CN107167068B

CN107167068B - 一种获取运动体位置的测试系统

Info

Publication number: CN107167068B
Application number: CN201710283110.7A
Authority: CN
Inventors: 屈碧环
Original assignee: Wuhan Tianfuhai Technology Development Co ltd
Current assignee: Wuhan Tianfuhai Technology Development Co ltd
Priority date: 2017-04-26
Filing date: 2017-04-26
Publication date: 2020-04-10
Anticipated expiration: 2037-04-26
Also published as: CN107167068A

Abstract

本发明提供了一种获取运动体位置的测试系统，包括：至少一套设置在待测运动体上的敏感体、位置传感单元、光电单元、位置信号传输光缆和位置数据处理单元；位置传感单元包括盒体以及三个型号相同、按照一定间距呈“品字形”方式排列的传感器；传感器放置在盒体中，且盒体固定在与敏感体距离为探测距离的位置处；光电单元设置在盒体中，用于将位置传感单元输出的反应运动体位置的电信号进行光电隔离和电平转换后，获得可以经由光缆远距离传输反应运动体位置的光信号；位置信号传输光缆用于将光信号传送到位置数据处理单元；位置数据处理单元用于根据光信号获得待测运动体的位置。本发明由于采用光缆作为信号传输介质，能够远距离传输信号，且抗电磁干扰能力强。

Description

一种获取运动体位置的测试系统

技术领域

本发明属于非接触测量技术领域，更具体地，涉及一种获取运动体位置的测试系统。

背景技术

目前测试运动体的关键位置的方法较多，比如利用霍尔效应的位移传感器，可以测量附加在轴或者运动体上磁体的运动来得到被测体运动参数，不过，由于霍尔元件是一种磁敏元件，要求被测对象必须是磁性材料，因而，很容易受到强电磁干扰影响。另外，目前还有利用激光、光栅或光栅尺等基于光学原理的测试系统，它们特别适用于强电磁干扰的工作场合，不过，也正是受制于它们的光学测试原理，其最高工作环境温度，大多要求低于50℃，况且它们很容易受到冰雹、暴雨、大雾(包括军事上面的人造烟雾、烟尘)等恶劣天气等的不良影响。

因此，需要研究一种测试运动体关键位置的新型、高可靠系统，它既要能够适应如日平均温差特别大、冰雹、暴雨、大雾(包括军事上面的人造烟雾、烟尘)和空气飘浮物以及油污等恶劣环境，还要具有较强的抗电磁干扰的能力、较强的抗盐雾等能力。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种获取运动体位置的测试系统，旨在解决不能适应恶劣工作环境、抗电磁干扰能力不强、测试运动体关键位置准确度低、可靠性不高等不足。

本发明提供了一种获取运动体位置的测试系统，包括：至少一套设置在待测运动体上的敏感体、位置传感单元、光电单元、位置信号传输光缆和位置数据处理单元；所述位置传感单元包括盒体以及三个型号相同、按照一定间距呈“品字形”方式排列的传感器；传感器放置在盒体中，且盒体固定在与敏感体距离为探测距离的位置处；所述光电单元设置在盒体中，用于将位置传感单元输出的反应运动体位置的电信号进行光电隔离和电平转换后，获得可以经由光缆远距离传输反应运动体位置的光信号；所述位置信号传输光缆用于将光电单元输出的反应运动体位置的光信号传送到位置数据处理单元；所述位置数据处理单元用于根据所述光信号获得待测运动体的位置。

更进一步地，光电单元包括：光电隔离处理电路和电光变换电路；所述光电隔离处理电路包括：光电耦合隔离芯片A₁，光电耦合隔离芯片A₂，光电耦合隔离芯片A₃，反相跟随芯片A₄，反相跟随芯片A₅，反相跟随芯片A₆，电阻R_L1，电阻R_L2，电阻R_L3，电阻R_L4，电阻R_L5，电阻R_L6，电阻R_L7，电阻R_L8，电阻R_L9，电容C₁，电容C₂，电容C₃，电容C₄，电容C₅，电容C₆，电容C_S1，电容C_S2，电容C_S3，电阻R_X1，电阻R_X2，电阻R_X3，二极管D_X1，二极管D_X2，二极管D_X3，二极管D_Z1，二极管D_Z2和二极管D_Z3；所述光电隔离处理电路与位置传感单元的9个接线端子T₁～T₉相接，接线端子T₁接电阻R_L1的一端，电阻R_L1的该端同时接电容C_S1的一端，电容C_S1的该端同时接参考电压U_S1+，电容C_S1的另一端接地线GND1，电阻R_L1的另一端接电阻R_X1的一端，接线端子T₂接电阻R_X1的该端，电阻R_X1的该端同时接二极管D_Z1的阴极，电阻R_X1的另一端接二极管D_X1的阴极，二极管D_X1的阴极同时接芯片A₁的第2脚，电容C₁的并接在电阻R_X1的两端，接线端子T₃接二极管D_Z1的阳极，二极管D_Z1的阳极同时接二极管D_X1的阳极，二极管D_X1的阳极同时接芯片A₁的第3脚，芯片A₁的第3脚接地线GND1，芯片A₁的第8脚接电容C₄的一端，电容C₄的该端同时接电源U_S2+，电容C₄的另一端接地线GND2，芯片A₁的第7脚和第6脚接电阻R_L7的一端，电阻R_L7的该端同时接芯片A₄的第3脚，电阻R_L7的另一端接电源U_S2+，芯片A₁的第5脚接地线GND2，芯片A₄的第1脚接电源U_S2+，芯片A₄的第8脚接地线GND2，芯片A₄的第2脚接接线端子T₁₀，接线端子T₁₁接地线GND2；接线端子T₄接电阻R_L2的一端，电阻R_L2的该端同时接电容C_S2的一端，电容C_S2的该端同时接参考电压U_S1+，电容C_S2的另一端接地线GND1，电阻R_L2的另一端接电阻R_X2的一端，接线端子T₅接电阻R_X2的该端，电阻R_X2的该端同时接二极管D_Z2的阴极，电阻R_X2的另一端接二极管D_X2的阴极，二极管D_X2的阴极同时接芯片A₂的第2脚，电容C₂的并接在电阻R_X2的两端，接线端子T₆接二极管D_Z2的阳极，二极管D_Z2的阳极同时接二极管D_X2的阳极，二极管D_X2的阳极同时接芯片A₂的第3脚，芯片A₂的第3脚接地线GND1，芯片A₂的第8脚接电容C₅的一端，电容C₅的该端同时接电源U_S2+，电容C₅的另一端接地线GND2，芯片A₂的第7脚和第6脚接电阻R_L8的一端，电阻R_L8的该端同时接芯片A₅的第3脚，电阻R_L8的另一端接电源U_S2+，芯片A₂的第5脚接地线GND2，芯片A₅的第1脚接电源U_S2+，芯片A₅的第8脚接地线GND2，芯片A₅的第2脚接接线端子T₁₂，接线端子T₁₃接地线GND2；接线端子T₇接电阻R_L3的一端，电阻R_L3的该端同时接电容C_S3的一端，电容C_S3的该端同时接参考电压U_S1+，电容C_S3的另一端接地线GND1，电阻R_L3的另一端接电阻R_X3的一端，接线端子T₈接电阻R_X3的该端，电阻R_X3的该端同时接二极管D_Z3的阴极，电阻R_X3的另一端接二极管D_X3的阴极，二极管D_X3的阴极同时接芯片A₃的第2脚，电容C₃的并接在电阻R_X3的两端，接线端子T₉接二极管D_Z3的阳极，二极管D_Z3的阳极同时接二极管D_X3的阳极，二极管D_X3的阳极同时接芯片A₃的第3脚，芯片A₃的第3脚接地线GND1，芯片A₃的第8脚接电容C₆的一端，电容C₆的该端同时接电源U_S2+，电容C₆的另一端接地线GND2，芯片A₃的第7脚和第6脚接电阻R_L9的一端，电阻R_L9的该端同时接芯片A₆的第3脚，电阻R_L9的另一端接电源U_S2+，芯片A₃的第5脚接地线GND2，芯片A₆的第1脚接电源U_S2+，芯片A₆的第8脚接地线GND2，芯片A₆的第2脚接接线端子T₁₄，接线端子T₁₅接地线GND2；经由接线端子T₁₀、T₁₁、T₁₂、T₁₃、T₁₄和T₁₅，将经光电隔离电路处理获得的信号传输给电光变换电路；电光变换电路包括：发送光纤头芯片O_P1，发送光纤头芯片O_P2，发送光纤头芯片O_P3，电阻R_P1，电阻R_P2，电阻R_P3，电容C_P1，电容C_P2，电容C_P3，电容C_P4，电容C_P5，电容C_P6；其中接线端子T10接芯片O_P1的1，2，3脚，且与电阻R_P1的一端相连，电阻R_P1的另一端与电源US2+相连，电源US2+接电容C_P1，电容C_P1的另一端与地线GND2、接线端子T₁₁相连，GND2接芯片O_P1的第4脚与电容C_P2的一端，电容C_P2的另一端与芯片O_P1的1，2，3脚相连，通过芯片O_P1的接线端子T₁₆连接位置信号传输光缆4，经由位置信号传输光缆4的Light1的T₁₉端子将处理过的光信号发给位置数据处理单元5；接线端子T₁₂接芯片OP2的1，2，3脚，且与电阻R_P2的一端相连，R_P2的另一端与电源US2+相连，电源US2+接电容C_P3，电容C_P3的另一端与地线GND2、接线端子T₁₃相连，GND2接芯片O_P2的第4脚与电容C_P4的一端，电容C_P4的另一端与芯片O_P2的1，2，3脚相连，通过芯片O_P2的接线端子T₁₇连接位置信号传输光缆4，经由位置信号传输光缆4的Light2的T₂₀端子将处理过的光信号发给位置数据处理单元5；接线端子T₁₄接芯片O_P3的1，2，3脚，且与电阻R_P3的一端相连，R_P3的另一端与电源US2+相连，电源US2+接电容C_P5，电容C_P6的另一端与地线GND2、接线端子T₁₅相连，GND2接芯片O_P3的第4脚与电容C_P6的一端，电容C_P6的另一端与芯片O_P3的1，2，3脚相连，通过芯片O_P3的接线端子T₁₈连接位置信号传输光缆4，经由位置信号传输光缆4的Light3的T₂₁端子将处理过的光信号发给位置数据处理单元5。

更进一步地，位置数据处理单元包括：光电变换电路和位置数据采集电路；光电变换电路包括接收光纤头芯片Op4，接收光纤头芯片Op5，接收光纤头芯片Op6，电阻R_p4，电阻R_p5，电阻R_p6，电容C_p7，电容C_p8和电容C_p9；光电变换电路与位置信号传输光缆的接线端子T₁₉～T₂₁相接，芯片Op4的第1脚接电源U_S3+，电阻R_p4的一端接电源U_S3+，电阻R_p4的另一端接芯片Op4的第2脚，电容C_p7的一端接芯片Op4的第2脚，电容C_p7的另一端接地线GND3，芯片Op4的第3脚和第4脚接地线GND3，接线端子T₂₂接芯片Op4的第2脚；芯片Op5的第1脚接电源U_S3+，电阻R_p5的一端接电源U_S3+，电阻R_p5的另一端接芯片Op5的第2脚，电容C_p8的一端接芯片Op5的第2脚，电容C_p8的另一端接地线GND3，芯片Op5的第3脚和第4脚接地线GND3，接线端子T₂₃接芯片Op5的第2脚；芯片Op6的第1脚接电源U_S3+，电阻R_p6的一端接电源U_S3+，电阻R_p6的另一端接芯片Op6的第2脚，电容C_p9的一端接芯片Op6的第2脚，电容C_p9的另一端接地线GND3，芯片Op6的第3脚和第4脚接地线GND3，接线端子T₂₄接芯片Op6的第2脚，经由接线端子T₂₂、T₂₃和T₂₄；位置数据采集电路用于接收来自光电变换电路处理的待测运动体位置的电信号PW1。

更进一步地，敏感体的材料为金属，具体为铝、钢或铜。

更进一步地，敏感体的宽度a大于等于传感器测试端面直径d，所述敏感体的深度b大于等于探测距离x，所述敏感体的高度h大于等于传感器测试端面直径d。

更进一步地，相邻传感器之间的中心间距c大于等于探测间距x的2倍。

本发明具有如下技术优点：

(1)本测试系统采用电涡流接近开关，充当位置检测用传感器，它能够适应日平均温差特别大的恶劣天气，对包括军事上面的人造烟雾、烟尘、空气飘浮物和油污等环境条件不敏感；

(2)本测试系统采用“品字形”方式，布置传感器，能够有效降低传感器盒体尺寸，压缩传感器盒体的安装空间，尤其适合于那些安装位置狭小而对位置测量要求又极为苛刻的应用场合；

(3)本测试系统将位置传感单元与光电单元集成安装在一个传感器盒体中，最大限度缩短两者之间的传输距离，降低受干扰的概率；

(4)本测试系统采用光纤传输反映待测运动体位置的光信号，既可以实现远距离传输，还不容易受到电磁干扰，尤其适合于那些具有强电磁干扰的工作环境。

总之，本发明测试系统由于采用光缆作为信号传输介质，能够远距离传输信号，且抗电磁干扰能力强。本发明测试系统由于三通道均采用了电涡流传感器，可靠性高，能够适应人造烟雾、烟尘和空气飘浮物、油污等恶劣工作环境。

附图说明

图1为本发明测试系统的一种具体实施方式的结构示意图。

图2为说明本发明测试系统的待测运动体与敏感体之间的布置方式以及敏感体的结构示意图。

图3为说明本发明测试系统的位置传感单元呈现“品字形”排列的结构示意图。

图4为说明本发明测试系统的位置传感单元输出的反映运动参数的方波波形示意图。

图5为说明本发明测试系统的图1中的光电单元中的光电隔离处理电路的原理图。

图6为说明本发明测试系统的图1中的光电单元中的电光变换电路的原理图。

图7为说明本发明测试系统的图1中的位置数据处理单元中的光电变换电路的原理图。

图8为说明本发明测试系统的待测运动体与敏感体之间的另外一种布置方式以及敏感体的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明属于非接触测量技术，具体涉及一种获取运动体位置的高可靠测试系统，适用于包括以下方面的关键位置检测系统中：如电磁发射装置、直线电机、快速直线移动体、旋转电机以及旋转物体等方面。本发明所提供的获取运动体位置的高可靠测试系统，能够应用于工作环境条件恶劣、电磁干扰强度大、安装位置严格约束的场合，它还具有可靠性高、安装方便、易于调试等优势。

本发明所提供的获取运动体位置的高可靠测试系统包括：至少一套安装在待测运动体的敏感体、位置传感单元、光电单元、位置信号传输光缆和位置数据处理单元五个部分。

敏感体可以是铝、钢、铜等不同金属材料，将其安装在待测运动体上，需要牢靠紧固，以免高速时脱落。

位置传感单元，要求将三个相同型号的传感器按照一定的间距呈“品字形”方式排列，安装在传感器盒体中，有利于减小传感器盒体尺寸。将安装有传感器的传感器盒体固定在与敏感体距离为探测距离的位置处。

光电单元，将位置传感单元输出的反应运动体位置的电信号进行光电隔离和电平转换后，转变为可以经由光缆传输的光信号，有利于远距离传输反应运动体位置的信号，为了最大限度缩短位置传感单元与光电单元之间的传输距离，特将它们集成安装在一个传感器盒体中。

位置信号传输光缆，是将来自于光电单元输出的反应运动体位置的光信号，传送到位置数据处理单元，并采集获得反应运动体位置的光信号，最后经过简单计算，便可以得到待测运动体的位置和其它运动参数。

本发明装置利用安装在待测运动体上的敏感体进入和离开传感器的感知范围时，传感器能够输出反映运动体运动状态的高低电平的方波信号，利用该方波信号，很容易计算获得待测运动体的位置和其它运动参数，还可以判断运动方向。

在测试系统正常工作时，某通道传感器一旦探测到安装在待测运动体的敏感体时，都会相应输出一个高电平(或者低电平，这取决于设计者的习惯，既可以假设当传感器探测到敏感体时输出高电平，也可以假设当传感器探测到敏感体时输出低电平)的方波信号。

为了后面分析方便起见，在本发明中，传感器测试端面与敏感体之间的探测距离为x；传感器之间的中心间距为c，传感器测试端面的直径为d；将三路传感器布置成正三角形方式；假设敏感体的高度为h、宽度为a、深度为b；当传感器探测到敏感体时，输出高电平；当待测运动体的敏感体先后依次穿过传感器2-1、传感器2-2和传感器2-3，输出高低电平的波形分别对应为S_2-1、S_2-2和S_2-3，假设此时待测运动体为前进方向，反之，当待测运动体的敏感体先后依次穿过传感器2-3、传感器2-2和传感器2-1，输出高低电平的波形对应为S_2-3、S_2-2和S_2-1，假设此时待测运动体为后退方向。

以待测运动体前进方向为例，即待测运动体的敏感体先后依次穿过传感器2-1、传感器2-2和传感器2-3，输出高低电平的波形对应为S_2-1、S_2-2和S_2-3，假设每一个传感器的输出波形的上升沿所对应的时间分别t_2-1、t_2-2和t_2-3，假设每一个传感器的输出波形的下降沿所对应的时间分别t’_2-1、t’_2-2和t’_2-3，根据物理知识，可以得到待测运动体的敏感体离开传感器2-2时的速度V_2-2的表达式为：

同理，可以得到待测运动体的敏感体离开传感器2-3时的速度V_2-3的表达式为：

当然，可以计算得到待测运动体的敏感体离开传感器2-3时的加速度A的表达式为：

联立表达式(1)～(3)，可以得到待测运动体的加速度A的表达式为：

根据前面的论述得知，表达式中的参数c是已知的，可以由位置数据处理单元获得三路高低电平的上升沿的时间差，即可获得待测运动体的位置、速度和加速度等运动参数。同理，也可以利用下降沿得到待测运动体的位置、速度和加速度等运动参数，恕不赘述。

前面的分析过程，是基于测试系统正常工作时得出的运动参数。如果某通道传感器出现故障时，本测试系统仍然可以得到待测运动体的运动参数。不失一般性，假设传感器 2-2出现故障，利用上升沿，可以得到待测运动体的敏感体离开传感器2-3时的速度V’_2-3的表达式为：

利用下降沿，可以得到待测运动体的敏感体离开传感器2-3时的速度V”_2-3的表达式为：

联立表达式(5)和(6)，可以得到待测运动体的加速度A’的表达式为：

由此可见，如果出现某通道传感器故障时，本测试系统仍然是可以得到待测运动体的运动参数的。

当然，待测运动体后退时的分析方法与此相类似，不再赘述。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所述，本发明测试系统中的x，表示传感器端面与敏感体端面间距，又称为探测距离，它是由传感器2-1、传感器2-2和传感器2-3的具体型号决定的。待测运动体1可以是直线运动或旋转运动的物体。位置传感单元2，内置三路传感器和光电单元3，三路传感器的共计9个接线端子T₁～T₉，连接到光电单元3，由光电单元3将三路传感器输出的反应待测运动体1位置的方波信号，进行光电隔离处理之后，再由电光变换电路处理得到光信号，经由位置信号传输光缆4中的光缆Light1～Light3，传输给位置数据处理单元5，由位置数据处理单元5将接收到的光信号，经过光电处理之后，得到反应测运动体1位置的电信号，再由位置数据处理单元5，经过计算，得到待测运动体的位置、速度和加速度等运动参数。

如图2所述，将敏感体1-2紧固安装在待测运动体1-1上，敏感体的高度为h、宽度为a、深度为b。根据产品手册，在选择该参数时，必须考虑所选择的具体传感器型号以及现场安装传感器盒体的空间位置约束，即要求宽度a大于等于传感器测试端面直径d，要求深度b大于等于探测距离x，要求高度h大于等于传感器测试端面直径d。

如图3所述，位置传感单元2包括三路呈“品字形”对称布置的传感器2-1、传感器2-2和传感器2-3以及传感器盒体2-4。在位置传感单元2中，将传感器2-1、传感器2-2和传感器2-3，按照“品字形”对称布置在正三角的三个顶点所在的位置上，相邻两个传感器之间的中心间距为c，根据产品手册，在选择该参数时，必须兼顾具体安装空间的位置约束条件，但是，为了降低传感器之间的相互影响，本发明要求两个传感器之间的中心间距c，大于等于探测间距的2倍，即2x。每一路传感器均有三个接线端子，即T₁～T₉共计9个接线端子。将这9个接线端子T₁～T₉，对应连接到光电单元3中，由光电单元3将三路传感器输出的反应待测运动体1位置的电信号，进行光电隔离处理和电光变换处理之后，得到光信号。为了最大限度缩短位置传感单元2与光电单元3之间的传输距离，特将它们集成安装在传感器盒体2-4中。

如图4所述，本发明以待测运动体前进方向为例，即待测运动体的敏感体先后依次穿过传感器2-1、传感器2-2和传感器2-3，输出高低电平的波形，分别对应为S_2-1、S_2-2和S_2-3，每一个传感器的输出波形的上升沿所对应的时间分别t_2-1、t_2-2和t_2-3。由前所述，根据获得的上升沿所对应的时间t_2-1、t_2-2和t_2-3以及相邻两个传感器之间的中心间距c，经由位置数据处理单元5，即可计算得到待测运动体的位置、速度和加速度等运动参数。

如图5所述，光电单元3由光电隔离处理电路3-1和电光变换电路3-2两部分组成。光电隔离处理电路3-1与位置传感单元2的9个接线端子T₁～T₉相接，接线端子T₁接电阻R_L1的一端，电阻R_L1的该端同时接电容C_S1的一端，电容C_S1的该端同时接参考电压U_S1+，电容C_S1的另一端接地线GND1，电阻R_L1的另一端接电阻R_X1的一端，接线端子T₂接电阻R_X1的该端，电阻R_X1的该端同时接二极管D_Z1的阴极，电阻R_X1的另一端接二极管D_X1的阴极，二极管D_X1的阴极同时接芯片A₁的第2脚，电容C₁的并接在电阻R_X1的两端，接线端子T₃接二极管D_Z1的阳极，二极管D_Z1的阳极同时接二极管D_X1的阳极，二极管D_X1的阳极同时接芯片A₁的第3脚，芯片A₁的第3脚接地线GND1，芯片A₁的第8脚接电容C₄的一端，电容C₄的该端同时接电源U_S2+，电容C₄的另一端接地线GND2，芯片A₁的第7脚和第6脚接电阻R_L7的一端，电阻R_L7的该端同时接芯片A₄的第3脚，电阻R_L7的另一端接电源U_S2+，芯片A₁的第5脚接地线GND2，芯片A₄的第1脚接电源U_S2+，芯片A₄的第8脚接地线GND2，芯片A₄的第2脚接接线端子T₁₀，接线端子T₁₁接地线GND2。接线端子T₄接电阻R_L2的一端，电阻R_L2的该端同时接电容C_S2的一端，电容C_S2的该端同时接参考电压U_S1+，电容C_S2的另一端接地线GND1，电阻R_L2的另一端接电阻R_X2的一端，接线端子T₅接电阻R_X2的该端，电阻R_X2的该端同时接二极管D_Z2的阴极，电阻R_X2的另一端接二极管D_X2的阴极，二极管D_X2的阴极同时接芯片A₂的第2脚，电容C₂的并接在电阻R_X2的两端，接线端子T₆接二极管D_Z2的阳极，二极管D_Z2的阳极同时接二极管D_X2的阳极，二极管D_X2的阳极同时接芯片A₂的第3脚，芯片A₂的第3脚接地线GND1，芯片A₂的第8脚接电容C₅的一端，电容C₅的该端同时接电源U_S2+，电容C₅的另一端接地线GND2，芯片A₂的第7脚和第6脚接电阻R_L8的一端，电阻R_L8的该端同时接芯片A₅的第3脚，电阻R_L8的另一端接电源U_S2+，芯片A₂的第5脚接地线GND2，芯片A₅的第1脚接电源U_S2+，芯片A₅的第8脚接地线GND2，芯片A₅的第2脚接接线端子T₁₂，接线端子T₁₃接地线GND2。接线端子T₇接电阻R_L3的一端，电阻R_L3的该端同时接电容C_S3的一端，电容C_S3的该端同时接参考电压U_S1+，电容C_S3的另一端接地线GND1，电阻R_L3的另一端接电阻R_X3的一端，接线端子T₈接电阻R_X3的该端，电阻R_X3的该端同时接二极管D_Z3的阴极，电阻R_X3的另一端接二极管D_X3的阴极，二极管D_X3的阴极同时接芯片A₃的第2脚，电容C₃的并接在电阻R_X3的两端，接线端子T₉接二极管D_Z3的阳极，二极管D_Z3的阳极同时接二极管D_X3的阳极，二极管D_X3的阳极同时接芯片A₃的第3脚，芯片A₃的第3脚接地线GND1，芯片A₃的第8脚接电容C₆的一端，电容C₆的该端同时接电源U_S2+，电容C₆的另一端接地线GND2，芯片A₃的第7脚和第6脚接电阻R_L9的一端，电阻R_L9的该端同时接芯片A₆的第3脚，电阻R_L9的另一端接电源U_S2+，芯片A₃的第5脚接地线GND2，芯片A₆的第1脚接电源U_S2+，芯片A₆的第8脚接地线GND2，芯片A₆的第2脚接接线端子T₁₄，接线端子T₁₅接地线GND2。经由接线端子T₁₀、T₁₁、T₁₂、T₁₃、T₁₄和T₁₅，将经光电隔离电路3-1处理获得的信号传输给电光变换电路3-2。

如图6所述，电光变换电路3-2与光电隔离处理电路3-1的6个接线端子T10～T15相接，接受来自光电隔离处理电路3-1的信号，其中，接线端子T10接芯片OP1的1，2，3脚，且与电阻RP1的一端相连，RP1的另一端与电源US2+相连，电源US2+接电容CP1，电容CP1的另一端与地线GND2、接线端子T11相连，GND2接芯片OP1的第4脚与电容CP2的一端，电容CP2的另一端与芯片OP1的1，2，3脚相连，通过芯片OP1的接线端子T16连接位置信号传输光缆4，经由位置信号传输光缆4的Light1的T19端子将处理过的光信号发给位置数据处理单元5。其中，接线端子T12接芯片OP2的1，2，3脚，且与电阻RP2的一端相连，RP2的另一端与电源US2+相连，电源US2+接电容CP3，电容CP3的另一端与地线GND2、接线端子T13相连，GND2接芯片OP2的第4脚与电容CP4的一端，电容CP4的另一端与芯片OP2的1，2，3脚相连，通过芯片OP2的接线端子T17连接位置信号传输光缆4，经由位置信号传输光缆4的Light2的T20端子将处理过的光信号发给位置数据处理单元5。其中，接线端子T14接芯片OP3的1，2，3脚，且与电阻RP3的一端相连，RP3的另一端与电源US2+相连，电源US2+接电容CP5，电容CP6的另一端与地线GND2、接线端子T15相连，GND2接芯片OP3的第4脚与电容CP6的一端，电容CP6的另一端与芯片OP3的1，2，3脚相连，通过芯片OP3的接线端子T18连接位置信号传输光缆4，经由位置信号传输光缆4的Light3的T21端子将处理过的光信号发给位置数据处理单元5。

如图7所述，位置数据处理单元5由光电变换电路5-1和位置数据采集电路5-2两部分组成。位置信号传输光缆4与电光变换电路3-2中3个接线端子T₁₆～T₁₈相接，光电变换电路5-1与位置信号传输光缆4的接线端子T₁₉～T₂₁相接，芯片Op4的第1脚接电源U_S3+，电阻R_p4的一端接电源U_S3+，电阻R_p4的另一端接芯片Op4的第2脚，电容C_p7的一端接芯片Op4的第2脚，电容C_p7的另一端接地线GND3，芯片Op4的第3脚和第4脚接地线GND3，接线端子T₂₂接芯片Op4的第2脚；芯片Op5的第1脚接电源U_S3+，电阻R_p5的一端接电源U_S3+，电阻R_p5的另一端接芯片Op5的第2脚，电容C_p8的一端接芯片Op5的第2脚，电容C_p8的另一端接地线GND3，芯片Op5的第3脚和第4脚接地线GND3，接线端子T₂₃接芯片Op5的第2脚；芯片Op6的第1脚接电源U_S3+，电阻R_p6的一端接电源U_S3+，电阻R_p6的另一端接芯片Op6的第2脚，电容C_p9的一端接芯片Op6的第2脚，电容C_p9的另一端接地线GND3，芯片Op6的第3脚和第4脚接地线GND3，接线端子T₂₄接芯片Op6的第2脚，经由接线端子T₂₂、T₂₃和T₂₄，位置数据采集电路5-2接收来自光电变换电路5-1处理的待测运动体位置的电信号PW1。

如图7所述，位置数据采集电路5-2，能够实时获取反应待测运动体位置的电信号，随时判明待测运动体的运动方向，并根据前面的所述方法，经过简单计算，即可得到待测运动体的运动参数。

图1所示实施例中的传感器2-1、传感器2-2和传感器2-3，可以选择涡流接近开关，能够提供涡流接近开关的厂家有很多，如OMRON欧姆龙、AUTONICS奥托尼克斯、KEYENCEN基恩士、SUNX神视、SICK施克、TAKEX竹中、P+F倍加福、DEC和RIKO瑞科和PANASONIC松下等。在选择涡流接近开关时，必须兼顾安装位置与传感器的有效探测距离两者的矛盾。

图2所示实施例中的敏感体1-2，可以是铝、钢、铜等不同金属材料，为了防止高速时敏感体1-2脱落，必须将其牢靠紧固地安装在待测运动体上。本发明提出，在设计敏感体1-2时，必须严格根据所选择的涡流接近开关型号以及现场安装传感器盒体的空间位置约束，仔细设计敏感体1-2的宽度a、深度b和高度h三个尺寸参数，本发明给出选择方法，即要求宽度a≥传感器测试端面直径d、要求深度b≥探测距离x，要求高度h≥传感器测试端面直径d。

图3所示实施例中的呈“品字形”方式排列的传感器2-1、传感器2-2和传感器2-3，必须重点关注相邻传感器之间的中心间距c参数，以便降低它们之间的相互影响，本发明给出c参数的选择方法，即要求两个传感器之间的中心间距c≥探测间距x的2倍(即2x)。

图5所示实施例中的稳压二极管D_Z1～D_Z3，可以选择齐纳二极管。图5所示实施例中的二极管D_X1～D_X3，可以选择快恢复二极管。图5所示实施例中的芯片A₁～A₃，全部是光电耦合隔离器件(简称光耦器件)，可以选择HCPL-2300等高性能光耦器件。图5所示实施例中的芯片A₄～A₆，均为反相跟随器，可以选择六路CMOS反相跟随器CD4049。图5所示实施例中的位置信号传输光缆4，可以选择62.5μm/125μm单芯多模光纤。

图6所示实施例中的芯片O_P1～O_P3，全部是发送光纤头，可以选择的型号很多，如HFBR-1412PTZ、HFBR-1412PZ、HFBR-1412TMZ、HFBR-1412Z、HFBR-1414PZ、HFBR-1414MZ和HFBR-1414TZ等。

图7所示实施例中的芯片O_P4～O_P6，全部是接收光纤头，可以选择的型号很多，如HFBR-2412TCZ、HFBR-2412TZ、HFBR-2412Z、HFBR-2412TC和HFBR-2412T等。图7所示实施例中的位置数据采集电路5-2，用于获取反应待测运动体位置的电信号和判断运动方向，经过计算得到待测运动体的运动参数。因此，它可以采用专门的数据采集电路，如NI公司仪表生产的多功能数据采集设备，也可采用高档单片机或者ARM芯片或者DSP芯片等构建的数据采集板卡。

如图8所述，表示本发明测试系统的待测运动体与敏感体之间的另外一种布置方式以及敏感体的结构示意图。它可以根据需要，在待测运动体上面以间距为f参数、均匀布置n个相同尺寸敏感体1-2，即敏感体1-2-1、敏感体1-2-2、……敏感体1-2-n，为了确保传感器可靠感应到每一个敏感体1-2，本发明要求相邻敏感体1-2之间的中心间距f参数，必须大于等于涡流接近开关的探测距离x，即f≥x。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡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保护范围之内。

Claims

1.一种获取运动体位置的测试系统，其特征在于，包括：至少一套设置在待测运动体上的敏感体、位置传感单元、光电单元、位置信号传输光缆和位置数据处理单元；

所述位置传感单元包括盒体以及三个型号相同、按照一定间距呈“品字形”方式排列的传感器；传感器放置在所述盒体中，且盒体固定在与敏感体距离为探测距离的位置处；所述传感器输出高低电平的波形；所述敏感体的宽度a大于等于传感器测试端面直径d，所述敏感体的深度b大于等于探测距离x，所述敏感体的高度h大于等于传感器测试端面直径d；

所述光电单元设置在所述盒体中，用于将位置传感单元输出的反应运动体位置的电信号进行光电隔离和电平转换后，获得可以经由光缆远距离传输反应运动体位置的光信号；

所述光电单元包括：光电隔离处理电路和电光变换电路；

所述光电隔离处理电路包括：光电耦合隔离芯片A₁，光电耦合隔离芯片A₂，光电耦合隔离芯片A₃，反相跟随芯片A₄，反相跟随芯片A₅，反相跟随芯片A₆，电阻R_L1，电阻R_L2，电阻R_L3，电阻R_L4，电阻R_L5，电阻R_L6，电阻R_L7，电阻R_L8，电阻R_L9，电容C₁，电容C₂，电容C₃，电容C₄，电容C₅，电容C₆，电容C_S1，电容C_S2，电容C_S3，电阻R_X1，电阻R_X2，电阻R_X3，二极管D_X1，二极管D_X2，二极管D_X3，二极管D_Z1，二极管D_Z2和二极管D_Z3；

所述光电隔离处理电路与位置传感单元的9个接线端子T₁～T₉相接，接线端子T₁接电阻R_L1的一端，电阻R_L1的该端同时接电容C_S1的一端，电容C_S1的该端同时接参考电压U_S1+，电容C_S1的另一端接地线GND1，电阻R_L1的另一端接电阻R_X1的一端，接线端子T₂接电阻R_X1的该端，电阻R_X1的该端同时接二极管D_Z1的阴极，电阻R_X1的另一端接二极管D_X1的阴极，二极管D_X1的阴极同时接芯片A₁的第2脚，电容C₁的并接在电阻R_X1的两端，接线端子T₃接二极管D_Z1的阳极，二极管D_Z1的阳极同时接二极管D_X1的阳极，二极管D_X1的阳极同时接芯片A₁的第3脚，芯片A₁的第3脚接地线GND1，芯片A₁的第8脚接电容C₄的一端，电容C₄的该端同时接电源U_S2+，电容C₄的另一端接地线GND2，芯片A₁的第7脚和第6脚接电阻R_L7的一端，电阻R_L7的该端同时接芯片A₄的第3脚，电阻R_L7的另一端接电源U_S2+，芯片A₁的第5脚接地线GND2，芯片A₄的第1脚接电源U_S2+，芯片A₄的第8脚接地线GND2，芯片A₄的第2脚接接线端子T₁₀，接线端子T₁₁接地线GND2；接线端子T₄接电阻R_L2的一端，电阻R_L2的该端同时接电容C_S2的一端，电容C_S2的该端同时接参考电压U_S1+，电容C_S2的另一端接地线GND1，电阻R_L2的另一端接电阻R_X2的一端，接线端子T₅接电阻R_X2的该端，电阻R_X2的该端同时接二极管D_Z2的阴极，电阻R_X2的另一端接二极管D_X2的阴极，二极管D_X2的阴极同时接芯片A₂的第2脚，电容C₂的并接在电阻R_X2的两端，接线端子T₆接二极管D_Z2的阳极，二极管D_Z2的阳极同时接二极管D_X2的阳极，二极管D_X2的阳极同时接芯片A₂的第3脚，芯片A₂的第3脚接地线GND1，芯片A₂的第8脚接电容C₅的一端，电容C₅的该端同时接电源U_S2+，电容C₅的另一端接地线GND2，芯片A₂的第7脚和第6脚接电阻R_L8的一端，电阻R_L8的该端同时接芯片A₅的第3脚，电阻R_L8的另一端接电源U_S2+，芯片A₂的第5脚接地线GND2，芯片A₅的第1脚接电源U_S2+，芯片A₅的第8脚接地线GND2，芯片A₅的第2脚接接线端子T₁₂，接线端子T₁₃接地线GND2；接线端子T₇接电阻R_L3的一端，电阻R_L3的该端同时接电容C_S3的一端，电容C_S3的该端同时接参考电压U_S1+，电容C_S3的另一端接地线GND1，电阻R_L3的另一端接电阻R_X3的一端，接线端子T₈接电阻R_X3的该端，电阻R_X3的该端同时接二极管D_Z3的阴极，电阻R_X3的另一端接二极管D_X3的阴极，二极管D_X3的阴极同时接芯片A₃的第2脚，电容C₃的并接在电阻R_X3的两端，接线端子T₉接二极管D_Z3的阳极，二极管D_Z3的阳极同时接二极管D_X3的阳极，二极管D_X3的阳极同时接芯片A₃的第3脚，芯片A₃的第3脚接地线GND1，芯片A₃的第8脚接电容C₆的一端，电容C₆的该端同时接电源U_S2+，电容C₆的另一端接地线GND2，芯片A₃的第7脚和第6脚接电阻R_L9的一端，电阻R_L9的该端同时接芯片A₆的第3脚，电阻R_L9的另一端接电源U_S2+，芯片A₃的第5脚接地线GND2，芯片A₆的第1脚接电源U_S2+，芯片A₆的第8脚接地线GND2，芯片A₆的第2脚接接线端子T₁₄，接线端子T₁₅接地线GND2；经由接线端子T₁₀、T₁₁、T₁₂、T₁₃、T₁₄和T₁₅，将经光电隔离电路处理获得的信号传输给电光变换电路；

所述位置信号传输光缆用于将光电单元输出的反应运动体位置的光信号传送到位置数据处理单元；

所述位置数据处理单元用于根据所述光信号获得待测运动体的位置，具体为：所述位置数据处理单元依据所述传感器输出高低波形的上升沿或下降沿的时间差获得待测运动体的位置、速度和加速度运动参数。

2.如权利要求1所述的测试系统，其特征在于，电光变换电路包括：发送光纤头芯片O_P1，发送光纤头芯片O_P2，发送光纤头芯片O_P3，电阻R_P1，电阻R_P2，电阻R_P3，电容C_P1，电容C_P2，电容C_P3，电容C_P4，电容C_P5，电容C_P6；

其中接线端子T10接芯片O_P1的1，2，3脚，且与电阻R_P1的一端相连，电阻R_P1的另一端与电源US2+相连，电源US2+接电容C_P1，电容C_P1的另一端与地线GND2、接线端子T₁₁相连，GND2接芯片O_P1的第4脚与电容C_P2的一端，电容C_P2的另一端与芯片O_P1的1，2，3脚相连，通过芯片O_P1的接线端子T₁₆连接位置信号传输光缆，经由位置信号传输光缆的Light1的T₁₉端子将处理过的光信号发给位置数据处理单元；接线端子T₁₂接芯片OP2的1，2，3脚，且与电阻R_P2的一端相连，R_P2的另一端与电源US2+相连，电源US2+接电容C_P3，电容C_P3的另一端与地线GND2、接线端子T₁₃相连，GND2接芯片O_P2的第4脚与电容C_P4的一端，电容C_P4的另一端与芯片O_P2的1，2，3脚相连，通过芯片O_P2的接线端子T₁₇连接位置信号传输光缆，经由位置信号传输光缆的Light2的T₂₀端子将处理过的光信号发给位置数据处理单元；接线端子T₁₄接芯片O_P3的1，2，3脚，且与电阻R_P3的一端相连，R_P3的另一端与电源US2+相连，电源US2+接电容C_P5，电容C_P6的另一端与地线GND2、接线端子T₁₅相连，GND2接芯片O_P3的第4脚与电容C_P6的一端，电容C_P6的另一端与芯片O_P3的1，2，3脚相连，通过芯片O_P3的接线端子T₁₈连接位置信号传输光缆，经由位置信号传输光缆的Light3的T₂₁端子将处理过的光信号发给位置数据处理单元。

3.如权利要求1或2所述的测试系统，其特征在于，位置数据处理单元包括：光电变换电路和位置数据采集电路；

光电变换电路包括接收光纤头芯片Op4，接收光纤头芯片Op5，接收光纤头芯片Op6，电阻R_p4，电阻R_p5，电阻R_p6，电容C_p7，电容C_p8和电容C_p9；光电变换电路与位置信号传输光缆的接线端子T₁₉～T₂₁相接，芯片Op4的第1脚接电源U_S3+，电阻R_p4的一端接电源U_S3+，电阻R_p4的另一端接芯片Op4的第2脚，电容C_p7的一端接芯片Op4的第2脚，电容C_p7的另一端接地线GND3，芯片Op4的第3脚和第4脚接地线GND3，接线端子T₂₂接芯片Op4的第2脚；芯片Op5的第1脚接电源U_S3+，电阻R_p5的一端接电源U_S3+，电阻R_p5的另一端接芯片Op5的第2脚，电容C_p8的一端接芯片Op5的第2脚，电容C_p8的另一端接地线GND3，芯片Op5的第3脚和第4脚接地线GND3，接线端子T₂₃接芯片Op5的第2脚；芯片Op6的第1脚接电源U_S3+，电阻R_p6的一端接电源U_S3+，电阻R_p6的另一端接芯片Op6的第2脚，电容C_p9的一端接芯片Op6的第2脚，电容C_p9的另一端接地线GND3，芯片Op6的第3脚和第4脚接地线GND3，接线端子T₂₄接芯片Op6的第2脚，经由接线端子T₂₂、T₂₃和T₂₄；位置数据采集电路用于接收来自光电变换电路处理的待测运动体位置的电信号PW1。

4.如权利要求1或2所述的测试系统，其特征在于，所述敏感体的材料为铝、钢或铜。

5.如权利要求1或2所述的测试系统，其特征在于，相邻传感器之间的中心间距c大于等于探测间距x的2倍。