CN106123967B - 加速度、振幅检测系统 - Google Patents
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Abstract
加速度、振幅检测系统，包括箱体，在箱体内上下对应设置上槽体和下槽体，在下槽体的槽内设置有绕线电阻板，在上槽体的底部固定设置有金属导电带，金属导电带与上槽体之间绝缘，在绕线电阻板与金属导电带之间设置有导电的滚轮组合件，滚轮组合件的大滚轮位于绕线电阻板之上且与绕线电阻板上表面之间导通、两个小滚轮与金属导电带相互接触，弹片的两个端部分别连接有一个弹簧从绕线电阻板的两端分别引出引线A、引线B，从金属导电带的端部引出引线C，引线A、引线B、引线C作为加速度、振幅传感器的接线端口。本检测系统可广泛应用到多种检测和自动控制领域。
Description
技术领域
本发明涉及加速度、振幅检测系统，属于自动检测技术领域。
背景技术
目前的加速度、振幅检测系统有多种多样，但在实际使用实践中，如滑动电阻式加速度、振幅检测系统中的传感器，有以下缺陷，一是它的摩擦阻力较大，在工作过程中容易产生局部发热、造成材料的磨损，导致电阻值改变和使用寿命的缩短，特别是在动作频率较高的情况下，这种情况更易发生；二是这种检测系统中的传感器使用环境温度较低；三是传感器不容易做的较长，应用到较高环境温度与特殊的场合，受到一定的限制。
发明内容
本发明的目的在于克服目前的加速度、振幅检测系统存在的上述缺陷，提供一种新的加速度、振幅检测系统。
为实现本发明的目的，采用了下述的技术方案：加速度、振幅检测系统，包括箱体，在箱体内上下对应设置上槽体和下槽体，上槽体的槽口向下，下槽体的槽口向上，在下槽体的槽内设置有绕线电阻板，绕线电阻板与下槽体之间绝缘，在上槽体的底部固定设置有金属导电带，金属导电带与上槽体之间绝缘，在绕线电阻板与金属导电带之间设置有导电的滚轮组合件，所述的滚轮组合件包括大滚轮和分别位于大滚轮前后的两个小滚轮，前后方向指绕线电阻板的长度方向，大滚轮位于绕线电阻板之上且与绕线电阻板上表面之间导通，在大滚轮轴的两端连接有弹片，两个小滚轮的轴直接或间接连接在弹片上，两个小滚轮与金属导电带相互接触，弹片的两个端部分别连接有一个弹簧，两个弹簧的另一端固定连接在箱体的内壁两端，从绕线电阻板的两端分别引出引线A、引线B，从金属导电带的端部引出引线C，引线A、引线B、引线C作为加速度、振幅传感器的接线端口，引线A 一个支路通过输入电阻连接至XTR115电流变送器芯片的第2脚上，另一个支路通过一个保护电阻连接至XTR115电流变送器芯片的第1脚上，引线B、引线C连接至XTR115电流变送器芯片的第3脚上，XTR115电流变送器芯片第7脚连接辅助电源的正极，也连接外围电路晶体三极管的集电极，XTR115电流变送器芯片第6脚连接外围电路晶体三极管的基极，第5脚连接外围电路晶体三极管的发射极，第4脚是输出标准模拟量信号FOR IO 4 - 20mA的输出端，4 - 20mA的输出后串接负载电阻RL， 4 - 20mA电流通过负载电阻RL，可在RL取出电压模拟量信号，电压模拟量信号连接仪表，进一步的，所述的绕线电阻板的总电阻为500Ω，保护电阻为500Ω，负载电阻RL250Ω，进一步的，上槽体和下槽体均为槽型金属构件，在下槽体的槽内面设置有绝缘漆层，绝缘漆层上粘贴有厚度为0.1～0.3毫米的云母片，绕线电阻板固定安装在云母片上部，绕线电阻板与下槽体之间绝缘，上槽体的内表面设置有绝缘漆层，绝缘漆层上粘贴有厚度为0.1～0.3毫米的云母片，金属导电带通过云母片与上槽体之间隔离绝缘，进一步的，所述的大滚轮轴位于两个小滚轮轴的下方，大滚轮轴及两个小滚轮轴三者中心的连线为三角形结构，进一步的，所述的两个小滚轮相同，两个小滚轮在大滚轮前后对称设置。
本发明的积极有益技术效果在于：一是把目前移动检测所采用的滑动摩擦改变为滚动摩擦，从而减小了摩擦阻力，二是滑动摩擦容易产生局部的发热和材料的磨损，容易导致电阻值改变和使用寿命缩短，本发明的的滚动接触式的绕线电阻不容易产生局部的发热和材料的磨损，不容易导致电阻改变，能增长使用寿命；三是由于本检测系统中的传感器中的电阻丝耐温较高，箱体可以采用金属耐高温材料，可以在环境温度较高的场所使用；四是这种检测系统中的传感器可以做的较长，可广泛应用到多种检测和自动控制领域。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是图1的等效电路连接图。
图3是本发明的传感器左右方向剖开的截面示意图。
图4是滚轮组合件的示意图。
图5是滚轮组合件的俯视示意图。
具体实施方式
为了更充分的解释本发明的实施，提供本发明的实施实例。这些实施实例仅仅是对本发明的阐述，不限制本发明的范围。
结合附图对本发明进一步详细的解释，附图中各标记为：1：箱体；2：上槽体；3：下槽体；4：导电带；5：绕线电阻板；6：滚轮组合件；7：引线A；8：引线B；9：引线C；10：绝缘漆及云母片；11：自动化仪表；12：辅助电源；13：保护电阻；14：XTR115电流变送器芯片；15：输入电阻；16：支架；61：大滚轮；62：小滚轮一；63：小滚轮二；64：弹片；65：弹簧一；66：弹簧二；611：大滚轮轴；621：小滚轮一轴；631：小滚轮二轴。需要说明的是，本发明中是以上槽体、下槽体为水平方向进行说明的，其它各部件的位置均是相对位置，在实际使用检测时，根据安装检测的需要，上槽体、下槽体可以是水平方向或竖直方向，也可以是倾斜呈任意角度。如附图所示，特别说明：在图2中，为了便于区分说明，在图中显示的滚轮组合件与下部的绕线电阻板和上部的金属导电间有间隙，实际制作时，滚轮组合件6应该与下部的绕线电阻板和上部的金属导电带均为接触，图1中，XTR115电流变送器芯片上1-8为接线端口编号，带引线的1-14为附图标记编号。如图所示，加速度、振幅检测系统，所述的加速度、振幅检测传感器包括箱体1，箱体的长方形绝缘板用酚醛树脂板绝缘材料制作，箱体也可以采用金属耐高温材料，在箱体1内上下对应设置上槽体2和下槽体3，上槽体2的槽口向下，下槽3的槽口向上，在下槽体3的槽内设置有绕线电阻板5，绕线电阻板5与下槽体3之间绝缘，在上槽体2的底部固定设置有金属导电带4，导电带4与上槽体2之间绝缘，上槽体2和下槽体3均为槽型金属构件，在下槽体3的槽内面设置有绝缘漆层，绝缘漆层上粘贴有厚度为0.1～0.3毫米的云母片，图中10所示为绝缘漆及云母片，绕线电阻板5固定安装在云母片上部，上槽体的内表面设置有绝缘漆层，绝缘漆层上粘贴有厚度为0.1～0.3毫米的云母片，金属导电带通过云母片与上槽体之间隔离绝缘，在绕线电阻板5与金属导电带4之间设置有导电的滚轮组合件6，所述的滚轮组合件6包括大滚轮61和分别位于大滚轮61前后的两个小滚轮，如图所示的小滚轮一62、小滚轮二63，前后方向指绕线电阻板的长度方向，大滚轮61位于绕线电阻板之上且与绕线电阻板5上表面之间导通，在大滚轮轴611的两端连接有弹片64，两个小滚轮的轴直接或间接连接在弹片64上，图3中，小滚轮一轴621、小滚轮轴二631通过一竖直方向的支架连接在弹片64上，16所示为一个支架，弹片64使滚轮组合件与金属导电带和绕线电阻板之间良好的接触，两个小滚轮与金属导电带5相互接触，所述的大滚轮轴611位于两个小滚轮轴的下方，大滚轮轴及两个小滚轮轴三者中心的连线为三角形结构，三角形结构使滚轮组合件运动平稳，不易变形，所述的两个小滚轮相同，两个小滚轮在大滚轮 前后 对称设置，弹片64的两个端部分别有一个弹簧，如图所示，弹片64的一端连接有弹簧一65，另一端连接有弹簧二66，弹簧的拉伸与压缩方向为前后方向，两个弹簧的另一端固定连接在箱体1的内壁两端，从绕线电阻板5的两端分别引出引线A7、引线B8，从金属导电带的端部引出引线C9，引线A、引线B、引线C作为加速度、振幅传感器的接线端口，引线A 一个支路通过输入电阻连接至XTR115电流变送器芯片的第2脚上，另一个支路通过一个保护电阻连接至XTR115电流变送器芯片的第1脚上，引线B、引线C连接至XTR115电流变送器芯片的第3脚上，XTR115电流变送器芯片第7脚连接辅助电源的正极，也连接外围电路晶体三极管的集电极，XTR115电流变送器芯片第6脚连接外围电路晶体三极管的基极，第5脚连接外围电路晶体三极管的发射极，第4脚是输出标准模拟量信号FOR IO 4 - 20mA的输出端，4 - 20mA的输出后串接负载电阻RL， 4 - 20mA电流通过负载电阻RL，可在RL取出电压模拟量信号，电压模拟量信号连接仪表，在下述的具体实施方式的检测系统上，所述的绕线电阻板的总电阻为500Ω，保护电阻为500Ω，负载电阻RL250Ω。本发明在具体制作时，长方形箱体1中长方形绝缘板用酚醛树脂板绝缘材料制作，槽形金属构件可用铝型材、铜、不锈钢制；金属导电带可用铜、铜镀银、不锈钢片制作，金属片电极引线可用铜丝、镀银铜丝制作。金属导电带的长、宽和箱体上部内的上槽体的槽长、宽一致，滚轮组合件由小滚轮一、小滚轮二、滚轮轴、弹片等组合装配而成，与滚轮组合件连接的弹簧可选用不锈钢弹簧，小滚轮、大滚轮、滚轮轴可选用铜、不锈钢制作，弹片可采用铜合金、铜合金镀银、不锈钢片制作，绕线电阻板用绝缘漆包康铜电阻丝，密绕在一条长方形环氧玻纤布基板上制作成绕线电阻板。绕线电阻板的长、宽与下槽体的槽一致，在绕线电阻板的上表面打磨掉绝缘漆成裸露线面以保证与滚轮组合件有良好的接触，在绕线电阻板两端引出引线A和引线B。引线A和引线B可用铜丝、镀银铜丝制作。本发明的检测原理是：由牛顿第二定律得：F = m a ，加速度a =F / m ，由胡克定律得：F = k x，当传感器随被测物体运动时，滚轮组合件所受的合外力将由滚轮组合件的前后弹簧提供，当运动方向设定向前为N、向后为S时，当物体向前N加速度运动时，滚轮组合件在前N方向的弹簧将处于拉伸状态，为滚轮组合件提供拉力得F=kx；滚轮组合件在向后S方向的弹簧将处于压缩状态，为滚轮组合件提供推力F=kx，由于两个弹簧相同、劲度系数相同、两弹簧的弹性形变量相同，因此产生的力相等，滚轮受到的合外力为：F=kx+kx即F=2kx。再结合F=ma ， a=F/m 可得a = 2kx/m。
以下为本发明的检测系统的具体制作和使用例：
绕线电阻板的制作：取长180mm,宽5mm,厚5mm, 环氧玻纤布基板， 漆包康铜电阻丝取直径为0.13 mm，每米电阻值为35.43Ω，现在180mm的板上绕线，滚轮组合件有效行程距离100mm，绕100mm / 0.13 mm = 769.23匝，绕每匝的长度为20 mm，共计绕线长度为：769.23匝×20 mm =15385mm ≈15.39米，总电阻值为15.39米×35.43Ω≈545.27Ω，在传感器焊接应用时，在绕线电阻板上取电阻500Ω。XTR115是电流输出变送器集成电路芯片，该芯片是精密电流输出变送器，可在整个工业标准电流环内发送4～20mA模拟量信号，提供精确的电流定标和输出电流限制功能。XTR115 内部电压校准器(5V) 第8脚可用于外部电路供电，其第1脚为的片内VREF (2.5V)，为该传感器提供了偏置与激励；其电流返回端第3脚(IRET脚)可检测外部电路电流，以精确控制输出电流的精度，XTR115芯片的基准电压第1脚为2.5V，第1脚通过一个500欧姆的保护电阻13连接传感器绕线电阻板的一端，传感器的电阻值是500Ω，第3脚连接在传感器的绕线电阻板另一端与金属导线带上连接的引线C，金属导线带上连接的引线C也是传感器的移动端，引线C连接XTR115芯片的第3脚，XTR115芯片的第2脚与第3脚是输入端口VI N，第2脚是输入端正极，第3脚是输入端的负极，传感器跨接在第2脚与第3脚，通过第2脚与第3脚连接到芯片内的放大器，保护电阻13跟传感器电阻是串联，第1脚为2.5V，降落在保护电阻500Ω 和 传感器的电阻500Ω上，当传感器的滚轮组合件移动到最大电阻值500欧姆时，忽略RIN时，保护电阻跟传感器电阻分别可获得1.25 V的电压降落，当传感器的滚轮组合件移动到500Ω电阻上的零Ω端时，在绕线电阻板上的压降为零，2.5V的电压全部降落在保护电阻上，如果没有保护电阻，将会造成输入端短路，绕线电阻板也会短路，导致检测系统无法工作，第7脚连接辅助电源的正极，也连接外围电路晶体三极管的集电极，第6脚连接外围电路晶体三极管的基极，第5脚连接外围电路晶体三极管的发射极，第4脚是输出标准模拟量信号FOR IO 4 - 20mA的输出端，4 - 20mA的输出后串接负载电阻RL250Ω, 电流4 - 20mA通过负载电阻RL250Ω，可在RL250Ω取出1-5v的模拟量信号，连接仪表，把仪表分别设定成加速度或振幅示值显示模式。就可测出加速度、振幅值。关于输入4 - 20mA或1-5v的模拟量信号显示仪表，有多种型号，在市场上都可以买到，在实例应用时，应用的仪表是：上海自动化仪表有限公司生产，仪表名称：XTMA-100 智能数显调节仪。
将上述加速度、振幅检测系统，水平安装应用到长城H6汽车上，当汽车起步时，踩油门到底，历时13.2秒，速度达到100千米每小时，在第6秒时，在加速度、振幅检测系统的仪表上显示的最大加速度是4.8m/s2 。当汽车以100千米每小时行驶时，踩刹车到底，历时3.8秒，车停止，在第2秒时，在加速度、振幅检测系统的仪表上显示的最大加速度是8.57 m/s2。
将上述加速度、振幅检测系统竖直安装应用到长城H6汽车上，检测时由于滚轮组件的重力影响，将仪表示值补偿迁移。再把仪表调整设置成振幅（位移）模式，车开到乡村道路上，以50千米每小时的速度行驶，由仪表显示振幅为±1.2-3.7cm。
在详细说明本发明的实施方式之后，熟悉该项技术的人士可清楚地了解，在不脱离上述申请专利范围与精神下可进行各种变化与修改，凡依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围，且本发明亦不受限于说明书中所举实例的实施。
Claims (5)
1.加速度、振幅检测系统，包括箱体，其特征在于：在箱体内上下对应设置上槽体和下槽体，上槽体的槽口向下，下槽体的槽口向上，在下槽体的槽内设置有绕线电阻板，绕线电阻板与下槽体之间绝缘，在上槽体的底部固定设置有金属导电带， 金属导电带与上槽体之间绝缘，在绕线电阻板与金属导电带之间设置有导电的滚轮组合件，所述的滚轮组合件包括大滚轮和分别位于大滚轮前后的两个小滚轮，前后方向指绕线电阻板的长度方向，大滚轮位于绕线电阻板之上且与绕线电阻板上表面之间导通，在大滚轮轴的两端连接有弹片，两个小滚轮的轴直接或间接连接在弹片上，两个小滚轮与金属导电带相互接触，弹片的两个端部分别连接有一个弹簧，两个弹簧的另一端固定连接在箱体的内壁两端，从绕线电阻板的两端分别引出引线A、引线B，从金属导电带的端部引出引线C，引线A、引线B、引线C作为加速度、振幅传感器的接线端口，引线A 一个支路通过输入电阻连接至XTR115电流变送器芯片的第2脚上，另一个支路通过一个保护电阻连接至XTR115电流变送器芯片的第1脚上，引线B、引线C连接至XTR115电流变送器芯片的第3脚上，XTR115电流变送器芯片第7脚连接辅助电源的正极，也连接外围电路晶体三极管的集电极，XTR115电流变送器芯片第6脚连接外围电路晶体三极管的基极，第5脚连接外围电路晶体三极管的发射极，第4脚是输出标准模拟量信号FOR IO 4 - 20mA的输出端，4 - 20mA的输出后串接负载电阻RL， 4 - 20mA电流通过负载电阻RL，可在RL取出电压模拟量信号，电压模拟量信号连接仪表。
2.根据权利要求1所述的加速度、振幅检测系统，其特征在于：所述的绕线电阻板的总电阻为500Ω，保护电阻为500Ω，负载电阻RL250Ω。
3.根据权利要求1所述的加速度、振幅检测系统，其特征在于：上槽体和下槽体均为槽型金属构件，在下槽体的槽内面设置有绝缘漆层，绝缘漆层上粘贴有厚度为0.1～0.3毫米的云母片，绕线电阻板固定安装在云母片上部，上槽体的内表面设置有绝缘漆层，绝缘漆层上粘贴有厚度为0.1～0.3毫米的云母片，金属导电带通过云母片与上槽体之间隔离绝缘。
4.根据权利要求1所述的加速度、振幅检测系统，其特征在于：所述的大滚轮轴位于两个小滚轮轴的下方，大滚轮轴及两个小滚轮轴三者中心的连线为三角形结构。
5.根据权利要求1所述的加速度、振幅检测系统，其特征在于：所述的两个小滚轮相同，两个小滚轮在大滚轮两侧对称设置。
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