CN105865709A - 一种摆锤式冲击波压力传感器现场校准装置 - Google Patents

Abstract

本申请步进电机与蜗杆轴连接，蜗轮安装在蜗轮轴上，蜗轮轴后轴承座上有电磁离合器，电磁离合器与蜗轮轴和摆杆轴连接，摆杆轴前轴承座上有旋转编码器，旋转编码器和摆杆轴安装在一起，摆杆轴末端安装有摆杆，旋转编码器设有制动块，制动块安装在制动摆杆的一端，制动摆杆的另一端有偏心轮滑块，偏心轮在偏心轮滑块下方，偏心轮一侧连有偏心轮手柄，制动块安装有凸轮，凸轮滑块底座上安装有凸轮滑块，制动摆杆上安装有曲柄，曲柄和连杆相连接，连杆的另一端安装有滑块，滑块同时安装在滑块导杆上，摆杆的另一端有造压油缸。本发明校准装置通过摆锤撞击造压油缸产生峰值范围在0.1MPa~10MPa的半正弦压力脉冲，从而实现冲击波压力传感器的现场校准。

Description

一种摆锤式冲击波压力传感器现场校准装置

技术领域

本发明涉及计量校准装备领域，特别是涉及一种摆锤式冲击波压力传感器现场校准装置。

背景技术

在进行冲击波压力测试时，一方面为抑制或减小寄生效应，需对传感器采取必要的防护措施，如隔热、防震、抗冲击，导致实际使用的传感器组件的等效质量或等效刚度发生变化。另一方面，传感器长期使用后灵敏度会发生偏移，导致组建的冲击波压力测试系统的工作特性参数存在很大的不确定性。因此，在实际冲击波压力测试前，对测量系统进行校准必不可少。

对于冲击波压力测试常用的ICP型或压电式高阻输出型传感器，由于这类传感器构成的测量系统无法保证其时间常数达到无穷大，导致系统的低频特性不够理想，采用静态标定时会出现漂移等现象，因此静态标定无法确保该类传感器系统灵敏度的准确性。同时，由于静态标定加载时间长，会直接影响到传感器的使用寿命。动态校准主要采用激波管作为压力源，由于目前所有的激波管所产生的阶跃压力时间不能达到无穷大，因此用激波管校准无法获取冲击波压力测量系统的低频特性。

准静态校准是利用落锤液压校准装置产生类似于半正弦的压力激励源对传感器进行校准。半正弦信号的有效频谱从零频开始并且具有一定的有效频带，能充分激发传感系统DC~1kHz的低频模态。落锤液压校准系统可用于冲击波压力测量系统的准静态校准，该方法为冲击波测量系统的校准提供了一种实用可行的激励源。但是现有的落锤液压校准装置产生的压力脉冲峰值均大于10MPa，而要实现0.1MPa~10MPa范围的压力，校准装置中要采用二次锤的方案，而二次锤释放及接锤不能像一次锤一样可实现自动接锤功能，且无导向，从而导致锤体在打击精密活塞时可能会出现偏心及多次打击的可能性，产生的压力波形和半正弦波形有极大差异。其次，由于落锤液压校准装置产生的压力峰值较大，甚至达到GPa级别，因此落锤液压校准装置结构复杂，体积笨重，不宜实现野外现场校准。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明提供一种摆锤式冲击波压力传感器现场校准装置，该校准装置基于液压校准的原理，通过摆锤撞击造压油缸产生峰值范围在0.1MPa~10MPa的半正弦压力脉冲，从而实现冲击波压力传感器的现场校准，为达此目的，本发明提供一种摆锤式冲击波压力传感器现场校准装置，所述摆锤式冲击波压力传感器现场校准装置安装在基座上，包括步进电机、蜗轮、蜗轮轴、电磁离合器、旋转编码器、摆杆轴、摆杆、造压油缸、制动块、制动摆杆、偏心轮、偏心轮滑块、偏心轮手柄、凸轮、凸轮滑块、凸轮滑块弹簧、曲柄、连杆、滑块、滑块导杆和滑块弹簧，所述步进电机通过联轴器与蜗杆轴连接，所述蜗杆轴由蜗杆轴前轴承座和蜗杆轴后轴承座支撑，所述蜗轮安装在蜗轮轴上，所述蜗轮轴通过蜗轮轴前轴承座和蜗轮轴后轴承座支撑，所述蜗轮轴后轴承座上还装有电磁离合器，所述电磁离合器的主动部分与蜗轮轴相连接，所述电磁离合器的从动部分与摆杆轴连接，所述摆杆轴由摆杆轴前轴承座和摆杆轴后轴承座支撑，所述摆杆轴前轴承座上还装有旋转编码器，所述旋转编码器和摆杆轴通过过盈配合方式安装在一起，所述摆杆轴的最后段安装有摆杆，所述旋转编码器的后方设有制动块，所述制动块安装在制动摆杆的一端，所述制动摆杆的另一端安装有偏心轮滑块，所述偏心轮通过支架安装在偏心轮滑块下方，所述偏心轮滑块始终与偏心轮相接触，所述偏心轮一侧连有偏心轮手柄，所述制动块的后方安装有凸轮，在制动摆杆的同一侧安装有凸轮滑块底座，所述凸轮滑块底座上安装有凸轮滑块，所述凸轮滑块上安装有凸轮滑块弹簧，所述凸轮滑块始终与凸轮相接触，所述制动摆杆的中间支撑点上安装有曲柄，所述曲柄和连杆相连接，当曲柄和连杆呈非相交共线时，所述曲柄和连杆的连接点与凸轮滑块在同一水平高度，所述连杆的另一端安装有滑块，所述滑块同时安装在滑块导杆上，并且滑块和滑块导杆之间安装有滑块弹簧，所述滑块导杆下端固定在固定架上，所述摆杆的另一端有造压油缸，所述造压油缸安装在在基座上，当滑块弹簧处于自由状态时，滑块在滑块弹簧作用下的高度高于造压油缸的最高点。

本发明的进一步改进，所述摆杆通过螺母与摆杆轴的最后段相连，本发明摆杆与摆杆轴之间通过螺母相连。

本发明的进一步改进，所述凸轮的后方安装有防二次撞击杆，所述防二次撞击杆的轴线和凸轮的最高点和凸轮圆心所形成的直线在同一平面上，主要用于防止摆杆再次撞击造压油缸。

本发明相比现有的落锤液压准静态校准装置，本发明提供的一种摆锤式冲击波压力传感器现场校准装置能有产生峰值范围为0.1MPa~10MPa的半正弦压力脉冲。其次，本发明提供的校准装置具有自动和手动工作的功能，能够实现摆锤的提升、定位、自由摆动、防止二次撞击等功能，且体积小、质量轻，方便运输及野外现场校准。

附图说明

图1为本发明自动校准结构示意图；

图2为本发明手动制动部分结构示意图；

图3为本发明防二次撞击结构示意图；

图示说明：

1、步进电机；2、联轴器；3、蜗杆轴前轴承座；4、蜗杆轴；5、蜗杆轴后轴承座；6、蜗轮轴前轴承座；7、蜗轮；8、蜗轮轴；9、蜗轮轴后轴承座；10、电磁离合器；11、摆杆轴前轴承座；12、旋转编码器；13、摆杆轴；14、摆杆轴后轴承座；15、摆杆；16、造压油缸；17、螺母；18、制动块；19、制动摆杆；20、偏心轮；21、偏心轮滑块；22、偏心轮手柄；23、凸轮；24、凸轮滑块；25、凸轮滑块弹簧；26、凸轮滑块底座；27、曲柄；28、连杆；29、滑块；30、滑块导杆；31、滑块弹簧；32、固定架；33、防二次撞击杆。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

本发明提供一种摆锤式冲击波压力传感器现场校准装置，该校准装置基于液压校准的原理，通过摆锤撞击造压油缸产生峰值范围在0.1MPa~10MPa的半正弦压力脉冲，从而实现冲击波压力传感器的现场校准。

本发明如图1-3所示主要包括：步进电机1、联轴器2、蜗杆轴前轴承座3、蜗杆轴4、蜗杆轴后轴承座5、蜗轮轴前轴承座6、蜗轮7、蜗轮轴8、蜗轮轴后轴承座9、电磁离合器10、摆杆轴前轴承座11、旋转编码器12、摆杆轴13、摆杆轴后轴承座14、摆杆15、造压油缸16、螺母17、制动块18、制动摆杆19、偏心轮20、偏心轮滑块21、偏心轮手柄22、凸轮23、凸轮滑块24、凸轮滑块弹簧25、凸轮滑块底座26、曲柄27、连杆28、滑块29、滑块导杆30、滑块弹簧31、固定架32和防二次撞击杆33。

本发明步进电机1通过联轴器2与蜗杆轴4连接，蜗杆轴4由蜗杆轴前轴承座3和蜗杆轴后轴承座5支撑，蜗杆轴4的蜗杆部分与轴为一个整体。蜗轮7安装在蜗轮轴8上，蜗轮轴通过蜗轮轴前轴承座6和蜗轮轴后轴承座9支撑，蜗轮轴后轴承座9上还装有电磁离合器10，电磁离合器10的主动部分与蜗轮轴8相连接，从动部分与摆杆轴13连接。摆杆轴由摆杆轴前轴承座11和摆杆轴后轴承座14支撑，在摆杆轴前轴承座11上还装有旋转编码器12，旋转编码器12和摆杆轴13采用过盈配合的方式安装在一起，用于测量摆杆15的提升角度。旋转编码器12的后方设有制动块18，制动块18安装在制动摆杆19的一端，制动摆杆19的另一端安装有偏心轮滑块21，偏心轮滑块21始终与偏心轮20相接触。制动块18的后方安装有凸轮23，在制动摆杆19的同一侧安装有凸轮滑块底座26，凸轮滑块底座上安装有凸轮滑块24，并在凸轮滑块24上安装有凸轮滑块弹簧25，凸轮滑块弹簧的作用是使凸轮滑块24始终与凸轮23相接触。凸轮23的后方安装有防二次撞击杆33，并且防二次撞击杆33的轴线和凸轮23的最高点和凸轮圆心所形成的直线在同一平面上，即防二次撞击杆33始终指向凸轮23的最高处。

本发明在制动摆杆19的中间支撑点上安装有曲柄27，曲柄27和连杆28相连接，并且当曲柄27和连杆28呈非相交共线时，曲柄27和连杆28的连接点与凸轮滑块24在同一水平高度。连杆28的另一端安装有滑块29，滑块29同时安装在滑块导杆30上，并且滑块29和滑块导杆30之间安装有滑块弹簧31，用于推动滑块29向上移动。摆杆轴13的最后段安装有摆杆15，摆杆15的轴线和防二次撞击杆33的轴线在同一平面内。造压油缸16安装在基座上，并且位于摆杆15的另一端，并且当滑块弹簧31处于自由状态时，滑块29在滑块弹簧31作用下的高度高于造压油缸16的最高点。

本发明摆锤式冲击波压力传感器现场校准装置工作时分为两种工况，分别为自动校准和手动校准。

自动校准时通过控制系统控制电磁离合器10闭合，并通过步进电机1驱动蜗杆轴4，通过蜗轮蜗杆减速系统和电磁离合器10，带动摆杆轴13转动，从而达到提升摆杆15的目的。摆杆15的提升角度通过旋转编码器12获得。当摆杆15到达预设角度之后，步进电机1停止转动，控制系统松开电磁离合器10，使摆杆轴13和蜗轮轴8分离，摆杆15在重力作用下自由摆动并最终撞击在造压油缸16上，从而由造压油缸产生半正弦压力脉冲。摆杆15在撞击之后将会反弹，控制系统实时读取编码器12的角度，当旋转编码器12的输出角度由大减小至零并又开始增大时，将电磁离合器10闭合，由于蜗轮蜗杆减速系统具有自锁效应，摆杆15在反弹之后将不会再次下落，从而达到防止二次撞击的目的。

手动校准时，电磁离合器10是这个处于分离状态。手动提升摆杆15，摆杆15的提升角度可由预设在外壳上的角度刻度盘读出，当摆杆15到达预设角度之后，转动偏心轮手柄22，使偏心轮20的几何中心、旋转中心以及与偏心轮滑块21的接触点三点共线，形成自锁状态。随着偏心轮滑块21向上运动，制动块18将向下运动，并作用在摆杆轴13上，通过摩擦力将摆杆轴13锁紧。另一方面手动旋转曲柄27，使其与连杆28共线，滑块29向下运动，滑块弹簧31被压缩。由于曲柄27和连杆28共线，由曲柄、连杆、滑块组成的曲柄滑块机构处于自锁状态，滑块29将始终处于水平最低的位置。转动偏心轮手柄22，使得制动块18与摆杆轴13脱离，摆杆15在重力作用下自由摆动并撞击在造压油缸16上，从而产生半正弦压力脉冲。在摆杆15向下摆动时，凸轮23也向下转动，并带动凸轮滑块24向曲柄和连杆的方向运动，当摆杆撞击造压油缸时，凸轮滑块24与曲柄和连杆的连接点相接触，并在凸轮滑块24的作用下使曲柄滑块机构脱离自锁状态，滑块29在滑块弹簧31的作用下迅速向上运动，此时摆杆15也在撞击后向上运动。由于滑块29在滑块弹簧31的作用下最终高度高于造压油缸16的最高点，滑块29将支撑住防二次撞击杆33，防止摆杆15再次撞击造压油缸16。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。

Claims (3)

1.一种摆锤式冲击波压力传感器现场校准装置，所述摆锤式冲击波压力传感器现场校准装置安装在基座上，包括步进电机（1）、蜗轮（7）、蜗轮轴（8）、电磁离合器（10）、旋转编码器（12）、摆杆轴（13）、摆杆（15）、造压油缸（16）、制动块（18）、制动摆杆（19）、偏心轮（20）、偏心轮滑块（21）、偏心轮手柄（22）、凸轮（23）、凸轮滑块（24）、凸轮滑块弹簧（25）、曲柄（27）、连杆（28）、滑块（29）、滑块导杆（30）和滑块弹簧（31），其特征在于：所述步进电机（1）通过联轴器（2）与蜗杆轴（4）连接，所述蜗杆轴（4）由蜗杆轴前轴承座（3）和蜗杆轴后轴承座（5）支撑，所述蜗轮（7）安装在蜗轮轴（8）上，所述蜗轮轴（8）通过蜗轮轴前轴承座（6）和蜗轮轴后轴承座（9）支撑，所述蜗轮轴后轴承座（9）上还装有电磁离合器（10），所述电磁离合器（10）的主动部分与蜗轮轴（8）相连接，所述电磁离合器（10）的从动部分与摆杆轴（13）连接，所述摆杆轴（13）由摆杆轴前轴承座（11）和摆杆轴后轴承座（14）支撑，所述摆杆轴前轴承座（11）上还装有旋转编码器（12），所述旋转编码器（12）和摆杆轴（13）通过过盈配合方式安装在一起，所述摆杆轴（13）的最后段安装有摆杆（15），所述旋转编码器（12）的后方设有制动块（18），所述制动块（18）安装在制动摆杆（19）的一端，所述制动摆杆（19）的另一端安装有偏心轮滑块（21），所述偏心轮（20）通过支架安装在偏心轮滑块（21）下方，所述偏心轮滑块（21）始终与偏心轮（20）相接触，所述偏心轮（20）一侧连有偏心轮手柄（22），所述制动块（18）的后方安装有凸轮（23），在制动摆杆（19）的同一侧安装有凸轮滑块底座（26），所述凸轮滑块底座（26）上安装有凸轮滑块（24），所述凸轮滑块（24）上安装有凸轮滑块弹簧（25），所述凸轮滑块（24）始终与凸轮（23）相接触，所述制动摆杆（19）的中间支撑点上安装有曲柄（27），所述曲柄（27）和连杆（28）相连接，当曲柄（27）和连杆（28）呈非相交共线时，所述曲柄（27）和连杆（28）的连接点与凸轮滑块（24）在同一水平高度，所述连杆（28）的另一端安装有滑块（29），所述滑块（29）同时安装在滑块导杆（30）上，并且滑块（29）和滑块导杆（30）之间安装有滑块弹簧（31），所述滑块导杆（30）下端固定在固定架（32）上，所述摆杆（15）的另一端有造压油缸（16），所述造压油缸（16）安装在在基座上，当滑块弹簧（31）处于自由状态时，滑块（29）在滑块弹簧（31）作用下的高度高于造压油缸（16）的最高点。

2.根据权利要求1所述的一种摆锤式冲击波压力传感器现场校准装置，其特征在于：所述摆杆（15）通过螺母（17）与摆杆轴（13）的最后段相连。

3.根据权利要求1所述的一种摆锤式冲击波压力传感器现场校准装置，其特征在于：所述凸轮（23）的后方安装有防二次撞击杆（33），所述防二次撞击杆（33）的轴线和凸轮（23）的最高点和凸轮圆心所形成的直线在同一平面上。