如权利要求4所述的电涡流传感器静态自动校准系统，其特征在于：基座由底座和外壳组成，驱动机构、导向装置和两个极限位置行程开关均位于底座与外壳围成的腔室内；

外壳上开设有滑槽，标定盘支架滑动于滑槽内；标定盘支架与外壳之间设有第一遮盖罩和第二遮盖罩，第一遮盖罩和第二遮盖罩分设于标定盘支架两端，两个遮盖罩分别一端与外壳固定，另一端与标定盘支架固定；两个遮盖罩分别呈风琴形；滑槽的两侧分别设有导向遮盖罩伸缩运动的导轨，标定盘支架架设于导轨之间；标定盘支架和两个遮盖罩均滑动于导轨的导槽之间；导轨呈Z形，导轨与外壳的内表面围成导槽；底座上设置光栅尺，连接块上设置光栅尺读数头。

6.如权利要求5所述的电涡流传感器静态自动校准系统，其特征在于：传感器夹具包括与滑块固定的安装板，和用于安装传感器的支架，支架通过紧固螺钉锁紧于安装板上；安装板上用于安装平面型传感器的第一安装部和用于安装圆柱形传感器的第二安装部，第一安装部包括开设于支架上的T形槽和可滑动地设置于T形槽内的T形螺母，T形螺母上设有螺纹孔，T形螺母至少为两个；平面形传感器通过螺钉与T形螺母固定；第二安装部包括开设于支架上的圆柱形通孔，圆柱形传感器与圆柱形通孔之间设置衬套，支架顶部设有锁紧传感器的锁紧螺钉，安装板上设有与圆柱形通孔对位的腰形槽，圆柱形传感器部分位于腰形槽内；支架的两侧设有L形翼板，安装板位于支架和L形翼板之间，紧固螺钉设置于L形翼板上。

7.如权利要求6所述的电涡流传感器静态自动校准系统，其特征在于：校验时，静态标定盘与被校传感器的初始距离为,其中，是传感器线性工作段的起点，是传感器线性工作段的终点，被校传感器的测量点以静态标定盘的初始位置为中心等间隔对称分布。

8.如权利要求7所述的电涡流传感器静态自动校准系统，其特征在于：校准系统具有传感器电压采集通道和传感器电流采集通道，模拟开关组选择性开启传感器电压采集通道和/或传感器电流采集通道。