CN110031783A - 一种全域表面电磁力测量系统及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种全域表面电磁力测量系统及测量方法，包括测量骨架、定位悬臂机构和上位机，测量骨架扣接在被测电气设备表面，定位悬臂机构包括竖直设置的旋转件和水平设置的悬物梁，旋转件的底端连接到测量骨架的外侧壁上，悬物梁的一端连接到旋转件上，悬物梁的底部挂载有表面电磁力测量传感器，定位悬臂机构连接有驱动机构，驱动机构用于驱动悬物梁沿旋转件进行升降运动、驱动旋转件带动悬物梁旋转以及驱动表面电磁力测量传感器沿悬物梁进行径向移动，表面电磁力测量传感器和所述驱动机构都连接上位机。本发明所述的表面电磁力测量传感器能够实现三个自由度的机械运动，完成被测电气设备的全域电磁力测量。

Description

一种全域表面电磁力测量系统及测量方法

技术领域

本发明属于电磁力测量领域，尤其是涉及一种表面电磁力测量系统及测量方法。

背景技术

电磁力是四种基本作用力中的第二强力，目前在电气领域得到了广泛应用。利用电磁力作为设计原理实现各类电气装备运行的同时，电磁力也会对系统造成设备疲劳，材质断裂，噪音污染等负面影响，因此对于电磁力的测量是电气设备安全运行的评估的重要方面。

目前针对电磁力的测量手段包括接触测量以及非接触测量，其中非接触测量是指不接触被测物体，通过光电，电磁等技术获得物体所受电磁力，典型方法有激光三角法，机器视觉测量。非接触测量相比较接触测量测量精度低，操作难度高。故目前针对机械结构上的电磁力测量通常采用接触测量方案，例如加速度传感器，力传感器等。但是目前接触测量方法对电磁力的测量采用特征点测量，全域电磁力测量短缺，对于系统的电磁力分布情况缺乏测量工具。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种全域表面电磁力测量系统及测量方法，以解决现有的接触测量方法中对于全域电磁力测量的短缺。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种全域表面电磁力测量系统，包括测量骨架、定位悬臂机构和上位机，所述测量骨架扣接在被测电气设备表面，所述定位悬臂机构包括竖直设置的旋转件和水平设置的悬物梁，所述旋转件的底部连接到所述测量骨架的外侧壁上，所述悬物梁的一端连接到所述旋转件上，所述悬物梁的底部挂载有用于检测被测电气设备表面电磁力的表面电磁力测量传感器，所述表面电磁力测量传感器连接所述上位机将测量数据传输到所述上位机，所述定位悬臂机构连接有驱动机构，所述驱动机构用于驱动所述悬物梁沿所述旋转件进行升降运动、驱动所述旋转件带动所述悬物梁旋转以及驱动所述表面电磁力测量传感器沿所述悬物梁进行径向移动，所述驱动机构连接所述上位机并由所述上位机控制。

进一步的，所述测量骨架包括矩形框和骨节点，所述旋转件的底部连接到所述骨节点上，所述骨节点连接到所述矩形框的外侧壁上。

更进一步的，所述矩形框的相邻两边的内侧壁上都设置有测距传感器，用于测量与所述表面电磁力测量传感器之间的相对距离，所述测距传感器连接所述上位机并将距离数据传输至所述上位机。

进一步的，所述旋转件包括第一螺纹杆和光轴，所述第一螺纹杆的底部和所述光轴的底部都连接到水平设置的旋转盘上，所述驱动机构包括第一驱动机构和第二驱动机构，所述第一驱动机构连接所述第一螺纹杆并驱动所述第一螺纹杆转动，所述第二驱动机构连接所述旋转盘并驱动所述旋转盘转动。

更进一步的，所述第二驱动机构封装到连接台中，所述连接台的底部连接到所述骨节点上。

更进一步的，所述悬物梁包括第二螺纹杆和设置在所述第二螺纹杆一端的连接件，所述连接件穿过所述第一螺纹杆和所述光轴与所述旋转件连接在一起，且所述连接件内侧与所述第一螺纹杆啮合。

更进一步的，所述第二螺纹杆上设置有与所述第二螺纹杆相啮合的定位挂载平台，所述定位挂载平台用于挂载所述表面电磁力测量传感器，所述驱动机构还包括第三驱动机构，所述第三驱动机构连接所述第二螺纹杆并驱动所述第二螺纹杆转动。

进一步的，所述测量骨架还包括平面夹板结构，用于将所述测量骨架和被测电气设备夹紧。

应用如上述测量系统的一种全域表面电磁力测量方法，包括以下步骤：

步骤1：将所述测量骨架扣接在被测电气设备表面；

步骤2：所述上位机设定被测电气设备表面的测量范围以及测量顺序；

步骤3：所述上位机控制所述驱动机构，使所述表面电磁力测量传感器到达初始测量位置；

步骤4：表面电测力测量传感器开始测量，测量完毕后将被测电气设备表面的电磁力信息上传至所述上位机；

步骤5：重复步骤3-4，更新测量位置，完成对所述测量范围内所有位置的测量。

更进一步的，所述步骤3包括：

步骤31：所述上位机控制所述第一驱动机构使所述表面电磁力测量传感器上升到安全距离；

步骤32：所述测距传感器实时测量与所述表面电磁力测量传感器的相对距离，并上传至所述上位机；

步骤33：所述上位机控制所述第二驱动机构以及第三驱动机构，直到所述测距传感器测得的距离满足“所述表面电磁力测量传感器到达初始测量位置正上方”这一条件；

步骤34：所述上位机控制所述第一驱动机构使所述表面电磁力测量传感器到达初始测量位置。

相对于现有技术，本发明所述的一种全域表面电磁力测量系统及测量方法具有以下优势：

(1)本发明所述的表面电磁力测量传感器实现三个自由度的机械运动，通过上位机控制驱动机构自动完成被测电气设备的全域电磁力测量；

(2)本发明所述的测距传感器通过测量与所述表面电磁力测量传感器的相对位置，并上传至上位机，上位机通过控制第二、第三驱动机构将所述表面测量传感器精确定位到测量位置上。

(3)本发明所述的测量系统体积小、结构紧凑，通过平面夹板结构将将所述测量骨架和被测电气设备夹紧，设备稳定性较好。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的测量系统的连接框图；

图2为本发明实施例所述的定位悬臂机构的结构示意图；

图3为本发明实施例所述的测量骨架的结构示意图；

图4为本发明实施例所述的测量方法的流程图。

附图标记说明：

1-上位机；2-测量骨架；3-定位悬臂机构；4-测距传感器；5-表面电磁力测量传感器；6-矩形框；7-骨节点；8-平面夹板结构；9-旋转件；10-悬物梁；11-定位挂载平台；12-骨节点上的等距螺孔；13-第一驱动机构；14-连接台；15-第三驱动机构；16-旋转盘；801-上夹板；802-下夹板；803-支撑壁；901-第一螺纹杆；902-光轴；1001-第二螺纹杆；1002-连接件。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1、2、3所示，一种全域表面电磁力测量系统，包括测量骨架2、定位悬臂机构3和上位机1，测量骨架2包括矩形框6、骨节点7和平面夹板结构8，矩形框6用于扣接在被测电气设备表面，骨节点7连接到矩形框6的外侧壁的任意位置，图3中只画出骨节点的一个连接位置，即矩形框6的顶角旁，平面夹板结构8包括上夹板801、下夹板802和支撑壁803，上夹板801和支撑臂803转动连接，下夹板802和支撑臂803转动连接，且上、下夹板上设置有螺孔，通过螺栓将两片夹板固定在矩形框6上表面和被测电气设备下表面，从而夹紧矩形框6和被测电气设备，加固矩形框6与被测电气设备的连接。

定位悬臂机构3包括竖直设置的旋转件9和水平设置的悬物梁10，旋转件9包括第一螺纹杆901和光轴902，具体的，光轴902设置有4个，第一螺纹杆901被所述4个光轴包围，第一螺纹杆901和光轴902的底端都连接到水平设置的旋转盘16上，悬物梁10包括第二螺纹杆1001、设置在第二螺纹杆1001一端的连接件1002、设置在第二螺纹杆四周的第二光轴，连接件1002穿过第一螺纹杆901和光轴902与旋转件9连接在一起，且连接件1002内侧与第一螺纹杆901啮合，第二螺纹杆1001上设置有与第二螺纹杆1001相啮合的定位挂载平台11，定位挂载平台11穿过第二螺纹杆1001和第二光轴设置，定位挂载平台11上挂载有表面电磁力测量传感器5，表面电磁力测量传感器5连接上位机1并将被测电气设备表面的电磁力信息上传至上位机1；

所述驱动机构包括第一驱动机构13、第二驱动机构(图中未画出)以及第三驱动机构15，第一螺纹杆901的顶端连接用于驱动第一螺纹杆901旋转的第一驱动机构13，旋转盘16连接用于驱动旋转盘16旋转的第二驱动机构，所述第二驱动机构封装到连接台14中，连接台14连接到骨节点7上，骨节点7上设置有若干个等距螺孔12，用于安装连接台14，第二螺纹杆1001的远离第一螺纹杆901的一端连接有用于驱动第二螺纹杆1001旋转的第三驱动机构15，所述第一、第二以及第三驱动机构连接上位机1，上位机1控制所述第一、第二以及第三驱动机构，使表面电磁力测量传感器5到达被测电气设备表面的期望位置，第一驱动机构13通过控制第一螺纹杆901旋转使第二螺纹杆1001完成升降动作，控制表面电磁力测量传感器5的高度值z，第二驱动机构通过控制骨节点7运动，使第二螺纹杆1001以连接件1002为中心转动，控制表面电磁力测量传感器5的方位角第三驱动机构15通过控制第二螺纹杆1001转动，使表面电磁力测量传感器5沿第二螺纹杆1001运动，控制表面电磁力测量传感器5的径向距离ρ，由上可知，所述第一、第二以及第三驱动机构使表面电磁力测量传感器5完成三个自由度的运动，具体的，所述第一、第二以及第三驱动机构为步进电机。

矩形框6的相邻两边的内侧壁上都设置有测距传感器4，具体的，测距传感器4为红外测距传感器，用于测量与表面电磁力测量传感器5的相对距离，所述红外测距传感器连接所述上位机1，且上位机1接收所述红外测距传感器测得的距离数据。

如图4所示，本发明还提出应用上述测量系统的一种全域表面电磁力测量方法，包括如下步骤：

步骤1：将测量骨架2扣接在被测电气设备表面；

步骤2：上位机1设定被测电气设备表面的测量范围以及测量位置顺序，包括：向上位机中输入被测电气设备的几何参数、测试精度以及安全距离，同时上位机1通过测距传感器4获取表面电磁力测量传感器5的初始位置，上位机根据表面电磁力测量传感器5的初始位置、被测电气设备的几何参数以及测试精度选择相应的测试范围以及测试顺序。

步骤3：上位机1控制所述第一、第二以及第三驱动机构，使表面电磁力测量传感器5到达测量位置；

步骤4：表面电测力测量传感器5开始测量，测量完毕后将被测电气设备表面的电磁力信息上传至上位机1；

步骤5：重复步骤3-4，上位机1更新测量位置，完成对测量范围内所有位置的测量。

所述步骤3包括：

步骤31：上位机1控制第一驱动机构13使表面电磁力测量传感器5上升到安全距离；

步骤32：测距传感器4实时测量与表面电磁力测量传感器5的相对距离，并上传至上位机1；

步骤33：上位机1控制第二驱动机构14以及第三驱动机构15，直到测距传感器4测得的距离满足“表面电磁力测量传感器5到达初始测量位置正上方”这一条件。

步骤34：上位机1控制第一驱动机构13使表面电磁力测量传感器5到达测量位置。

所述步骤1还包括：用带螺孔的平面夹板结构8夹住被测电气设备表面的边缘区域，加固与被测电气设备的连接。

测试完毕后，上位机驱动第一驱动机构上升到安全距离。

本发明在测量电气设备表面电磁力前，通过上位机设定被测电气表面的测量区域以及测量顺序，测量过程中，上位机通过控制第一、第二以及第三驱动机构实现表面电磁力测量传感器三个自由度的机械运动，自动跟踪被测电气设备表面，通过红外测距传感器将表面电磁力测量传感器精确定位到上位机指定的测量位置，按照测量顺序完成整个测量区域表面电磁力测量，测量结束后上位机根据测量数据绘制表面电磁力分布图，从而直观的观察被测电气设备表面电磁力分布情况。

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种全域表面电磁力测量系统，其特征在于：包括测量骨架、定位悬臂机构和上位机，所述测量骨架扣接在被测电气设备表面，所述定位悬臂机构包括竖直设置的旋转件和水平设置的悬物梁，所述旋转件的底部连接到所述测量骨架的外侧壁上，所述悬物梁的一端连接到所述旋转件上，所述悬物梁的底部挂载有用于检测被测电气设备表面电磁力的表面电磁力测量传感器，所述表面电磁力测量传感器连接所述上位机将测量数据传输到所述上位机，所述定位悬臂机构连接有驱动机构，所述驱动机构用于驱动所述悬物梁沿所述旋转件进行升降运动、驱动所述旋转件带动所述悬物梁旋转以及驱动所述表面电磁力测量传感器沿所述悬物梁进行径向移动，所述驱动机构连接所述上位机并由所述上位机控制。

2.根据权利要求1所述的一种全域表面电磁力测量系统，其特征在于：所述测量骨架包括矩形框和骨节点，所述旋转件的底部连接到所述骨节点上，所述骨节点连接到所述矩形框的外侧壁上。

3.根据权利要求2所述的一种全域表面电磁力测量系统，其特征在于：所述矩形框的相邻两边的内侧壁上都设置有测距传感器，用于测量与所述表面电磁力测量传感器之间的相对距离，所述测距传感器连接所述上位机并将距离数据传输至所述上位机。

4.根据权利要求2所述的一种全域表面电磁力测量系统，其特征在于：所述旋转件包括第一螺纹杆和光轴，所述第一螺纹杆的底部和所述光轴的底部都连接到水平设置的旋转盘上，所述驱动机构包括第一驱动机构和第二驱动机构，所述第一驱动机构连接所述第一螺纹杆并驱动所述第一螺纹杆转动，所述第二驱动机构连接所述旋转盘并驱动所述旋转盘转动。

5.根据权利要求4所述的一种全域表面电磁力测量系统，其特征在于：所述第二驱动机构封装到连接台中，所述连接台的底部连接到所述骨节点上。

6.根据权利要求4所述的一种全域表面电磁力测量系统，其特征在于：所述悬物梁包括第二螺纹杆和设置在所述第二螺纹杆一端的连接件，所述连接件穿过所述第一螺纹杆和所述光轴与所述旋转件连接在一起，且所述连接件内侧与所述第一螺纹杆啮合。

7.根据权利要求6所述的一种全域表面电磁力测量系统，其特征在于：所述第二螺纹杆上设置有与所述第二螺纹杆相啮合的定位挂载平台，所述定位挂载平台用于挂载所述表面电磁力测量传感器，所述驱动机构还包括第三驱动机构，所述第三驱动机构连接所述第二螺纹杆并驱动所述第二螺纹杆转动。

8.根据权利要求1所述的一种全域表面电磁力测量系统，其特征在于：所述测量骨架还包括平面夹板结构，用于将所述测量骨架和被测电气设备夹紧。

9.应用如权利要求1-8任一项所述的测量系统的一种全域表面电磁力测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：将所述测量骨架扣接在被测电气设备表面；

步骤2：所述上位机设定被测电气设备表面的测量范围以及测量顺序；

步骤3：所述上位机控制所述驱动机构，使所述表面电磁力测量传感器到达初始测量位置；

步骤4：表面电测力测量传感器开始测量，测量完毕后将被测电气设备表面的电磁力信息上传至所述上位机；

步骤5：重复步骤3-4，更新测量位置，完成对所述测量范围内所有位置的测量。

10.根据权利要求9所述的一种全域表面电磁力测量方法，其特征在于：所述步骤3包括：

步骤31：所述上位机控制所述第一驱动机构使所述表面电磁力测量传感器上升到安全距离；

步骤32：所述测距传感器实时测量与所述表面电磁力测量传感器的相对距离，并上传至所述上位机；

步骤33：所述上位机控制所述第二驱动机构以及第三驱动机构，直到所述测距传感器测得的距离满足“所述表面电磁力测量传感器到达初始测量位置正上方”这一条件；

步骤34：所述上位机控制所述第一驱动机构使所述表面电磁力测量传感器到达初始测量位置。