CN106033221A - 一种振动式传感器标定系统及其角度调节装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种振动式传感器标定系统及其角度调节装置，该角度调节装置包括底座、用于测量振动台相对于水平面振动台倾斜角度的角度测量元件、用于驱动振动台相对于底座转动的驱动装置和控制单元，该控制单元预存传感器相对于水平面的传感器倾斜角度，并当振动台倾斜角度与传感器倾斜角度不相等时，控制驱动装置推动振动台相对于底座转动至两者相等。显然，具有该角度调节装置的振动式传感器标定系统，高度模拟传感器在设备上的实际安装位置及工况，充分考虑了传感器相对于水平面的倾斜角度对其测试灵敏度的影响，从而提高了其标定精度，进而提高了传感器的检测精度。在此基础上，本发明还公开了一种振动式传感器标定系统的角度调节方法。

Description

一种振动式传感器标定系统及其角度调节装置和方法

技术领域

本发明涉及传感器标定技术领域，特别涉及一种振动式传感器标定系统及其角度调节装置和方法。

背景技术

核电站具有众多的管路和水泵，其中水泵属于核级部件，是核电系统的核心部件之一。管路和水泵的正常运转，对核电反应堆的日常运行至关重要。管路和水泵的振动状态需要采用传感器实时监控以确保安全，因此传感器的灵敏度是保障监控准确性的重要因素。

振动式传感器标定系统是一种模拟设备振动工况并用于标定传感器的系统，包括用于模拟设备振动工况的振动台、标准传感器和用于数据采集、分析及显示的控制单元。

接下来，结合说明书附图中图1，以电磁式振动台为例来介绍振动式传感器标定系统的具体结构及工作原理。

由图1可知，电磁式振动台1包括壳体11、固定于壳体11内的铁芯12，以及缠绕于该铁芯12上并与电源14和整流元件15串联形成电流回路的电磁线圈13，还包括通过压缩弹簧17弹性连接于壳体11内的衔铁16，以及固定于该衔铁16的测试平台18。

电流回路导通时，测试平台18随衔铁16在电磁线圈13电磁力作用下克服压缩弹簧17的弹性力向下发生一定位移；反之，电流回路断开时，电磁线圈13的电磁力消失，衔铁16带动测试平台18在压缩弹簧17的弹性力作用下向上移动。如此通过控制电流回路通断频率及通入电压大小，来模拟传感器实际工作过程中的周期性垂直振动形式和振动量。

标定传感器时，标准传感器和待标定传感器垂直固定于测试台上表面，控制电磁式振动台模拟待标定传感器使用过程中的振动模式，再分别比较标准传感器和待标定传感器的相关参数，最后根据比较结果调整待标定传感器的相关参数。

然而，在实际使用过程中，并非所有传感器的安装位置均与水平面垂直，而大部分传感器是以水平面呈一定角度安装于设备上。因此，上述振动式传感器标定系统并无法模拟所有传感器实际工况，致使其标定结果存在失真问题，继而影响到传感器的灵敏度。

有鉴于此，在传感器标定过程中考虑其实际安装角度对其灵敏度的影响，继而提高校准精度，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

针对上述缺陷，本发明的核心目的在于，提供一种振动式传感器标定系统的角度调节装置和方法，以在传感器标定过程中考虑其实际安装角度对其灵敏度的影响，继而提高校准精度。在此基础上，本发明还提供一种包括该角度调节装置的振动式传感器标定系统。

本发明所提供的一种振动式传感器标定系统的角度调节装置，包括：

底座，用于铰接所述振动式传感器标定系统的振动台；

角度测量元件，安装于所述振动台上，用于实时获取振动台倾斜角度，所述振动台倾斜角度是指所述振动台相对于水平面的倾斜角度；

驱动装置，用于驱动所述振动台绕铰点相对于所述底座转动；

控制单元，预存传感器倾斜角度，并判断所述传感器倾斜角度与所述振动台倾斜角度是否相等，若否，则控制所述驱动装置推动所述振动台相对于底座转动至两者相等；所述传感器倾斜角度是指所述传感器实际使用状态下其相对于水平面的倾斜角度。

具体地，当传感器倾斜角度和振动台倾斜角度两者相等时，控制单元不发送触发信号，驱动装置保持振动台相对于底座静止；当传感器倾斜角度大于振动台倾斜角度，控制单元发送触发信号，控制驱动装置推动振动台相对于底座顺时针转动至传感器倾斜角度和振动台倾斜角度相等；同理，当当传感器倾斜角度小于振动台倾斜角度，控制单元发送触发信号，控制驱动装置推动振动台相对于底座逆时针转动至传感器倾斜角度和振动台倾斜角度相等。

显然，具有该角度调节装置的振动式传感器标定系统，高度模拟传感器在设备上的实际安装位置及工况，充分考虑了传感器相对于水平面的倾斜角度对其测试灵敏度的影响，从而提高了其标定精度，进而提高了传感器的检测精度。

优选地，所述驱动装置包括可提供转动副且其控制端与所述控制单元连接的驱动元件，可将所述驱动元件的转动副转化为水平移动副的动力传动机构，以及与所述振动台铰接并与所述动力传动机构的动力输出端连接的推杆。

优选地，所述动力传动机构包括：

固定支架，开设有供所述推杆滑动的直线滑槽内，

第一转轴，可转动地设置于固定支架且外周壁开设有曲线滑槽，并可随所述驱动元件转动；

齿条，可滑动地设置于所述固定支架的直线滑槽内，与所述推杆铰接；

摆动件，其中部铰接于所述固定支架上，其上端可活动地设置于所述曲线滑槽内，其下端圆弧面加工有与所述推杆相啮合的齿形。

优选地，所述动力传动机构包括液压缸、液压油箱和方向控制阀，所述方向控制阀设置于所述液压泵、所述液压油箱与所述液压缸之间，以控制所述液压缸的活塞杆伸缩，所述活塞杆与所述推杆铰接，所述方向控制阀的控制端与所述控制单元连接。

优选地，所述动力传动机构包括随所述驱动元件转动并铰接于所述底座的原动件，所述原动件与所述推杆铰接；所述原动件的两个铰点间的距离与所述振动台的两个铰点间的距离平行且相等。

优选地，所述角度测量元件具体为倾角传感器。

优选地，所述底座包括底板和平行且具有间隔地固定于所述底板的两个立板，以及可转动地连接于两个所述立板间的第二转轴，所述振动台固定连接于所述第二转轴上。

除上述角度调节装置外，本发明还提供一种振动式传感器标定系统，包括振动台，其如上所述的角度调节装置。

由于上述角度调节装置具有上述技术效果，可以理解，包括该角度调节装置的振动式传感器标定系统具有同样的技术效果，故而本文在此不再赘述。

另外，本发明还提供一种振动式传感器标定系统的角度调节方法，所述角度调节方法包括如下步骤：

S00)预设传感器倾斜角度，所述传感器倾斜角度是指所述传感器实际使用状态下其相对于水平面的倾斜角度；

S10)实时获取振动台倾斜角度，所述振动台倾斜角度是指所述振动台相对于水平面的倾斜角度，并判断所述传感器倾斜角度与所述振动台倾斜角度是否相等，若否，则进入步骤S20；

S20)推动所述振动台相对于水平面转动至所述传感器倾斜角度与所述振动台倾斜角。

附图说明

图1示出了电磁式振动台的结构示意图；

图2示出了本发明所提供的振动传感器标定系统具体实施方式的结构示意图；

图3示出了图2中底座A向视图的结构示意图；

图4示出了图2中所示驱动装置的第一具体实施方式的结构示意图；

图5示出了图2中所示驱动装置的第二具体实施方式的结构示意图；

图6示出了图2中所示驱动装置的第三具体实施方式的结构示意图；

图7示出了本发明所提供的振动传感器标定系统的角度调节方法的控制流程图。

图1至6中附图标记与各个部件名称之间的对应关系：

1振动台：11壳体、12铁芯、13电磁线圈、14电源、15整流元件、16衔铁、17压缩弹簧、18测试平台；

2底座：21底板、22立板、23第二转轴、24轴承；

3倾角传感器；

4驱动装置：41驱动电机、42固定支架、43第一转轴、43-1曲线滑槽、44摆动件、45齿条；

4′驱动装置：41′液压泵、42′液压油箱、43′液压缸、43′-1活塞杆、44′三位四通电磁换向阀；

4″驱动装置：41″原动件；

5控制单元；

6推杆。

具体实施方式

本发明的核心在于，提供一种振动式传感器标定系统及其角度调节装置和调节方法，以提高现有标定系统对传感器灵敏度的测试精度。

现结合附图，来分别说明本发明所提供的标定传感器振动系统及其角度调节装置具体结构及角度调节原理。需要说明的是，本文中所述及的角度大小和方向的定义均标准直角坐标系为基准设定，也即以平行于水平面且数值范围由左至右方向依次增大为横坐标，垂直于该横坐标且数值范围由下至上方向依次增大为纵坐标，角度值范围由横坐标为零度(起始位置)，由零度顺时针旋转获得值为正值，反之为负值。

请参见图1，该图示出了本发明所提供的振动式传感器标定系统具体实施方式的结构示意图。

由图可知，振动式传感器标定系统包括振动台1和角度调节装置，以高度模拟传感器实际使用状态，全面考虑安装角度对传感器灵敏度的影响，从而提高对振动式传感器标定系统标定精度，进而提高传感器的检测精度。

具体地，角度调节装置包括底座2、倾角传感器3、驱动装置和控制单元5，其中，底座2固定连接于水平面，振动台1铰接于底座2，倾角传感器3安装于振动台1上，以实时获取振动台1相对于水平面的倾斜角度，也即振动台倾斜角度；控制单元5预存有传感器实际使用状态下其相对于水平面的倾斜角度，也即传感器倾斜角度，并判断传感器倾斜角度和振动台倾斜角度是否相等，若两者不相等，则控制驱动装置驱动振动台1绕铰点相对于底座2转动至两者相等。

当传感器倾斜角度和振动台倾斜角度两者相等时，控制元件5不发送触发信号，驱动装置保持振动台1相对于底座2静止；当传感器倾斜角度大于振动台倾斜角度，控制单元5发送触发信号，控制驱动装置推动振动台1相对于底座2顺时针转动至传感器倾斜角度和振动台倾斜角度相等；同理，当当传感器倾斜角度小于振动台倾斜角度，控制单元5发送触发信号，控制驱动装置推动振动台1相对于底座2逆时针转动至传感器倾斜角度和振动台倾斜角度相等。

显然，具有该角度调节装置的振动式传感器标定系统，高度模拟传感器在设备上的实际安装位置及工况，充分考虑了传感器相对于水平面的倾斜角度对其测试灵敏度的影响，从而提高了其标定精度，进而提高了传感器的检测精度。

还有，本文中传感器倾斜角度是指传感器实际使用状态下其相对于水平面的倾斜角度，控制单元5内既可以预先顺序存储多个角度值，标定时，控制单元5按顺序自动获取角度值无需人工处理，当然也可以在标定前根据待标定传感器相对于水平面的实际倾斜角度人工设定。

另外，需要说明的是，本文中背景技术是以电磁式振动台1为例说明了振动式传感器标定系统的具体结构及标定原理，可以理解，在满足标定速度、加速度和位移传感器功能基础上，上述传感器标定系统的振动台1除电磁式振动台外，还可采用机械式振动台或液压式振动台等本领域常用振动台结构。

如前所述，振动台1铰接于底座2上，具体地，如图3所示，底座2包括通过螺栓组件固定连接于地面上的底板21，以及具有间隔且相互平行地连接于底板21的两块立板22。其中，两个立板22的对应位置均开设有轴承孔，第二转轴23通过与该轴承24孔相适配的轴承24可转动地连接于两个立板22间，振动台1通过过盈配合或键连接方式固定连接于该第二转轴23上。如此，当驱动装置推动振动台1时，其可绕铰点相对于底座2转动一定角度，以使振动台1相对于水平面的振动台倾斜角度与传感器实际使用状态下与水平面的传感器倾斜角度一致。

另外，需要说明的是，上述角度调节装置通过倾角传感器3来实时测量振动台1相对于水平面的倾斜角度，倾角传感器测量精度高且读取方便。当然，在满足实时测量振动台1相对于水平面的倾斜角度功能基础上，本发明中倾角传感器3亦可为本领域常用的其他结构。

除上述底座2和倾角传感器3外，驱动装置是组成角度调节装置的重要功能元件，而实现驱动振动台1相对于底座2转动的驱动装置有多种实施方式，其中驱动元件无外乎提供转动副的驱动电机41或液压泵41′两种，本发明中的驱动装置处驱动元件外还包括可将驱动元件的转动副转化为水平移动副的动力传动元件和推杆6，该推杆6一端与振动台1铰接，另一端与动力传动机构的动力输出端铰接。

接下来，结合说明书附图中图4至图6，对利用上述工作原理的三种具体实施方式加以详细说明，当然，在满足驱动振动台1相对于底座2转动功能基础上，在这三种基础上进行任何形式的结构改进所得到的驱动装置均在本发明的保护范围之内。其中，图4示出了图2中所示驱动装置的第一具体实施方式的结构示意图，图5示出了图2中所示驱动装置的第二具体实施方式的结构示意图，图6示出了图2中所示驱动装置的第三具体实施方式的结构示意图。

由图3可知，4驱动装置的第一具体实施方式中包括驱动电机41和齿轮齿条动力传动机构。具体地，该齿轮齿条动力传动机构包括固定支架42、第一转轴43、摆动件44和齿条45，其中，固定支架42安装于水平地面上，第一转轴43可转动地连接于固定支架42上且外周壁开设有呈曲线滑槽43-1，摆动件44的中部通过销轴铰接于固定支架42上，其上端通过滑块嵌装于滑槽内，其下部为加工有与齿条45相互啮合的齿形轮廓的(圆弧形)扇形板，齿条45可滑动地安装于固定支架42底座2上的线性滑槽内，驱动电机41的电枢轴通过联轴器与第一转轴43传动连接。

启动驱动电机41，带动第一转轴43相对于固定支架42转动，推动摆动件44沿第一转轴43外周壁滑槽轨迹滑动并绕铰点相对于固定支架42转动，继而使其齿形轮廓与齿条45的齿形相啮合，并推动齿条45沿直线滑槽相对于固定支架42往复运动。而齿条45通过推杆6与振动台1铰接，因此，齿条45的往复运动可推动振动台1绕铰点相对于底座2转动。

如图4所示，4驱动装置的第二具体实施方式中包括液压泵41′、动力传动系统和推杆，具体地，如图所示，该动力传动系统包括液压油箱42′、液压缸43′和设置于液压缸43′、以及设置于液压泵41′、液压油箱42′和液压缸43′三者间的三位四通电磁换向阀44′，以控制所述液压缸43′的活塞杆43′-1伸出、缩回或静止，还包括连接各个功能元件的液压管路。

其中，三位四通电磁换向阀44′的第一工作油口与液压缸43′的有杆腔连通，其第二工作油口与液压缸43′的无杆腔连通，其第三工作油口与系统压力油路连通，其第四工作油口与系统回油油路连通。推杆6的一端与液压传动系统内液压缸43′的活塞杆43′-1铰接，另一端与振动台1铰接。

当三位四通电磁阀位于中间工作位置时，四个工作油口均断开，活塞杆43′-1静止于液压缸43′的缸筒内；当三位四通电磁阀位于右侧工作位置时，第一工作油口和第三工作油口连通，第二工作油口与第四工作油口连通，压力油液推动活塞杆43′-1缩回至缸筒内；反之，当三位四通电磁阀位于左侧工作位置时，第一工作油口和第四工作油口连通，第二工作油口与第三工作油口连通，压力油液推动活塞杆43′-1由缸筒内伸出。振动台1通过推杆与活塞杆43′-1铰接，而三位四通电磁阀的控制端与控制单元5电连接，以使控制单元5通过切换三位四通电磁阀的不同工作位置，来实现控制驱动装置驱动振动台1绕铰点相对于底座2顺时针或逆时针转动。

需要说明的是，本实施方式的液压传统系统仅体现了其主要功能元件，在此基础上对液压传动系统作出任何形式的结构改进均落入本发明的保护范围之内。

驱动装置的第三种具体实施方式请参见图5，由图可知，驱动装置包括驱动电机、原动件41″和推杆6，其中，原动件41″通过轴承和与之相适配的转轴与振动台同样的方式铰接于底座2上，其该转轴与驱动电机41的电枢轴通过联轴器传动连接，推杆6的一端与振动台1铰接，另一端与原动件41″铰接，振动台1的两个铰点间的距离和原动件41″的两个铰点间的距离并行且相等。换言之，底座2、振动台1、原动件41″以及推杆6间形成平面四边形机构。

启动驱动电机41，驱动原动件41″绕铰点相对于底座2转动，与此同时，推杆6随原动件41″转动并推动振动台1绕其铰点相对于底座2转动一定角度。需要说明的是，驱动电机41的控制端与控制单元5连接，控制单元5通过控制驱动电机41正转或反转来切换振动台1相对于底座2的顺时针或逆时针转动方向。

除上述传感器标定振动系统及其角度调节装置外，本发明还提供一种传感器标定振动系统的角度调节方法，具体地，如图6所示，该图示出了本发明所提供的振动传感器标定系统的角度调节方法的控制流程图。

由图可知，角度调节方法包括如下步骤：

S00)预设传感器倾斜角度，其中，传感器倾斜角度是指传感器实际使用状态下其相对于水平面的倾斜角度；

S10)实时获取振动台1倾斜角度，振动台1倾斜角度是指振动台1相对于水平面的倾斜角度，并判断传感器倾斜角度与振动台倾斜角度是否相等，若否，则进入步骤S20；

S20)推动振动台1相对于水平面转动至传感器倾斜角度与振动台倾斜角。

其中，步骤S20具体包括步骤：

S21)当传感器倾斜角度大于振动台倾斜角度，控制振动台1相对于水平面顺时针转动至传感器倾斜角度和振动台倾斜角度相等；

S22)当传感器倾斜角度小于振动台倾斜角度，控制振动台1相对于水平面逆时针转动至传感器倾斜角度和振动台倾斜角度相等。

需要说明的是，上述角度调节方法的实施并不限于本发明中所提供的角度调节装置。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种振动式传感器标定系统的角度调节装置，其特征在于，包括：

底座(2)，用于铰接所述振动式传感器标定系统的振动台(1)；

角度测量元件(3)，安装于所述振动台(1)上，用于实时获取振动台倾斜角度，所述振动台倾斜角度是指所述振动台(1)相对于水平面的倾斜角度；

驱动装置，用于驱动所述振动台(1)绕铰点相对于所述底座(2)转动；

控制单元(5)，预存传感器倾斜角度，并判断所述传感器倾斜角度与所述振动台倾斜角度是否相等，若否，则控制所述驱动装置推动所述振动台(1)相对于底座(2)转动至两者相等；所述传感器倾斜角度是指所述传感器实际使用状态下其相对于水平面的倾斜角度。

2.如权利要求1所述的角度调节装置，其特征在于，所述驱动装置包括可提供转动副且控制端与所述控制单元(5)连接的驱动元件，可将所述驱动元件的转动副转化为水平移动副的动力传动机构，以及与所述振动台(1)铰接并与所述动力传动机构的动力输出端连接的推杆(6)。

3.如权利要求2所述的角度调节装置，其特征在于，所述动力传动机构包括：

固定支架(42)；

第一转轴(43)，可转动地设置于固定支架(42)且外周壁开设有曲线滑槽(43-1)，并可随所述驱动元件(41)转动；

齿条(45)，可滑动地设置于所述固定支架(41)的直线滑槽内，与所述推杆(6)铰接；

摆动件(44)，其中部铰接于所述固定支架(42)上，其上端可活动地设置于所述曲线滑槽内，其下端圆弧面加工有与所述齿条(45)相啮合的齿形。

4.如权利要求2所述的角度调节装置，其特征在于，所述动力传动机构包括液压油箱(42′)、液压缸(43′)和方向控制阀(44′)，所述方向控制阀(44′)设置于所述驱动元件、所述液压油箱(42′)与所述液压缸(43′)之间，以控制所述液压缸(43′)的活塞杆(43′-1)伸缩，所述活塞杆(43′-1)与所述推杆(6)铰接，所述方向控制阀(44′)的控制端与所述控制单元(5)连接。

5.如权利要求2所述的角度调节装置，其特征在于，所述动力传动机构包括随所述驱动电机转动并铰接于所述底座的原动件(41″)，所述原动件(41″)与所述推杆(6)铰接；所述原动件(41″)的两个铰点间的距离与所述振动台(1)的两个铰点间的距离平行且相等。

6.如权利要求2至5中任一项所述的传感器标定振动设备，其特征在于，所述角度测量元件(3)具体为倾角传感器。

7.如权利要求2至5中任一项所述的传感器标定振动设备，其特征在于，所述底座(2)包括底板(21)和平行且具有间隔地固定于所述底板(21)的两个立板(22)，以及可转动地连接于两个所述立板(22)间的第二转轴(23)，所述振动台(1)固定连接于所述第二转轴(23)上。

8.一种振动式传感器标定系统，包括振动台，其特征在于，还包括权利要求1至7中任一项所述的角度调节装置。

9.一种振动式传感器标定系统的角度调节方法，所述角度调节方法包括如下步骤：

S00)预设传感器倾斜角度，所述传感器倾斜角度是指所述传感器实际使用状态下其相对于水平面的倾斜角度；

S10)实时获取振动台倾斜角度，所述振动台倾斜角度是指所述振动台相对于水平面的倾斜角度，并判断所述传感器倾斜角度与所述振动台倾斜角度是否相等，若否，则进入步骤S20；

S20)推动所述振动台相对于水平面转动至所述传感器倾斜角度与所述振动台倾斜角。