CN106225680A - 一种基于激光位移传感器的阀芯位移测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于激光位移传感器的阀芯位移测量装置，包括阀芯位移测试台架和信号采集及处理装置，阀芯位移测试台架包括固定支架和可调支架，信号采集及处理装置包括激光位移传感器(14)，信号放大器和计算机；激光位移传感器(14)与信号放大器和计算机相连接，建立信号传递通道；信号放大器将激光位移传感器(14)采集到的信号，通过信号放大传递给计算机，信号在计算机中经过处理，得到所需要的数字信号，由数字信号确定阀芯位移量。本发明可以直接测量阀芯位移，提高测量精度。
Description
技术领域
本发明属于电磁阀阀芯位移测量技术，尤其针对于汽车主动安全系统液压控制单元中阀芯位移测量的装置和方法。
背景技术
液压控制单元作为汽车动力学控制系统中的重要组成部分，应用要求越来越高。在主动安全系统中需求的瞬态高频制动压力控制过程中，对液压控制单元实现精确的制动压力线性控制可以大幅度提高制动系统的性能，减少液压控制单元中的噪声和制动盘的振动。而增压阀的位移值是线性控制系统中重要的反馈量，因此，可以实时准确地获取增压阀阀芯位移的大小的电磁阀阀芯位移测量装置，对于制动压力线性控制的实现具有重要意义。同时，通过阀芯位移的测量可以得到增压阀阀芯的开度，进而对阀流通性能的判断。
在电磁阀控制中，通常采用测量压力、电流、和磁感应强度等间接获得阀芯位移值。如专利号CN1587893A中公开的通过耐高压电涡流位移传感器的方法测量阀芯位移，这需要破坏阀体本身的结构，对阀性能产生一定的影响，成本也比较昂贵。专利号CN103438807A中公开的高压先导式气动电磁阀阀芯位移测量装置及方法，主要通过激光位移传感器对阀芯位移传递装置测量，以获得阀芯位移，但该方法对阀芯造成较大阻力，对阀的性能也产生一定影响，无法实现高精度测量。专利号CN102692200A中公开的电磁阀阀芯位移自动化检测装置和方法，利用探针测量阀芯位移，但考虑到所述阀没有密封结构，无法测量其它类型阀体内阀芯位移。
因此，对于液压控制单元中高速开关阀，由于其阀芯被密封在阀体内，阀芯位移测量比较困难，目前尚无比较成熟的设备和方法进行测量。
发明内容
为了测量液压控制单元中高速开关阀的阀芯位移，同时保证增压阀阀体密封和阀芯位移测量精度、和测量设备不影响增压阀工作性能，本发明的目的在于提出一种基于激光位移传感器的阀芯位移测量装置及方法。
本发明的技术方案是提供了一种基于激光位移传感器的阀芯位移测量装置，包括阀芯位移测试台架和信号采集及处理装置，其特征在于：
阀芯位移测试台架包括固定支架和可调支架，其中：
固定支包括底座、两根支柱和横梁；将两根支柱嵌入到底座的方形槽中，并用螺栓紧固，接着将横梁扣入到支柱的槽中；
可调支架包括第一定位螺钉、第二定位螺钉、粗调螺杆、第一导轨板、细调螺杆、第二导轨板、固定块、第一传感器固定板和第二传感器固定板；
第二导轨板嵌入到第一导轨板的滑槽中，粗调螺杆穿过第一导轨板的通孔与第二导轨板螺纹连接，第二定位螺钉与第二导轨板侧面螺纹孔螺纹连接；
固定块安装在第二导轨板的滑槽中，细调螺杆穿过第二导轨板的通孔与固定块螺纹连接，第一定位螺钉与固定块侧面螺纹孔螺纹连接；
第二传感器固定板与固定块通过4个螺钉连接，第二传感器固定板能够在X轴方向上实现角度调节，第一传感器固定板能够实现Y轴方向上的角度调节，最后将激光位移传感器固定到第一传感器固定板上；
第一导轨板顶端的通孔与固定支架的横梁相连接，使整个可调支架固定在固定支架上；
信号采集及处理装置包括激光位移传感器，信号放大器和计算机；激光位移传感器与信号放大器和计算机相连接，建立信号传递通道；信号放大器将激光位移传感器采集到的信号，通过信号放大传递给计算机，信号在计算机中经过处理，得到所需要的数字信号，由数字信号确定阀芯位移量。
本发明的有益效果在于：
1.将密封在阀体内的阀芯位移巧妙地传递出来，不影响高速开关阀的密封性和工作性能。
2.激光位移传感器11放置的垂直度可以被保证。另外，可以精准的调节激光位移传感器11与被测物体的垂向距离。
3.可以直接测量阀芯位移，提高测量精度。
4.结构简单，成本较低。
5.装置及方法可在高温等恶劣环境下使用，稳定可靠，精度高。
6.适用性强，所述方法对于其他电磁阀阀芯位移测量同样适用。
附图说明
图1本发明阀芯位移测量装置结构示意图(侧视图)；
图2本发明阀芯位移测量装置结构示意图(正视图)；
图3本发明受测系统中的位移传递装置和密封装置剖面图；
图4本发明受测系统图；
图5本发明压紧套筒2零件图；
图6本发明可调支架图；
图7本发明第一导轨板21零件图；
图8本发明第二导轨板23零件图；
图9本发明固定块24零件图；
图10本发明第二传感器固定板26零件图
图11本发明固定支架图；
图12本发明阀芯位移测量原理图；
图13本发明阀芯位移测量装置及办法图；
其中：1-密封套筒、2-压紧套筒、3-外壳、4-线圈、5-阀芯、6-阀座、7-弹簧、8-橡胶圈、9-隔磁管、10-动铁、11-O型密封圈、12-塑料导杆、13-HCU、14-激光位移传感器、15-底座、16-支柱、17-横梁、18-第一定位螺钉、19-第二定位螺钉、20-粗调螺杆、21-第一导轨板、22-细调螺杆、23-第二导轨板、24-固定块、25-第一传感器固定板、26-第二传感器固定板、27-垫块。
具体实施方式
下面结合附图1-13对本发明作详细描述。
如图3和图4所示，本发明的检测对象为液压控制单元中高速开关阀，为说明该开关阀的结构，首先应当了解HCU13、阀芯位移传递装置和阀密封装置。
其中：HCU13是汽车的重要部件，它包括阀体、增压阀、减压阀等，下面以增压阀为例详细介绍本发明，增压阀主要包括外壳3、线圈4、阀芯5、阀座6、弹簧7、隔磁管9和动铁10；外界环境给线圈4供电，从而产生磁场，动铁10在电磁力等的作用下，产生轴向运动，由于弹簧7存在预紧力，使阀芯5时刻贴合动铁10，因此，在动铁10运动时，阀芯5也产生相应位移。
阀芯位移传递装置，即塑料导杆12；在动铁10的顶端攻了M2的螺纹孔，隔磁管9顶端钻有φ2.5mm的通孔，塑料导杆12穿过隔磁管9，与动铁10螺纹连接，顺利的将阀芯位移传递出来，方便测量。
阀密封装置，包括密封套筒1、压紧套筒2(如图5所示)、橡胶圈8和O型密封圈11；将O型密封圈11放到密封套筒1的阶梯孔中，然后将密封套筒1罩住塑料导杆12伸出隔磁管9的部分，与增压阀内部形成密封环境，为了保证密封套筒能够承受一定的压力，将压紧套筒2扣在密封套筒1外侧，并通过螺钉与橡胶圈8，使压紧套筒2与HCU13紧固，O型密封圈11在密封套筒1和隔磁管9之间产生变形，保证了密封环境能承受一定油压且不漏油，塑料导杆12在该密封环境中能够自由运动。
在以上说明的技术上，结合图1和图2，该实施例提供了一种基于激光位移传感器的阀芯位移测量装置，包括阀芯位移测试台架和信号采集及处理装置。
如图6和图11所示，阀芯位移测试台架包括固定支架和可调支架；其中固定支包括底座15、两根支柱16和横梁17。将两个支柱16嵌入到底座15的方形槽中，并用螺栓紧固，接着将横梁扣入到支柱16的槽中，拧上螺栓螺母，从而构成测量平台的基本构架。可调支架包括第一定位螺钉18、第二定位螺钉19、粗调螺杆20、第一导轨板21(如图7所示)、细调螺杆22、第二导轨板23(如图8所示)、固定块24(如图9所示)、第一传感器固定板25和第二传感器固定板26(如图10所示)。第二导轨板23嵌入到第一导轨板21的滑槽中，粗调螺杆20穿过第一导轨板21的通孔与第二导轨板23螺纹连接，第二定位螺钉19与第二导轨板23侧面螺纹孔螺纹连接，当粗调螺杆20旋转时，第二导轨板23被限位，不能随粗调螺杆20一起旋转运动，从而迫使第二导轨板23在第一导轨板21的滑槽中做直线运动，由于粗调螺杆20的螺距比较大，因此可以实现大比例的位移调节，而对于第二定位螺钉19，其作用主要是在粗调螺杆20调节到测量所需位置时，拧紧第二定位螺钉19，使第二定位螺钉19的顶端与第一导轨板21接触，产生较大摩擦力，从而达到固定第二导轨板23的作用，当第二定位螺钉19被拧松时，第二导轨板23可以在第一导轨板21滑槽中自由运动。
固定块24安装在第二导轨板23的滑槽中，细调螺杆22穿过第二导轨板23的通孔与固定块24螺纹连接，第一定位螺钉18与固定块24侧面螺纹孔螺纹连接，与粗调机构同理，当细调螺杆22旋转时，固定块24做直线运动，由于细调螺杆22螺距较小，因此可实现细调功能，另外，第一定位螺钉18被拧紧时，第一定位螺钉18顶端与第二导轨板23接触，产生摩擦力，达到固定固定块24的作用。
第二传感器固定板26与固定块24通过4个螺钉连接，由于第二传感器固定板26上的孔径较大，因此，可以实现第二传感器固定板26在X轴方向上的微小角度调节，第一传感器固定板25与第二传感器固定板26通过侧面的长孔相连接，可实现Y轴方向上的微小角度调节，最后将激光位移传感器14固定到第一传感器固定板25上。
如图12所示，最后将第一导轨板21顶端的通孔与固定支架的横梁17相连接，使整个调节机构固定在固定支架上。在该调节机构中，X方向上和Y轴方向上的微小角度调节，主要保证激光位移传感器14被固定时的垂直度，使其发出来的激光垂直射到塑料导杆12的端面上。而对于可调支架的粗调机构和细调机构，主要是在Z轴方向上，将激光位移传感器14精确调节到可测范围以内。
信号采集及处理装置包括激光位移传感器14，信号放大器和计算机；激光位移传感器14与信号放大器和计算机相连接，建立信号传递通道。信号放大器将激光位移传感器14采集到的信号，通过信号放大传递给计算机，信号在计算机中经过软件处理，得到所需要的数字信号，即阀芯位移量。
激光位移传感器14固定在第一传感器固定板25上，将受测系统置于底座15上，且在激光位移传感器14正下方，另外，根据实际情况，可选择相应大小的垫块27，使受测系统在调节支架可以调节的范围之内，整个系统搭建完成，可进行阀芯位移测量。
测试过程具体如下所示：
步骤1、将塑料螺杆12拧到改装过的增压阀的动铁10中；
步骤2、将装配好的密封装置罩在增压阀顶端，并用螺钉和橡胶圈8将密封装置和HCU紧固上；
步骤3、安装好阀芯位移测试台架的固定支架；
步骤4、组装好可调支架的粗调结构和细调机构，然后安装第一传感器固定板25和第二传感器固定板26，其螺钉拧上即可，不用拧紧。
步骤5、所用激光位移传感器为OMD 24-2，将激光位移传感器14固定在第一传感器固定板25上，连接激光位移传感器14、信号放大器和计算机；
步骤6、选择合适大小的垫块27，并将受测系统置于垫块27，且放在激光位移传感器14正下方；
步骤7、调节第一传感器固定板25和固定块24的相对位置、第一传感器固定板25和第二传感器固定板26的相对位置，直到激光位移传感器14的激光垂直射到塑料导杆12的端面上，拧紧步骤4未拧紧的螺钉；
步骤8、开启计算机，设置好软件，给增压阀的线圈4供电，增压阀开始工作；
步骤9、操作计算机，计算机显示的位移曲线和数据即为增压阀工作时的阀芯位移；
本发明设计合理且巧妙，结构简单可靠，可高精度直接测量增压阀阀芯位移。
尽管参考附图详地公开了本发明，但应理解的是，这些描述仅仅是示例性的，并非用来限制本发明的应用。本发明的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本发明保护范围和精神的情况下针对发明所作的各种变型、改型及等效方案。
Claims (5)
1.一种基于激光位移传感器的阀芯位移测量装置，包括阀芯位移测试台架和信号采集及处理装置，其特征在于：
阀芯位移测试台架包括固定支架和可调支架，其中：
固定支包括底座(15)、两根支柱(16)和横梁(17)；将两根支柱(16)嵌入到底座(15)的方形槽中，并用螺栓紧固，接着将横梁(17)扣入到支柱(16)的槽中；
可调支架包括第一定位螺钉(18)、第二定位螺钉(19)、粗调螺杆(20)、第一导轨板(21)、细调螺杆(22)、第二导轨板(23)、固定块(24)、第一传感器固定板(25)和第二传感器固定板(26)；
第二导轨板(23)嵌入到第一导轨板(21)的滑槽中，粗调螺杆(20)穿过第一导轨板(21)的通孔与第二导轨板(23)螺纹连接，第二定位螺钉(19)与第二导轨板(23)侧面螺纹孔螺纹连接；
固定块(24)安装在第二导轨板(23)的滑槽中，细调螺杆(22)穿过第二导轨板(23)的通孔与固定块(24)螺纹连接，第一定位螺钉(18)与固定块(24)侧面螺纹孔螺纹连接；
第二传感器固定板(26)与固定块(24)通过4个螺钉连接，第二传感器固定板(26)能够在X轴方向上实现角度调节，第一传感器固定板(25)能够实现Y轴方向上的角度调节，最后将激光位移传感器(14)固定到第一传感器固定板(25)上；
第一导轨板(21)顶端的通孔与固定支架的横梁(17)相连接，使整个可调支架固定在固定支架上；
信号采集及处理装置包括激光位移传感器(14)，信号放大器和计算机；激光位移传感器(14)与信号放大器和计算机相连接，建立信号传递通道；信号放大器将激光位移传感器(14)采集到的信号，通过信号放大传递给计算机，信号在计算机中经过处理，得到所需要的数字信号，由数字信号确定阀芯位移量。
2.根据权利要求1所述的基于激光位移传感器的阀芯位移测量装置，其特征在于：当粗调螺杆(20)旋转时，第二导轨板(23)被限位，不能随粗调螺杆(20)一起旋转运动，从而迫使第二导轨板(23)在第一导轨板(21)的滑槽中做直线运动；第二定位螺钉(19)作用是在粗调螺杆(20)调节到测量所需位置时，拧紧第二定位螺钉(19)，使第二定位螺钉(19)的顶端与第一导轨板(21)接触，从而固定第二导轨板(23)，当第二定位螺钉(19)被拧松时，第二导轨板(23)能够在第一导轨板(21)滑槽中自由运动。
3.根据权利要求1所述的基于激光位移传感器的阀芯位移测量装置，其特征在于：当细调螺杆(22)旋转时，固定块(24)做直线运动，第一定位螺钉(18)被拧紧时，第一定位螺钉(18)顶端与第二导轨板(23)接触，从而固定固定块(24)。
4.根据权利要求1所述的基于激光位移传感器的阀芯位移测量装置，其特征在于：在该调节机构中，通过X方向上和Y轴方向上的角度调节，保证激光位移传感器(14)被固定时的垂直度，使激光位移传感器(14)发出来的激光垂直射到塑料导杆(12)的端面上。
5.根据权利要求1所述的基于激光位移传感器的阀芯位移测量装置的测试方法：其特征在于：
步骤1、将塑料螺杆(12)拧到改装过的增压阀的动铁(10)中；
步骤2、将装配好的密封装置罩在增压阀顶端，并用螺钉和橡胶圈(8)将密封装置和HCU(13)紧固；
步骤3、安装好阀芯位移测试台架的固定支架；
步骤4、组装好可调支架的粗调结构和细调机构，然后安装第一传感器固定板(25)和第二传感器固定板(26)，它们的固定螺钉不用拧紧；
步骤5、将激光位移传感器(14)固定在第一传感器固定板(25)上，连接激光位移传感器(14)、信号放大器和计算机；
步骤6、选择合适的垫块(27)，并将受测装置置于垫块(27)，且放在激光位移传感器(14)正下方；
步骤7、调节第一传感器固定板(25)和固定块(24)的相对位置、第一传感器固定板(25)和第二传感器固定板(26)的相对位置，直到激光位移传感器(14)的激光垂直射到塑料导杆(12)的端面，拧紧步骤4未拧紧的固定螺钉；
步骤8、开启计算机，给增压阀的线圈(4)供电，增压阀开始工作；
步骤9、操作计算机，计算机显示的位移曲线和数据即为增压阀工作时的阀芯位移。
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