CN107560978B - 颗粒检测传感器的动态性能评估装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种颗粒检测传感器的动态性能评估装置，包括振动台、载体件、颗粒运动模拟测试台和直线运动机构。该振动台提供规定振动谱沿下铅垂方向的振动，该振动台具有可安装待评估的颗粒检测传感器的工作台面。该载体件中设置有标准颗粒物，该载体件适于在直线运动下进入及退出该颗粒检测传感器的液体通道。该颗粒运动模拟测试台与该振动台相邻，该颗粒运动模拟测试台上设有直线运动机构，该直线运动机构带动该载体件以可控的速度、加速度和/或路径进入及退出该颗粒检测传感器的液体通道。本发明的颗粒检测传感器的动态性能评估装置能够考核颗粒检测传感器在不同条件下的动态响应特性。

Description

颗粒检测传感器的动态性能评估装置

技术领域

本发明主要涉及评估装置，尤其涉及一种颗粒检测传感器的动态性能评估装置。

背景技术

滑油金属颗粒检测传感器，常用来监测油路中金属颗粒的大小和重量状况，从而衡量管路中机械损耗状态，评估故障发生几率，并进行提前预警。目前对于滑油金属颗粒检测传感器等厂商而言，正向设计颗粒检测传感器是十分困难的。由于传感器的特性涉及磁场、流场、材料和结构强度等多方面因素影响，因此可以借助评估装置获取大量的测试数据来提高颗粒检测传感器的性能。

现有的评估装置一般由标准颗粒和颗粒载物件配合被试传感器构成回路以模拟真实管路流动情况。比如由传送带和传送带驱动作为颗粒载物件，传送带上设置固定数目的标准颗粒，通过驱动装置带动标准颗粒运动。再如通过输油泵和油管组成循环油路，输油泵内事先装入固定数量的标准颗粒，油液通过管路循环流动，带动输油泵内的标准颗粒通过被试传感器。这类评估装置只能测试传感器对所通过的标准颗粒的检出率及所能检出的最小粒径性能，无法获取传感器输出信号与流动状态(包括速度、加速度、路径)之间的关系，而这些关系恰恰是提高传感器性能最有价值的数据。同时，振动条件下传感器特性也是评估传感器性能的重要指标之一，现有的测试方式是将传感器安装于振动台上，采用人工抽取标准颗粒方式来获取传感器抗振性能，但是这种方式下噪声强度较大导致操作人员有损。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种颗粒检测传感器的动态性能评估装置，能够考核颗粒检测传感器在不同条件下的动态响应特性。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种颗粒检测传感器的动态性能评估装置，包括振动台、载体件、颗粒运动模拟测试台和直线运动机构。该振动台提供规定振动谱沿下铅垂方向的振动，该振动台具有可安装待评估的颗粒检测传感器的工作台面。该载体件中设置有标准颗粒物，该载体件适于在直线运动下进入及退出该颗粒检测传感器的液体通道。该颗粒运动模拟测试台与该振动台相邻，该颗粒运动模拟测试台上设有直线运动机构，该直线运动机构带动该载体件以可控的速度、加速度和/或路径进入及退出该颗粒检测传感器的液体通道。

在本发明的一实施例中，上述的动态性能评估装置还包括插入工装，设于该颗粒运动模拟测试台上，该载体件穿过该插入工装进入该颗粒检测传感器的液体通道。

在本发明的一实施例中，该直线运动机构为直线电机。

在本发明的一实施例中，该直线电机包括两个带有永磁体的定子组件和带有激励线圈的动子组件，该动子组件插入该两个定子组件旁侧永磁体间的预定位置。

在本发明的一实施例中，该定子组件分别设置在第一导轨上，该动子组件通过滑块设置在第二导轨上。

在本发明的一实施例中，该第二导轨两端分别安装光电传感器和限位缓冲装置，该光电传感器检测该动子组件运动的端点。

在本发明的一实施例中，上述的动态性能评估装置还包括一对液压阻尼缓冲器，分别设于直线运动机构两端的缓冲段。

在本发明的一实施例中，上述的动态性能评估装置还包括辅助支撑架，设于该颗粒运动模拟测试台上且位于该第一导轨两侧，该辅助支撑架限制该载体件因运动引起的颤动和摩擦扰动。

在本发明的一实施例中，该辅助支撑架包括一对滑动轴承。

在本发明的一实施例中，上述的动态性能评估装置还包括设于该颗粒运动模拟测试台上的激光指示器和设于该载体棒上的光电传感器，该激光指示器和该光电传感器配合以判断该载体棒是否与检测通路对准和到位状态。

在本发明的一实施例中，上述的动态性能评估装置还包括：伺服驱动器，连接该直线运动机构；振动台驱动柜，连接该振动台；测控平台，连接该振动台、该伺服驱动器和该颗粒检测传感器，以控制评估过程。

在本发明的一实施例中，该载体件包括连接部、过渡段、测试段和载物体，该连接部与该直线运动机构固定，该过渡段穿过该颗粒检测传感器的液体通道适应加速运动位移，该测试段匀速通过颗粒检测传感器并在中间位置嵌入该载物体，该载物体为中空圆柱体，内部充油并加入所述标准颗粒物。

与现有技术相比，本发明采用棒体和标准颗粒物组合成载体件的形式，模拟颗粒直线运动，并且颗粒直线运动的流动状态信息，例如速度、加速度、路径、振动环境全程可控，由此考核颗粒检测传感器在不同条件下的动态响应特性。并且，振动条件下传感器特性评估无需采用人工方式，可以避免操作人员的损伤。

附图说明

图1是本发明一实施例的颗粒检测传感器的动态性能评估装置的立体视图。

图2是图1所示颗粒运动模拟测试台的直线运动机构的侧视图。

图3是图1所示颗粒运动模拟测试台的直线运动机构的俯视图。

图4是图1所示动态性能评估装置的伺服驱动器的电路框图。

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

本发明的实施例描述颗粒检测传感器的动态性能评估装置，其能够考核颗粒检测传感器在不同条件下的动态响应特性。根据本发明的一个方面，评估装置需要可控的模拟运动速度和加速度轨迹以保证试验所需要的速度性能，较高的运动加速度能力以减小运动机构行程和提高整体机构刚度及测试精度。根据本发明的另一方面，评估装置需在高速振动条件下完成运动保证直线测试稳态速度范围。

图1是本发明一实施例的颗粒检测传感器的动态性能评估装置的立体视图。参考图1，本发明提出一种颗粒检测传感器的动态性能评估装置，主要包括振动台110、载体件120、颗粒运动模拟测试台130、直线运动机构140、伺服驱动器150、测控平台160和振动台驱动柜170。振动台110能够提供规定振动谱沿下铅垂方向的振动。振动台110具有可安装待评估的颗粒检测传感器(图未示)的工作台面111。载体件120中设置有标准颗粒物，载体件120适于在直线运动下进入及退出颗粒检测传感器的液体通道。颗粒运动模拟测试台130与振动台110相邻，颗粒运动模拟测试台130上设置上述的直线运动机构140。直线运动机构140带动载体件120以可控的速度、加速度和/或路径进入及退出该颗粒检测传感器的液体通道。

在测控平台160的控制下，伺服驱动器150驱动直线运动机构140及载体件120运动，在加速运动后进入速度匀速段，载体件120上的颗粒进入颗粒检测传感器形成颗粒并在传感器内部进行稳定运动而完成测试。颗粒检测传感器是安装在振动台110的工作台面111上。振动台111实现规定振动谱沿下铅垂方向的振动功能，在给定的振动环境下，直线运动机构140带动载体件120沿直线方向以设置的运动轨迹运动，使载体件120由初始位置出发准确通过颗粒检测传感器，通过颗粒检测传感器时颗粒物载体处于设置的匀速运动状态。同时，振动状态、运动轨迹特征和颗粒检测传感器的检测结果被记录和评价。

下面继续描述本实施例的进一步细节。

振动台110可提供卡具112，待评估的颗粒检测传感器通过卡具112固定在振动台110的工作台面111上。

载体件120可选用酚醛类胶木材料或工程塑料棒材加工成棒状，在有效测试行程适当嵌入透明材料的中空圆柱体，空腔中充油并依据测试需求加入标准颗粒物组合。换装不同的颗粒物组合体可适应不同的测试需要。载体件120可依次具有连接部、过渡段、测试段和载物体。连接部与直线运动机构140用压环固定；过渡段穿过颗粒检测传感器的油池管道适应加速运动位移，测试段匀速通过颗粒检测传感器并在中间位置嵌入载物体。载物体为前述的中空圆柱体。

在颗粒运动模拟测试台130具有台架131、其上设有插入工装135，载体件120是穿过插入工装135进入颗粒检测传感器200的液体通道。

直线运动机构140在伺服驱动器150的驱动下，带动载体件120运动。直线运动机构140可实施为直线电机，结合参考图2和图3所示，直线运动机构140可包括两个带有永磁体的定子组件141和带有激励线圈的动子组件142，动子组件142插入定子组件142旁侧永磁体间的预定位置，由导轨机构保证运动时的二者间相对几何关系。具体地说，定子组件141可安装在基座上，并采用第一导轨143导向。第一导轨143例如是高速直线滚珠导轨。动子组件142通过滑板(图未示)与4个滚珠滑块(图未示)设在第二导轨146上，从而可沿第二导轨146的延伸方向移动。动子组件142的激励线圈由伺服驱动器150引入激励电流，由此产生电磁推力。动子组件142上还配备霍尔元件和光栅尺，其测量位移并产生位移测量信号，以控制激励电流的换相，保证推力的持续和平滑性。在第二导轨146的两端适当位置可各安装一个光电传感器147和限位缓冲装置148。当滑板带着动子组件142运动至光电传感器147所对应的端点位置时，光电传感器147向控制器给出限位制动信号。限位缓冲装置148可吸收运动能量避免碰撞损害。

为保证颗粒运动模拟测试台130的运行安全，可在直线运动机构140的左右两端的缓冲段各设置一个液压阻尼缓冲器149，对直线运动机构140进行限位和缓冲保护。

整个直线运动机构140的固定部分可通过螺钉固定在基础支架上。基础支架可为钢材料焊接结构，基础支架的底部可设置位置微调装置。位置微调装置用于调整直线运动机构140的空间姿态位置，使动子组件142与颗粒检测传感器200在运动方向和位置上相协调。位置微调装置可简单地实施为调平地脚。

载体件120是穿过颗粒检测传感器200并与直线运动机构140的动子组件142连接。动子组件142被驱动时按规定轨迹运动。在导轨141的前后两侧设置辅助支撑架。辅助支撑架可以降低载体件120因运动引起的颤动和摩擦扰动。在一实施例中，辅助支撑架是由一对包含自润滑高分子材料的滑动轴承构成。另外，载体件120与颗粒检测传感器的液体通道留有一定径向间隙以防止运动干涉。

在测试时，载体件120由直线运动机构140带动从最远离颗粒检测传感器的初始位置向右快速移出，载体件120上带有的标准颗粒物匀速通过颗粒检测传感器的检测范围；复位操作时载体件120在直线运动机构140的带动下以设定的慢速度反向(向左)移入颗粒检测传感器200并定位至测试开始的初始位置。辅助支架和载体件120上分别设置激光指示器和光电传感器，用于监测和判断载体件120是否与检测通路对准和到位状态。

直线运动机构140、光电传感器、伺服驱动器150和测控平台160等构成位置闭环直线引动伺服控制平台。伺服控制器150向直线运动机构140提供驱动信号，接收光电传感器的测量信号，经过内部伺服数字控制算法和相应硬件电路构成具有数字速率、加速度前馈的电流、速率和位置三环反馈伺服控制系统。伺服控制器150可通过RS232串行接口与测控平台160通讯，接收发出的控制指令并返回运行状态。测控平台160还通过接口模板与振动台110和颗粒检测传感器通讯，可实现测试任务的调度、状态显示、数据存储和测试相关的过程操控，并与其他硬件电路共同组成系统运行的故障在线监控和实施安全保护操作。

伺服驱动器采用典型的带有前馈控制的复合控制方式，如图4所示，电机驱动电流的反馈内回路减低机构非线性和电机特征参数的不利影响，速度反馈内回路可抑制扰动以增强系统鲁棒性，引入前馈控制分量可改善系统的动态响应性能。伺服驱动器150内部对光电传感器测量的增量脉冲进行编码并解算形成反馈数字量，具有自适应校准功能，运动特征参数可设置，轨迹成形、数字滤波算法在伺服驱动器150内的数字处理器中实现，可以满足运动模拟测试台直线电机运动控制的需要。

与现有技术相比，本发明的上述实施例具有以下优点：

1)采用棒体和标准颗粒物组合成载体件的形式，模拟颗粒直线运动，颗粒直线运动的流动状态信息(例如速度、加速度、路径、振动环境)全程可控，运动速度可在规定的速度范围内设置且连续可调；

2)直线运动机构的动子组件沿导轨方向移动，具有不同速度下运动轨迹设置功能；

3)直线运动机构的动子组件的线圈由伺服驱动器引入激励电流，由此产生电磁推力，光栅尺的位移测量信号控制激励电流的换相，保证推力的持续和平滑性，使颗粒物匀速通过传感器；

4)直线运动机构的基座底部设有微调装置用于调整直线电机总成的空间姿态位置，使动子组件的运动方向和位置与振动台上的被测件相协调，以达到模拟振动环境下的颗粒直线运动。

5)直线运动机构具有缓冲保护装置、限位装置，工作时载体件与传感器无运动干涉，具有防插错、超速、过载、输入参数制约保护功能；

6)测控平台对运动控制的操作、状态显示，通过通讯接口可与振动台驱动柜、传感器的测试数据接口实现数据传输，实时记录传感器信号与流动状态信息(速度、加速度、路径、振动环境)。

虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (12)

1.一种颗粒检测传感器的动态性能评估装置，包括：

振动台，提供规定振动谱沿垂直向下方向的振动，该振动台具有可安装待评估的颗粒检测传感器的工作台面；

载体件，该载体件中设置有标准颗粒物，该载体件适于在直线运动下进入及退出该颗粒检测传感器的液体通道；

颗粒运动模拟测试台，与该振动台相邻，该颗粒运动模拟测试台上设有直线运动机构，该直线运动机构带动该载体件以可控的速度、加速度和/或路径进入及退出该颗粒检测传感器的液体通道；

其中，该载体件包括连接部、过渡段、测试段和载物体，该连接部与该直线运动机构固定，该过渡段穿过该颗粒检测传感器的液体通道适应加速运动位移，该测试段匀速通过颗粒检测传感器并在中间位置嵌入该载物体，该载物体为中空圆柱体，内部充油并加入所述标准颗粒物。

2.根据权利要求1所述的颗粒检测传感器的动态性能评估装置，其特征在于，还包括插入工装，设于该颗粒运动模拟测试台上，该载体件穿过该插入工装进入该颗粒检测传感器的液体通道。

3.根据权利要求1所述的颗粒检测传感器的动态性能评估装置，其特征在于，该直线运动机构为直线电机。

4.根据权利要求3所述的颗粒检测传感器的动态性能评估装置，其特征在于，该直线电机包括两个带有永磁体的定子组件和带有激励线圈的动子组件，该动子组件插入该两个定子组件旁侧永磁体间的预定位置。

5.根据权利要求4所述的颗粒检测传感器的动态性能评估装置，其特征在于，该定子组件分别设置在第一导轨上，该动子组件通过滑块设置在第二导轨上。

6.根据权利要求5所述的颗粒检测传感器的动态性能评估装置，其特征在于，该第二导轨两端分别安装光电传感器和限位缓冲装置，该光电传感器检测该动子组件运动的端点。

7.根据权利要求1所述的颗粒检测传感器的动态性能评估装置，其特征在于，还包括一对液压阻尼缓冲器，分别设于直线运动机构两端的缓冲段。

8.根据权利要求5所述的颗粒检测传感器的动态性能评估装置，其特征在于，还包括辅助支撑架，设于该颗粒运动模拟测试台上且位于该第一导轨两侧，该辅助支撑架限制该载体件因运动引起的颤动和摩擦扰动。

9.根据权利要求8所述的颗粒检测传感器的动态性能评估装置，其特征在于，该辅助支撑架包括一对滑动轴承。

10.根据权利要求1所述的颗粒检测传感器的动态性能评估装置，其特征在于，还包括设于该颗粒运动模拟测试台上的激光指示器和设于该载体件上的光电传感器，该激光指示器和该光电传感器配合以判断该载体件是否与检测通路对准和到位状态。

11.根据权利要求1所述的颗粒检测传感器的动态性能评估装置，其特征在于，还包括：

伺服驱动器，连接该直线运动机构；

振动台驱动柜，连接该振动台；

测控平台，连接该振动台、该伺服驱动器和该颗粒检测传感器，以控制评估过程。

12.根据权利要求1所述的颗粒检测传感器的动态性能评估装置，其特征在于，该直线运动机构的固定部分固定在基础支架上，该基础支架的底部设置位置微调装置，该位置微调装置用于调整该直线运动机构的空间姿态位置。

Images