CN106197345B - 一种采用双量程传感器的水平单轴电液振动台位移测量装置 - Google Patents
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Abstract
一种采用双量程传感器的水平单轴电液振动台位移测量装置，包括大量程位移传感器、小量程位移传感器组件和旋转连接组件，通过合理控制电磁铁的得电和失电，可在振动台小幅值运行时利用小量程位移传感器实时测量运行位移，从而实现了利用两精度较低的不同量程位移传感器代替传统的单一高精度传感器的目的，在保证位移测量精度的基础上大幅降低了成本，同时旋转连接组件的利用可有效避免因振动台液压缸运行过程中缸杆旋转导致的传感器破坏问题。其结构简单可靠、成本低廉、适应性强、使用效果好，具有广泛的实用性。
Description
技术领域
本发明属于振动台技术领域，具体涉及一种采用双量程传感器的水平单轴电液振动台位移测量装置。
背景技术
在进行电液振动台控制时，直接进行加速度闭环控制往往会导致振动台产生偏移现象，致使振动台无法正常工作。为了克服这一问题，当前的电液振动台控制均是先通过信号发生器将加速度转化为位移信号，然后基于位移信号进行闭环控制。因此，准确检测出电液振动台的运行位移是实现高精度加速度控制的必要条件。
一般的，电液振动台在进行高频试验时其对应的液压缸行程极小(10-4m量级)，而在进行地震波试验时对应的液压缸行程较大(10-1m量级)。现有的水平单轴电液振动台位移检测方法均是通过安装在液压缸外部或内部的单一位移传感器直接检测，该方式存在高频试验时测量精度不准的问题，这是由于位移传感器测量误差与量程呈比例关系。以行程为300mm水平单轴电液振动台为例，若采用精度为0.05％F.S的位移传感器，其测量误差为0.15mm，而幅值0.5g频率30Hz的正弦试验时对应的运行最大位移仅仅约为0.14mm，此时传感器测量误差与最大运行位移接近，导致该传感器无法准确识别该信号下的位移。为了提高高频试验的测量精度，必须进一步提高位移传感器的测量精度，而这往往导致传感器价格的急剧增大。因此，低成本实现水平单轴电液振动台高精度位移的检测具有重要的实际意义。
发明内容
本发明的目的是克服已有技术的不足，提供一种结构简单、成本低廉、使用效果好的基于双量程传感器的水平单轴电液振动台位移测量装置。
为实现上述目的，本发明提供的采用双量程传感器的水平单轴电液振动台位移测量装置包括大量程位移传感器、小量程位移传感器组件和旋转连接组件。所述的大量程位移传感器壳体通过安装卡子固定在液压缸缸筒侧面。
所述的小量程位移传感器组件包括小量程位移传感器、过渡件、加长杆和下电磁铁。所述的小量程位移传感器壳体通过安装卡子固定在液压缸缸筒的底部；所述的过渡件两端分别设有螺纹孔，过渡件的一端与小量程位移传感器伸缩杆外端的螺纹相连；所述的加长杆两端分别设置有外螺纹，其一端与过渡件螺纹孔相连；所述的下电磁铁底部设置有与加长杆外螺纹配对的螺纹孔，下电磁铁通过该螺纹孔固定于加长杆外侧。
所述的旋转连接组件包括外圈、滚动体、连接板、内圈、连接轴和上电磁铁组件。所述的内圈通过过盈配合与液压缸缸杆连为一体；所述的滚动体位于外圈与内圈之间，使得外圈可以相对于内圈旋转；所述的外圈上设置有连接轴和端部开有通孔的连接板，连接轴的端部设置有外螺纹，大量程位移传感器伸出杆的前段穿过连接板上的通孔，进而通过螺母固定于连接板上。
所述的上电磁铁组件包括尼龙外罩、复位弹簧、尼龙盖板、上电磁铁和螺钉。所述的尼龙外罩通过顶端中心设置的螺纹孔与旋转连接组件上的连接轴相连；所述的上电磁铁位于尼龙外罩内部，通过复位弹簧作用力压紧在尼龙外罩上端内壁上，上电磁铁与下电磁铁的极性相反；所述的尼龙盖板穿过上电磁铁的下端，通过两侧的螺钉固定在尼龙外罩上。
所述下电磁铁的初始位置与液压缸完全缩回时上电磁铁间的距离为液压缸行程和小量程位移传感器量程差值的一半。
有益效果：通过合理控制上下电磁铁的得电和失电，本发明提出的基于双量程传感器的位移测量装置可在振动台小幅值运行时利用小量程位移传感器实时测量液压缸位移，从而实现了利用两精度较低的不同量程位移传感器代替传统的单一高精度传感器的目的，在保证位移测量精度的基础上大幅降低了成本。以行程为300mm水平单轴电液振动台为例，若采用精度为0.1％F.S的位移传感器，其测量误差为0.3mm，增加一个量程为50mm的相同精度位移传感器，在50mm的小范围内其测量误差仅为0.05mm，若采用单一传感器在50mm内实现相近的测量误差则必须选择精度高于0.02％F.S的位移传感器。此外，采用旋转连接组件的传感器固定方式，可有效避免因振动台液压缸运行过程中缸杆旋转导致的传感器破坏问题。其结构简单可靠、成本低廉、适应性强、使用效果好，具有广泛的实用性。
附图说明
图1为水平单轴电液振动台示意图。
图2为采用双量程传感器的位移测量装置结构图。
图3为小量程位移传感器结构图。
图4为旋转连接组件结构图。
图5为上电磁铁组件结构图。
图6为初始状态电磁铁布置示意图。
图中：1—大量程位移传感器，2—小量程位移传感器组件，3—旋转连接组件，21—小量程位移传感器，22—过渡件，23—加长杆，24—下电磁铁，31—外圈，32—滚动体，33—连接板，34—内圈，35—连接轴，36—上电磁铁组件，361—尼龙外罩，362—复位弹簧，363—尼龙盖板，364—上电磁铁，365—螺钉。
具体实施方式
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的描述：
如图1～6所示，本发明提供的采用双量程传感器的水平单轴电液振动台位移测量装置包括大量程位移传感器1、小量程位移传感器组件2和旋转连接组件3。所述的大量程位移传感器1壳体通过安装卡子固定在液压缸缸筒侧面。
所述的小量程位移传感器组件2包括小量程位移传感器21、过渡件22、加长杆23和下电磁铁24。所述的小量程位移传感器21壳体通过安装卡子固定在液压缸缸筒的底部；所述的过渡件22两端分别设有螺纹孔，过渡件22的一端与小量程位移传感器21伸缩杆外端的螺纹相连；所述的加长杆23两端分别设置有外螺纹，其一端与过渡件22螺纹孔相连；所述的下电磁铁24底部设置有与加长杆23外螺纹配对的螺纹孔，下电磁铁24通过该螺纹孔固定于加长杆23外侧。
所述的旋转连接组件3包括外圈31、滚动体32、连接板33、内圈34、连接轴35和上电磁铁组件36。所述的内圈34通过过盈配合与液压缸缸杆连为一体；所述的滚动体32位于外圈31与内圈34之间，使得外圈31可以相对于内圈34旋转；所述的外圈31上设置有连接轴35和端部开有通孔的连接板33，连接轴35的端部设置有外螺纹，大量程位移传感器1伸出杆的前段穿过连接板33上的通孔，进而通过螺母固定于连接板33上。
所述的上电磁铁组件36包括尼龙外罩361、复位弹簧362、尼龙盖板363、上电磁铁364和螺钉365。所述的尼龙外罩361通过顶端中心设置的螺纹孔与旋转连接组件3上的连接轴35相连；所述的上电磁铁364位于尼龙外罩361内部，通过复位弹簧362作用力压紧在尼龙外罩361上端内壁上，上电磁铁364与下电磁铁24的极性相反；所述的尼龙盖板363穿过上电磁铁364的下端，通过两侧的螺钉365固定在尼龙外罩361上。
所述下电磁铁24的初始位置与液压缸完全缩回时上电磁铁364间的距离为液压缸行程和小量程位移传感器21量程差值的一半。
工作原理：为说明采用双量程传感器的水平单轴电液振动台位移测量装置的工作原理，如图6所示定义液压缸的行程为2L(液压缸完全缩回为-L，液压缸完全伸出为+L)，小量程位移传感器21量程为2l(测量范围-l～l)。初始状态下液压缸完全缩回，上电磁铁364位于-L位置，下电磁铁24与上电磁铁364间的距离为L-l。当液压缸运行位置处于-l～l行程之外时，控制上电磁铁364和下电磁铁24同时失电，上电磁铁364在复位弹簧362作用下压紧在尼龙外罩361内壁上，与下电磁铁24脱开，此时小量程位移传感器21不随液压缸移动，振动台运行位移依靠大量程位移传感器1测量；当液压缸运行位置处于-l～l行程内时，控制上电磁铁364和下电磁铁24同时得电，上电磁铁364和下电磁铁24在吸合力作用下连为一体，此时小量程位移传感器21跟随液压缸移动，实现振动台运行位移的测量。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种采用双量程传感器的水平单轴电液振动台位移测量装置，其特征在于：包括大量程位移传感器（1）、小量程位移传感器组件（2）和旋转连接组件（3），大量程位移传感器（1）壳体通过安装卡子固定在液压缸缸筒侧面；
所述的小量程位移传感器组件（2）包括小量程位移传感器（21）、过渡件（22）、加长杆（23）和下电磁铁（24），其中小量程位移传感器（21）壳体通过安装卡子固定在液压缸缸筒的底部，过渡件（22）两端分别设有螺纹孔，过渡件（22）的一端与小量程位移传感器（21）伸缩杆外端的螺纹相连，加长杆（23）两端分别设置有外螺纹，加长杆（23）一端与过渡件（22）螺纹孔相连，下电磁铁（24）底部设置有与加长杆（23）外螺纹配对的螺纹孔，下电磁铁（24）通过该螺纹孔固定于加长杆（23）外侧；
所述的旋转连接组件（3）包括外圈（31）、滚动体（32）、连接板（33）、内圈（34）、连接轴（35）和上电磁铁组件（36），其中内圈（34）通过过盈配合与液压缸缸杆连为一体，滚动体（32）位于外圈（31）与内圈（34）之间，外圈（31）上设置有连接轴（35）和端部开有通孔的连接板（33），连接轴（35）的端部设置有外螺纹，大量程位移传感器（1）伸出杆的前端穿过连接板（33）上的通孔，进而通过螺母固定于连接板（33）上；
所述的上电磁铁组件（36）包括尼龙外罩（361）、复位弹簧（362）、尼龙盖板（363）、上电磁铁（364）和螺钉（365），其中尼龙外罩（361）通过顶端中心设置的螺纹孔与旋转连接组件（3）上的连接轴（35）相连，上电磁铁（364）位于尼龙外罩（361）内部，通过复位弹簧（362）作用力压紧在尼龙外罩（361）上端内壁上，上电磁铁（364）与下电磁铁（24）的极性相反，尼龙盖板（363）穿过上电磁铁（364）的下端，通过两侧的螺钉（365）固定在尼龙外罩（361）上。
2.根据权利要求1所述的一种采用双量程传感器的水平单轴电液振动台位移测量装置，其特征在于：所述的下电磁铁（24）的初始位置与液压缸完全缩回时上电磁铁（364）的位置之间的距离为液压缸行程和小量程位移传感器（21）量程差值的一半。
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