CN108194455B - 一种蓄能器工作状态的测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓄能器工作状态的测量装置。所述测量装置应用于蓄能器，所述测量装置包括：传感器、包裹在传感器表面的透镜以及上位机；蓄能器包括油腔、活塞、气体腔以及设于气体腔上的进气口；蓄能器的顶部设有中心通孔，中心通孔与气体腔相连通；中心通孔内部设有隔离层，用于隔离气体腔内的气体凝水以及油腔内的杂质散射；透镜置于中心通孔内；传感器用于透过透镜测量活塞的运动参数；传感器将运动参数传输给上位机，上位机用于根据运动参数确定蓄能器的工作状态；所述工作状态包括是存在故障或者正常运行。采用本发明所提供的测量装置能够长期测量活塞运动参数，且能够快速测量出蓄能器当前的工作状态。

Description

一种蓄能器工作状态的测量装置

技术领域

本发明涉及电子监测与信息处理领域，特别是涉及一种蓄能器工作状态的测量装置。

背景技术

蓄能器是一个储存和释放能量的压力容器，其将压力液体的液压能或气压能转换为势能贮存起来，当系统有需要，再从势能转化成液压能或气压能作功，保证船体驱动、轴承工作等工程使用。其主要作用为：存储能量，动力源，辅助能源，应急动力源，吸收泵的脉动和回路上的液压/气压冲击，平衡重量，辅助安全油源，液气分离传送等，在工业领域到处可见蓄能器的身影。蓄能器在液压/气压系统中应用十分广泛，其结构、功能都不断在改进。近年来，在一些特殊的应用领域，还需要实时监测蓄能器气体腔中活塞与顶部的距离、速度等运动参数，以便为液压/气压控制系统提供所需的参数来判断活塞的位置、速度等参数，并发出相应指令以控制整个液压/气压系统工作，或由所获得的参数对液压/气压系统进行故障评定，如系统是否发生气体、液体泄露等。

目前，国内外通用的蓄能器内部活塞运动位移测定装置归为两类，一类是机械式位移测量，一类是非接触式位移测量。机械式位移测量装置中，目前常见的是带活塞杆式的蓄能器，其在充、放油/气过程中，活塞带动活塞杆运动，活塞与顶部距离是通过活塞杆上的指针在标尺上直接指示。带活塞杆式的蓄能器因考虑活塞杆与顶盖之间的密封且占用空间大，其在船舱、坦克舱、机舱等较小的空间场合中使用不便；另一种在国外航空飞行器上常见的是带机械传动装置的蓄能器，其利用蓄能器充、放油/气过程中，活塞运动时带动引导线(或链条)收放，通过对传动滑轮(或齿轮)转速信号的处理，可将其转换成活塞位移信号。带机械传动装置的蓄能器因考虑引导线(或链条)收放时保持伸直，所以需要外部附加拉伸装置，且因为高速旋转，密封装置不易散热，密封装置易失效，所以带机械传动装置的蓄能器仅应用于低压、温度不高的情况。非接触式位置装置是目前国内外较常使用的是光电传感装置，利用半导体的光电特性实现活塞位移量，可以精确地确定活塞位移，但是需要严格控制液压/气压系统内油液的清洁度，以减少气腔凝水、杂质的散射对活塞位移量测量的影响。其它的测量装置，例如超声传感器，其因探头无法承受高压、高温等极限环境，且容易受水雾、油污等影响，不适合在蓄能器内使用。因此，无论是带机械传动装置的蓄能器还是非接触式位置装置的蓄能器均受环境因素的限制，无法长期测量活塞的运动距离、速度、加速度等运动参数，从而不能便捷快速的测量出蓄能器的工作状态。

发明内容

本发明的目的是提供一种蓄能器工作状态的测量装置，以解决现有技术中蓄能器受环境因素限制，无法长期测量活塞运动参数，且不能快速测量出蓄能器当前的工作状态的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种蓄能器工作状态的测量装置，所述测量装置应用于蓄能器，包括：传感器、包裹在传感器表面的透镜以及上位机；

所述蓄能器包括油腔、设于所述油腔上部的活塞、设于所述活塞上部的气体腔以及设于所述气体腔上的进气口；

所述蓄能器的顶部设有中心通孔，所述中心通孔与所述气体腔相连通；所述中心通孔内部设有隔离层，用于隔离所述气体腔内的气体凝水以及所述油腔内的杂质散射；所述透镜置于所述中心通孔内；

所述传感器用于透过所述透镜测量所述活塞的运动参数；所述运动参数包括运动距离、速度、加速度；所述传感器将所述运动参数传输给所述上位机，所述上位机用于根据所述运动参数确定所述蓄能器的工作状态；所述工作状态包括是存在故障或者正常运行。

可选的，所述传感器包括：雷达收发控制模块、信号调频模块、放大滤波模块和处理器；

雷达收发控制模块内置雷达收发集成芯片，用于发送扫频信号和接收回波信号，并与本振信号混频后产生差频信号；

所述信号调制模块与所述雷达收发控制模块相连接，所述信号调制模块用于产生调制信号，并对所述雷达收发控制模块接收到的信号进行调制；

所述放大滤波模块与所述雷达收发控制模块相连接，所述放大滤波模块用于放大所述雷达收发集成芯片输出的差频信号；

所述处理器与所述放大滤波模块相连接，所述处理器用于将所述放大滤波模块处理后的差频信号进行数据转换，得到转换后的信号，并将所述转换后的信号发送出去。

可选的，所述雷达收发集成芯片在太赫兹频段的工作频率为122GHz。

可选的，所述隔离层的材料为抗压抗高温材料。

可选的，所述透镜的材料为高密度聚乙烯；

所述透镜与所述传感器的距离范围为10毫米至15毫米，所述距离范围使得所述传感器发射的调制信号波束角范围为-4°至4°。

可选的，所述隔离层为空心柱体结构；

所述透镜置于所述隔离层内；所述隔离层置于所述中心通孔内。

可选的，所述隔离层设于所述中心通孔与所述气体腔的连通处，用于将所述中心通孔与所述气体腔相隔离。

可选的，所述传感器通过有线或无线的方式与所述上位机进行信息交互，所述上位机用于显示所述运动参数以及监测所述蓄能器的工作状态。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供了一种蓄能器工作状态的测量装置，在蓄能器内置一个传感器，并用隔离层将传感器与所述蓄能器内的油腔、气体腔隔离开，从而避免传感器的探头无法承受高压、高温环境的影响无法测量，且避免了水雾、油污的影响，进而能够长期使用，且能够长期保持活塞运动参数测量精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的蓄能器工作状态的测量装置结构图；

图2为本发明所提供的蓄能器活塞运动参数测试软件的原理框图；

图3为本发明所提供的传感器数字信号处理中的主循环流程图；

图4为本发明所提供的传感器数字信号处理中的中断服务子程序流程图；

图5为本发明所提供的基于LabWindows/CVI设计的运动参数测试软件的操作流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种蓄能器工作状态的测量装置，能够长期保持活塞运动参数测量精度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明所提供的蓄能器工作状态的测量装置结构图，如图1所示，一种蓄能器工作状态的测量装置，所述测量装置应用于蓄能器，包括：传感器1、包裹在传感器1表面的透镜2以及上位机(未在附图中显示)；所述蓄能器包括油腔3、设于所述油腔3上部的活塞4、设于所述活塞4上部的气体腔5以及设于所述气体腔5上的进气口6；所述蓄能器的顶部设有中心通孔7，所述中心通孔7与所述气体腔5相连通；所述中心通孔7内部设有隔离层8，用于隔离所述气体腔5内的气体凝水以及所述油腔3内的杂质散射；所述透镜2置于所述中心通孔7内；所述传感器1用于透过所述透镜2测量所述活塞4的运动参数；所述运动参数包括运动距离、速度、加速度；所述传感器1将所述运动参数传输给所述上位机，所述上位机用于根据所述运动参数确定所述蓄能器的工作状态；所述工作状态包括是存在故障或者正常运行。

所述传感器1通过有线或无线的方式与所述上位机进行信息交互，所述上位机用于显示所述运动参数以及监测蓄能器工作状态，实现实时计算蓄能器油腔3油液体积、气体腔5的体积，例如：根据蓄能器已知的内部直径，根据内部直径计算得出底面积，乘以位移计算出气体腔5增加或减小的体积；以便对控制器做出正确的控制以及对蓄能器做出故障判断，如蓄能器是否气压产生问题等，有利于对蓄能器进行实时精确控制并保护。

所述上位机采用的是蓄能器活塞运动参数测试软件，该测试软件使用具有交互性强、功能面板丰富、函数库齐全、易升级等特点的LabWindows/CVI虚拟仪器软件开发平台，图2为本发明所提供的蓄能器活塞运动参数测试软件的原理框图，如图2所示，包括参数设置、液面状态监测和数据库存储模块，可以选择蓄能器活塞运动参数测试软件的有线或者无线工作模式，并接收来自蓄能器活塞4测距节点的距离、液面移动速度、加速度和蓄能器内当前压力等编码信息，蓄能器活塞运动参数测试软件会对所接收到的数据进行分析处理，将最终得到的测距结果、蓄能器内液面移动的速度、加速度和蓄能器当前承受的压力等数据保存在数据库的同时将这些信息显示在用户操作界面。

在实际应用中，所述传感器1包括：雷达收发控制模块、信号调频模块、放大滤波模块和处理器。

雷达收发控制模块内置雷达收发集成芯片，用于发送扫频信号和接收回波信号，并与本振信号混频后产生差频信号。

所述信号调制模块与所述雷达收发控制模块相连接，所述信号调制模块用于产生调制信号，并对所述雷达收发控制模块接收到的信号进行调制。

所述信号调制模块内置集成芯片ADF4169，波形参数可调，能够产生三角波或锯齿波信号作为调制信号对所述雷达收发控制模块接收到的信号进行调制。

所述放大滤波模块与所述雷达收发控制模块相连接，所述放大滤波模块用于放大所述雷达收发集成芯片输出的差频信号，还用于处理雷达收发集成芯片输出的中频信号，并对4路中频信号进行二次低噪声放大且进行低通滤波处理，滤除信号中的噪声和其它干扰；所述雷达收发集成芯片在太赫兹频段的工作频率为122GHz，因此，所述传感器1为122GHz太赫兹运动参数测试传感器，所述雷达收发集成芯片的型号可以为TRX_120_01RFE。

所述处理器与所述放大滤波模块相连接，所述处理器用于将所述放大滤波模块处理后的差频信号进行数据转换，得到转换后的信号，并将所述转换后的信号发送出去。

所述处理器内的主控芯片采用STM32F3系列芯片，主控芯片触发锁相环，产生调制信号，使收发芯片开始侦测，收发芯片探测到目标将回波信号传递至放大器，经主控芯片自带的AD进行转换后，进行数据处理，处理后的数据最终上传至基于LabWindows/CVI设计的运动参数测试软件进行最后的显示或上传到液压控制系统进行后续处理。

如图3-图4所示，当测试系统上电运行时，122GHz太赫兹运动参数测试传感器初始化处理，如模拟数字转换(Analog-to-Digital Converter，ADC)初始化、直接内存访问使用及开启中断，当数据采样结束后，对数据进行预处理，例如：对中频数字信号执行快速傅立叶变换，从时域变换到频域，从而得到回波频率；进行数据后续处理，根据虚警检测算法或卡尔曼滤波算法计算得出活塞4的相对距离以及相对速度；在中断服务过程中，打开中断，进入ADC中断，关闭中断，保存采样点到指定的缓冲区域，中断返回。

图5为本发明所提供的基于LabWindows/CVI设计的运动参数测试软件的操作流程图，如图5所示，在使用时首先运行蓄能器活塞运动参数测试软件，进行用户身份验证，即将用户输入的身份信息与数据库中所存在的用户信息匹配，如果匹配通过则可以继续使用软件操作；下一步需要选择蓄能器活塞运动参数测试软件的工作模式，即选择使用WIFI无线连接或者串口有线通信方式；然后对软件进行服务器端口号和蓄能器、蓄能器体积信息和报警判别标准等参数的设置；当基于LabWindows/CVI设计的运动参数测试软件开始工作后，就开始接收来自122GHz运动参数测试传感器的数据信息，所述数据信息包括加速度、速度、距离等编码后的信号，并同时在后台对数据信息进行解码处理，即在所述的122GHz运动参数测试传感器和基于LabWindows/CVI设计的运动参数测试软件中进行交互的数据信息为编码后的字符串，每一帧的长度为18个字节，每一帧代表一种信息，通过帧头来判断代表的信息种类，帧尾来判断信息的结束，每次发送的信息为4帧；再将解码得到的距离、速度、加速度和压力等信息显示在用户使用界面的同时将蓄能器内液体体积与用户输入的报警判别标准作比较，如果小于这个标准，那么在用户使用界面会将报警灯点亮，然后将报警信息保存；在完成上述操作后，可由用户选择退出基于LabWindows/CVI设计的运动参数测试软件。

在实际应用中，所述隔离层8的材料为抗压抗高温材料。

所述隔离层8可以为空心柱体结构；所述透镜2置于所述隔离层8内；所述隔离层8置于所述中心通孔7内；所述的抗压抗高温隔离层8为聚氨酯橡胶制成的圆柱体，带有传感器1的透镜2内置于隔离层8所形成的圆柱体中，从而对透镜2及传感器1在高温高压的蓄能器腔体中起到保护作用。

所述隔离层8还可以设于所述中心通孔7与所述气体腔5的连通处，用于将所述中心通孔7与所述气体腔5相隔离，能够节省制造隔离层8时的制作材料，且减少工艺流程。

所述透镜2的材料为高密度聚乙烯；所述透镜2与所述传感器1的距离范围为10毫米至15毫米，所述距离范围使得所述传感器1发射的调制信号波束角范围为-4°至4°，以便增加系统的探测范围和减小波束角。

本发明根据蓄能器活塞运动参数测试系统的要求，实现了基于122GHz运动参数测试传感器和虚拟仪器的蓄能器活塞运动参数测试系统的功能。本发明具有以下优点：

1)本发明采用非接触式测量，适用于活塞式蓄能器应用的各种场合，减少机械式测量法占用的大量空间。

2)本发明采用的122GHz测试方式，能测试活塞蓄能器活塞的距离、液面移动速度、加速度和蓄能器内当前压力多种运动参数，测试精度高，且不受气腔凝水、杂质、气雾的影响。

3)本发明采用的微型化结构设计、抗强压聚氨酯橡胶材料及灌封材料，有很好的抗高温抗高压性能，能适用蓄能器气腔内狭小、高压、高温、高湿的极限环境。

4)本发明有多种数据传输方式，以便自由接入不同液压/气压控制系统，也可配合测距软件使用。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种蓄能器工作状态的测量装置，所述测量装置应用于蓄能器，其特征在于，包括：传感器、包裹在传感器表面的透镜以及上位机；

所述蓄能器包括油腔、设于所述油腔上部的活塞、设于所述活塞上部的气体腔以及设于所述气体腔上的进气口；

所述蓄能器的顶部设有中心通孔，所述中心通孔与所述气体腔相连通；所述中心通孔内部设有隔离层，用于隔离所述气体腔内的气体凝水以及所述油腔内的杂质散射；所述透镜置于所述中心通孔内；所述隔离层为空心柱体结构；所述透镜置于所述隔离层内；

所述传感器用于透过所述透镜测量所述活塞的运动参数；所述运动参数包括运动距离、速度、加速度；所述传感器将所述运动参数传输给所述上位机，所述上位机用于根据所述运动参数确定所述蓄能器的工作状态；所述工作状态包括是存在故障或者正常运行。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述传感器包括：雷达收发控制模块、信号调频模块、放大滤波模块和处理器；

雷达收发控制模块内置雷达收发集成芯片，用于发送扫频信号和接收回波信号，并与本振信号混频后产生差频信号；

所述信号调制模块与所述雷达收发控制模块相连接，所述信号调制模块用于产生调制信号，并对所述雷达收发控制模块接收到的信号进行调制；

所述放大滤波模块与所述雷达收发控制模块相连接，所述放大滤波模块用于放大所述雷达收发集成芯片输出的差频信号；

所述处理器与所述放大滤波模块相连接，所述处理器用于将所述放大滤波模块处理后的差频信号进行数据转换，得到转换后的信号，并将所述转换后的信号发送出去。

3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述雷达收发集成芯片在太赫兹频段的工作频率为122GHz。

4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述隔离层的材料为抗压抗高温材料。

5.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于，所述透镜的材料为高密度聚乙烯；

所述透镜与所述传感器的距离范围为10毫米至15毫米，所述距离范围使得所述传感器发射的调制信号波束角范围为-4°至4°。

6.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于，所述隔离层设于所述中心通孔与所述气体腔的连通处，用于将所述中心通孔与所述气体腔相隔离。

7.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述传感器通过有线或无线的方式与所述上位机进行信息交互，所述上位机用于显示所述运动参数以及监测所述蓄能器的工作状态。