CN107014480B - 线性马达位移振幅检测方法和检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种线性马达位移振幅检测方法，包括以下步骤：S100：将线性马达放置于检测装置上，并使所述线性马达处于稳态工作状态，检测所述线性马达的加速度；S200：将测得的所述线性马达的加速度通过转换公式获得并输出所述线性马达的稳态位移振幅。本发明还提供一种线性马达位移振幅检测装置。本发明提出的技术方案仅需要一套加速度测量装置即可测量线性马达稳态振动时的位移，测量精度高，测量装置简单可行。

Description

线性马达位移振幅检测方法和检测装置

技术领域

本发明属于马达检测领域，具体为一种线性马达位移振幅检测方法和检测装置。

背景技术

线性马达的位移测试通常非常麻烦，由于位移特别小且在不停运动，常用的度量工具无法进行有效的测量；另一方面，线性马达的外壳不能打开进行测量，否则会影响马达的振动，因此常用的激光等工具也无法达到相应的目的。

发明内容

本发明提出了一种线性马达位移检测方法和检测装置，本发明利用线性马达稳态振动时加速度与位移之间的特定关系，使用加速度检测单元测量该线性马达稳态振动时的加速度，再通过特定关系将测量得到的加速度结果转化为位移振幅，从而得到所需的线性马达的位移振幅的测量结果。

具体技术方案如下：

一种线性马达位移振幅检测方法，包括以下步骤：

S100：将线性马达放置于检测装置上，并使所述线性马达处于稳态工作状态，检测所述线性马达的加速度；

S200：将测得的所述线性马达的加速度通过转换公式获得并输出所述线性马达的稳态位移振幅；所述转换公式为：

其中，a(0)为所述线性马达稳态工作初始时刻的加速度，y₀为线性马达的稳态位移振幅值，w_n为线性马达的自由振荡角频率，ξ为阻尼系数。

一个实施例中，所述线性马达位移振幅检测方法还包括以下步骤：

S300：确定校准常数；

S400：通过公式y₁＝k·y₀对线性马达的稳态位移振幅进行校准，并输出稳态位移振幅的校准值；

其中，y₀为步骤S200中计算获得的线性马达的稳态位移振幅，y₁为稳态位移振幅的校准值，k为校准常数。

一个实施例中，步骤S300中所述校准常数k的确定包括以下步骤：

S301：测量所述线性马达的振子的质量w1以及线性马达除振子外的质量w2；

S302：测量所述检测装置的质量w3；

S303：通过公式计算获得校准常数k。

进一步的，步骤S300中的所述校准常数k的确定包括以下步骤：

S301’：调整线性马达的驱动电压，使线性马达振子的当前稳态位移振幅等于振子不工作时与线性马达边沿之间的距离，记录当前的测量驱动电压U1；

S302’：根据所述当前稳态位移振幅获取预测驱动电压U0；

S303’：通过公式计算获得校准常数k。

一个实施例中，步骤S100中，所述检测装置包括检测平台以及加速度检测单元；所述加速度检测单元固定于所述检测平台上，且所述加速度检测单元的测量方向与所述线性马达的振动方向共线。

为解决技术问题，本发明还提供了一种线性马达位移振幅检测装置，包括：

检测平台，用于放置待测的线性马达；

加速度检测单元，固定于所述检测平台上，用于检测所述线性马达稳态工作时的加速度；

控制单元，与所述线性马达和所述加速度检测单元电连接，用于向所述线性马达提供驱动电压，并将测得的所述线性马达的加速度通过转换公式获得并输出所述线性马达的稳态位移振幅；所述转换公式为：

其中，a(0)为所述线性马达稳态工作初始时刻的加速度，y₀为线性马达的稳态位移振幅值，w_n为线性马达的自由振荡角频率，ξ为阻尼系数。

一个实施例中，所述线性马达位移振幅检测装置还包括与所述控制单元电连接的校准单元；所述校准单元用于获取校准常数，并对所述控制单元输出的所述稳态位移振幅进行校准。

一个实施例中，所述校准单元包括计算模块以及重量传感器；所述重量传感器测量所述线性马达的振子的质量w1、线性马达的除振子外的质量 w2、以及所述检测装置的质量w3，并将测量结果发送至所述计算模块；

所述计算模块根据所述测量结果通过公式计算获得校准常数。

一个实施例中，所述校准单元包括计算模块以及电压传感器；所述电压传感器用于在所述线性马达的当前稳态位移振幅等于振子不工作时与线性马达边沿之间的距离时检测当前的测量驱动电压U1，并将所述测量驱动电压U1发送至所述计算模块；

所述计算模块用于根据所述线性马达的当前稳态位移振幅获取预测驱动电压U0，并根据公式计算获得校准常数。

一个实施例中，所述线性马达与所述检测平台刚性接触，且所述加速度检测单元的测量方向与所述线性马达的振动方向共线。

本发明的线性马达位移振幅检测方法及检测装置仅需要一套加速度检测单元即可实现该线性马达稳态振动时的位移振幅检测，无需打开线性马达的外壳即可实现测量，其测量精度高且测量装置简单可行。

附图说明

图1是本发明一实施例中线性马达位移振幅检测方法流程图；

图2是本发明一实施例中的确定校准常数的方法流程图；

图3是本发明另一实施例中的确定校准常数的方法流程图；

图4是本发明一实施例中的线性马达位移振幅变化实验图；

图5是本发明一实施例中的加速度、稳态位移振幅以及预测驱动电压随时间变化的理论图；

图6是本发明一实施例中的线性马达位移振幅检测装置的结构示意图；

图7是本发明一实施例中的线性马达位移振幅检测装置的结构框图；

图8是本发明一实施例中的线性马达位移振幅检测装置的结构侧视图；

图9是本发明另一实施例中的线性马达位移振幅检测装置的结构侧视图；

图10是本发明又一实施例中的线性马达位移振幅检测装置的结构侧视图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，对本发明的技术方案做详细描述。应当理解，附图中所示各零部件是示意性而非限制性的，各特征未按比例画出。

如图1所述，本发明一实施例中提出了一种线性马达位移振幅检测方法；其中，本发明的所述线性马达为可称为线性电机、直线电机或直线马达，包括振子和定子，所述定子可被驱动产生感应磁场的结构，所述振子与定子相互作用，产生感应电动势，振子根据定子驱动信号的不同而产生不同形式的机械振动。本发明的基本原理如下：

对于线性马达来说，其电磁力可以看做是不变的，因此，振子在电磁力作用下的振荡方程为：

式中，y(t)是振子振动位移，x(t)是电磁力与振子弹性系数的比值。

在稳态振荡结束的地方，初始条件为

将式(2)中初始条件带入式(1)，使用拉普拉斯变换方法对其求解，再进行反拉普拉斯变化，可以得到位移的时域表示，再求两次导数，可以得到加速度的时域方程表示为：

在稳态振动时，线性马达的驱动波形和振动的速度同相，控制驱动波形在过零点释放意味着马达此时亦处于速度过零点或者接近于过零点，而由于速度是位移的一阶微分，此时位移处于振幅峰值点，如图4所示。在该图4中，横坐标为时间变量，纵坐标为位移振幅变量；其中，A所示坐标位置为释放点在电压过零点时，振动幅度到达最高点。

在0时刻，即初始时刻，加速度为：

其中，a(0)为线性马达稳态工作初始时刻的加速度，y₀为线性马达的稳态位移振幅，w_n为线性马达的自由振荡角频率，ξ为阻尼系数。式(4) 中除稳态位移振幅y₀外其余参数都是容易测量的，因此，根据式(4)变换可以得到稳态位移振幅y₀为：

由上述式(5)可知，通过测量线性马达的加速度可间接获得该振动马达的位移振幅。

进一步参见图1，本发明的线性马达位移振幅检测方法具体包括以下步骤：

S100：将线性马达放置于检测装置上，并使线性马达处于稳态工作状态，检测线性马达的加速度。

S200：将测得的线性马达的加速度通过转换公式(即上面式(5))获得并输出线性马达的稳态位移振幅。

此外，本发明所提出的线性马达位移振幅检测方法还包括对上述稳态位移振幅进行校准的步骤：

S300：确定校准常数k；

S400：通过公式y₁＝k·y₀对线性马达的预测稳态位移振幅进行校准，并输出稳态位移振幅的校准值。

其中，y₀为所述步骤S200中检测到的线性马达的稳态位移振幅，y₁为稳态位移振幅的校准值，k为校准常数。

其中，步骤S300中的校准常数k可通过两种方法得到。图2示出了借助重量比来获得校准常数k的流程步骤。该方法包括以下步骤：

S301：测量线性马达的振子的质量w1，以及除振子外的线性马达其余部分的质量w2；

S302：测量检测装置的质量w3；

S303：通过公式计算获得校准常数k。

图3示出了本发明借助驱动电压比值来获取校准常数k的方法。如图3 所示，该方法包括以下步骤：

S301’：调整线性马达的驱动电压，使线性马达振子的当前稳态位移振幅等于振子不工作时与线性马达边沿之间的距离，记录当前的测量驱动电压U1；

S302’：根据当前稳态位移振幅获取预测驱动电压U0；

S303’：通过公式计算获得校准常数k。

其中，图5示出了该加速度、稳态位移振幅以及预测驱动电压随时间变化的理论关系图。如图5所示，曲线L1表示理论驱动电压，其为正弦波，并在0相位释放信号；曲线L2表示理论的加速度输出曲线；曲线L3表示理论的稳态位移振幅。因此，可分别从图5中的加速度输出曲线L2和稳态位移振幅曲线L3中直接测量分别得到线性马达的加速度和位移振幅的理论值。将该理论值与本发明通过图1所示的检测方法获得的稳态位移振幅的计算值进行对比，可以看出本发明获得的稳态位移振幅的误差小于5％。

图6-7示出了本发明一实施例中的线性马达位移振幅检测装置。如图 6-7所示，该线性马达位移振幅检测装置大体上包括检测平台2、加速度检测单元3、控制单元4以及校准单元5。其中，该检测平台2具有检测面 21，待测的线性马达1放置在检测平台2的检测面21上。加速度检测单元 3固定在检测平台2上，用于检测待测的线性马达1在稳态工作时的加速度。其中，在本实施例中，该加速度检测单元3位于检测平台2的非检测面上(即该加速度检测单元3不放置在检测面21上)。控制单元4与线性马达1以及加速度检测单元3电连接，由此可一方面用于向线性马达提供驱动电压，另一方面还对加速度检测单元测得的振动马达的加速度通过转换公式(上述式(5))来获得该线性马达的稳态位移振幅，并输出该稳态位移振幅。而校准单元5则与该控制单元4电连接，用于获取校准常数、对控制单元输出的线性马达的稳态位移振幅进行校准，并输出稳态位移振幅的校准值。其中，该加速度检测单元3在本实施例中优选为加速度计。

具体如图7所示，该校准单元6大体上包括计算模块61以及传感器模块62。在本发明一实施例中，该传感器模块62可为重量传感器。其中，该重量传感器可测量该线性马达的振子的质量w1、除振子外的线性马达其余部分的质量w2、以及整个检测装置的质量w3，并将测量结果发送至所述计算模块61。而计算模块61可根据上述的测量结果，通过公式计算获得校准常数k。

在本发明的另一实施例中，该传感器模块62为电压传感器。具体地，该电压传感器可在所述线性马达的当前稳态位移振幅等于振子不工作时与线性马达边沿之间的距离时检测当前的测量驱动电压U1，并将测量驱动电压U1发送至计算模块61。而计算模块61则根据该线性马达的当前稳态位移振幅获取预测驱动电压U0，并根据公式计算获得校准常数k。

另外，为保证加速度测量的准确度以及保证测量的加速度与线性马达实际的加速度保持常系数关系，在本发明一实施例中还对该线性马达与检测装置进行限定。具体地，在本实施例中，该线性马达优选地与检测平台 2刚性接触，由此保证该加速度的测量精度。其中，该检测平台2可采用硬质材料制成，如大理石板、硬质玻璃等，以便实现与待检测线性马达之间的刚性接触，实现将待测线性马达的振动有效传递到检测平台2的效果，提高检测工装检测的准确性。

当然，在其他实施例中，可以例如设置额外的夹紧机构或者压紧机构，将线性马达1固定在检测平台2上，并保持与该检测平台2的刚性接触。图8-9分别示出了保证该线性马达1与检测平台2刚性接触的两个实施例。在图8所示的实施例中可设置夹紧装置11将线性马达1夹紧在检测平台2 上，以将该线性马达1与检测平台2刚性接触。其中，夹紧装置11为各类机械连接的可起到紧固作用的夹持装置，如连杆式夹持机构或柔性夹持机构等。而在图9所示的实施例中，则可设置按压装置12从线性马达1的重力方向将线性马达1固定于检测平台2上。当然，在其他实施例中，也可以采用其他手段来实现线性马达1和检测平台2的刚性接触。

另外，该加速度检测单元3放置在该检测平台2沿垂直于线性马达的振子的振动方向设置的侧面上，且该加速度检测单元3的测量方向与线性马达的振动方向共线。在本实施例中，如图6所示，该检测平台2大体上呈长方体状；线性马达1设置于该检测平台2上，且该线性马达1的重心与检测平台2的重心共线。在本实施例中，线性马达1沿水平方向振动，其振动方向如图6中箭头所示。在安装时，该加速度检测单元3可放置在检测平台沿垂直于振子的振动方向的侧面上，以使该加速度检测单元3的测量方向与振子的振动方向共线，从而提高加速度检测结果的准确性。

而在其他实施例中，该线性马达1可沿重力方向振动，如图10所示。此时，该加速度检测单元3放置在该检测平台2上垂直于重力方向且与检测面相对设置的侧面上，并且加速度检测单元3的测量方向、线性马达1 的重心以及检测平台2的重心共线。

另外，为保证加速度测量的精确度，在测量过程中需保证整个检测装置不能发生旋转。在本实施例中，加速度检测单元3与检测平台2可通过机械方式连接，如采用螺钉结构连接，或采用胶黏剂连接等。此外，加速度检测单元3与检测面呈180°放置，即加速度检测单元3与检测面不具有任何旋转角度，保证加速度检测单元3的测量方向与待测线性马达1的振动方向相同，从而保证检测结果的准确性以及测量的加速度与线性马达实际的加速度保持常系数关系。因此，采用本发明的位移振幅检测方法可通过检测工装检测台振动时的加速度来准确检测待测线性马达工作时振子的加速度值。

进一步如图6所示，该检测装置还包括导线电极10，该导线电极10 可分别与控制单元4和线性马达1电连接，由此形成线性马达工作的闭合驱动回路。

本发明的线性马达位移振幅检测方法及检测装置仅需要一套加速度检测单元即可实现该线性马达稳态振动时的位移振幅检测，无需打开线性马达的外壳即可实现测量，其测量精度高且测量装置简单可行。

应当理解，以上借助优选实施例对本发明的技术方案进行的说明是示意性的而非限制性的。本领域的普通技术人员在上述实施例的基础上可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种线性马达位移振幅检测方法，包括以下步骤：

S100：将线性马达放置于检测装置上，并使所述线性马达处于稳态工作状态，检测所述线性马达的加速度；

S200：将测得的所述线性马达的加速度通过转换公式获得并输出所述线性马达的稳态位移振幅；所述转换公式为：

其中，a(0)为所述线性马达稳态工作初始时刻的加速度，y₀为线性马达的稳态位移振幅值，w_n为线性马达的自由振荡角频率，ξ为阻尼系数。

2.根据权利要求1所述的线性马达位移振幅检测方法，其特征在于，还包括以下步骤：

S300：确定校准常数；

S400：通过公式y₁＝k·y₀对线性马达的稳态位移振幅进行校准，并输出稳态位移振幅的校准值；

其中，y₀为步骤S200中计算获得的线性马达的稳态位移振幅，y₁为稳态位移振幅的校准值，k为校准常数。

3.根据权利要求2所述的线性马达位移振幅检测方法，其特征在于，步骤S300中所述校准常数k的确定包括以下步骤：

S301：测量所述线性马达的振子的质量w1以及线性马达除振子外的质量w2；

S302：测量所述检测装置的质量w3；

S303：通过公式计算获得校准常数k。

4.据权利要求2所述的线性马达位移振幅检测方法，其特征在于，步骤S300中的所述校准常数k的确定包括以下步骤：

S301’：调整线性马达的驱动电压，使线性马达振子的当前稳态位移振幅等于振子不工作时与线性马达边沿之间的距离，记录当前的测量驱动电压U1；

S302’：根据所述当前稳态位移振幅获取预测驱动电压U0；

S303’：通过公式计算获得校准常数k。

5.根据权利要求1所述的线性马达位移振幅检测方法，其特征在于，步骤S100中，所述检测装置包括检测平台以及加速度检测单元；所述加速度检测单元固定于所述检测平台上，且所述加速度检测单元的测量方向与所述线性马达的振动方向共线。

6.一种线性马达位移振幅检测装置，其特征在于，包括：

检测平台，用于放置待测的线性马达；

加速度检测单元，固定于所述检测平台上，用于检测所述线性马达稳态工作时的加速度；

控制单元，与所述线性马达和所述加速度检测单元电连接，用于向所述线性马达提供驱动电压，并将测得的所述线性马达的加速度通过转换公式获得并输出所述线性马达的稳态位移振幅；所述转换公式为：

其中，a(0)为所述线性马达稳态工作初始时刻的加速度，y₀为线性马达的稳态位移振幅值，w_n为线性马达的自由振荡角频率，ξ为阻尼系数。

7.根据权利要求6所述的线性马达位移振幅检测装置，其特征在于，还包括与所述控制单元电连接的校准单元；所述校准单元用于获取校准常数，并对所述控制单元输出的所述稳态位移振幅进行校准。

8.根据权利要求7所述的线性马达位移振幅检测装置，其特征在于，所述校准单元包括计算模块以及重量传感器；所述重量传感器测量所述线性马达的振子的质量w1、线性马达的除振子外的质量w2、以及所述检测装置的质量w3，并将测量结果发送至所述计算模块；

所述计算模块根据所述测量结果通过公式计算获得校准常数。

9.根据权利要求7所述的线性马达位移振幅检测装置，其特征在于，所述校准单元包括计算模块以及电压传感器；所述电压传感器用于在所述线性马达的当前稳态位移振幅等于振子不工作时与线性马达边沿之间的距离时检测当前的测量驱动电压U1，并将所述测量驱动电压U1发送至所述计算模块；

所述计算模块用于根据所述线性马达的当前稳态位移振幅获取预测驱动电压U0，并根据公式计算获得校准常数。

10.根据权利要求6所述的线性马达位移振幅检测装置，其特征在于，所述线性马达与所述检测平台刚性接触，且所述加速度检测单元的测量方向与所述线性马达的振动方向共线。