CN112729087A - 差分式电涡流微位移传感器标定装置、方法、计算机设备和存储介质 - Google Patents

差分式电涡流微位移传感器标定装置、方法、计算机设备和存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种差分式电涡流微位移传感器标定装置、方法、计算机设备和存储介质。在标定过程中，首先通过调节一维精密调整台，使被测物与两探头之间的距离为零位距离。然后，将被测物与其中一探头之间的距离调至量程最大值，并调节处理电路增益使处理电路输出最大有效值。之后，在整个量程范围内，以指定步长步进调节被测物与探头之间的距离，同步记录双频激光干涉仪给出的距离信息及处理电路输出值，最后通过数据拟合得到差分式电涡流微位移传感器的标定结果。本发明采用双频激光干涉仪测量被测物与探头之间的距离，精度高，能够提高差分式电涡流微位移传感器的标定精度；采用双探头差分测量模式，可有效提高输入输出关系曲线的线性度。

Description

差分式电涡流微位移传感器标定装置、方法、计算机设备和存 储介质
技术领域
本发明属于传感技术领域，特别是一种高精度差分式电涡流微位移传感器标定装置及方法。
背景技术
作为一种非接触、高精度微位移测量元件，电涡流传感器以结构简单、价格低廉、灵敏度高、频带宽、不受油污介质影响、抗干扰能力强等优点，广泛应用于位移、振动、转速、金属膜厚度、金属元件几何尺寸、表面粗糙度等物理量的测量，在工业生产、航空工业、核工业、石油化工、安全检测等领域发挥着重要作用。电涡流传感器分为单端式和差分式两种，单端式电涡流微位移传感器具有非线性特性，在对线性度要求较高的场合，可采用两个探头进行差分测量。
差分式微位移传感器的标定曲线是传感器得以实际应用的关键，微位移传感器标定曲线的精度直接影响微位移传感器输出数据精度。实际应用中，可将传感器探头位置固定，通过旋转内径千分尺平移被测物，使得传感器探头与被测物之间的距离发生变化，读取内径千分尺数据确定传感器探头与被测物之间的距离，并同步记录传感器输出数据。通过多次改变传感器探头与被测物之间的距离，获取传感器探头与被测物之间距离与传感器输出值之间的多组对应关系，最后通过数据拟合得到微位移传感器的标定曲线。该方法中，内径千分尺通过机械传动带动被测物发生平移，机械传动存在误差，内径千分尺的读数与被测物的真实位移之间存在较大误差，因此该方法仅适用于标定精度要求不高的场合。为提高差分式微位移传感器的标定精度，急需一种高精度的标定方法。
发明内容
本发明的目的在于解决内径千分尺探头带动被测物发生平移，由内径千分尺数据确定被测物位移时误差较大的问题，提供一种高精度差分式电涡流微位移传感器标定装置及方法，以提高差分式微位移传感器输入输出特性的标定精度。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种高精度差分式电涡流微位移传感器标定装置，所述装置包括浮空平台，以及设置于该平台上的被测物、一维精密调整台、左探头、左探头固定架、右探头、右探头固定架、处理电路、测量仪器、距离测量单元以及计算机；所述左探头、右探头分别安装在固定于浮空平台上的左探头固定架和右探头固定架上；所述一维精密调整台位于左探头固定架和右探头固定架之间且三者位于同一直线上，所述被测物放置在一维精密调整台上，且两者相对位置恒定，调节一维精密调整台可带动被测物在浮空平台表面沿两探头固定架连线的轴向方向水平移动，以改变被测物与左探头、右探头之间的距离；所述距离测量单元用于测量左探头或右探头与被测物之间的距离，并将该距离信息传输至计算机；所述处理电路用于将左探头、右探头探测的信息转换为电压信号，并传输至测量仪器进行数据采集，还用于调节系统增益。
一种高精度差分式电涡流微位移传感器标定方法，所述方法包括：
步骤1，搭建所述高精度差分式电涡流微位移传感器标定装置；
步骤2，调节一维精密调整台将被测物置于其行程中间位置，然后将左探头与被测物接触，并固定左探头；同时，将计算机记录的双频激光干涉仪测量的位置信息清零，以此作为调节基准位置；
步骤3，调节一维精密调整台，带动被测物远离左探头，实时观测计算机显示的双频激光干涉仪测量的距离信息，直至被测物与左探头之间的距离为零位距离；
步骤4，调整右探头的水平位置，实时观测处理电路的输出结果，直至处理电路输出结果为0时，固定右探头；同时，将计算机记录的双频激光干涉仪测量的位置信息清零，以此作为测量基准位置；
步骤5，调节一维精密调整台，带动被测物运动至距离左探头最远或最近的位置，然后调节处理电路中的增益调节电位计，使得处理电路输出值最大，由此确定了在指定零位距离及量程情况下处理电路的增益；
步骤6，从当前位置以指定步长调节一维精密调整台，同步记录双频激光干涉仪的位置输出及测量仪器的采集结果，直至被测物与左探头的距离达到最近或最远；
步骤7，对采集得到的双频激光干涉仪位置输出及测量仪器的采集结果进行数据拟合，得到差分式电涡流微位移传感器的标定结果。
一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
步骤1，搭建所述高精度差分式电涡流微位移传感器标定装置；
步骤2，调节一维精密调整台将被测物置于其行程中间位置，然后将左探头与被测物接触，并固定左探头；同时，将计算机记录的双频激光干涉仪测量的位置信息清零，以此作为调节基准位置；
步骤3，调节一维精密调整台，带动被测物远离左探头，实时观测计算机显示的双频激光干涉仪测量的距离信息，直至被测物与左探头之间的距离为零位距离；
步骤4，调整右探头的水平位置，实时观测处理电路的输出结果，直至处理电路输出结果为0时，固定右探头；同时，将计算机记录的双频激光干涉仪测量的位置信息清零，以此作为测量基准位置；
步骤5，调节一维精密调整台，带动被测物运动至距离左探头最远或最近的位置，然后调节处理电路中的增益调节电位计，使得处理电路输出值最大，由此确定了在指定零位距离及量程情况下处理电路的增益；
步骤6，从当前位置以指定步长调节一维精密调整台，同步记录双频激光干涉仪的位置输出及测量仪器的采集结果，直至被测物与左探头的距离达到最近或最远；
步骤7，对采集得到的双频激光干涉仪位置输出及测量仪器的采集结果进行数据拟合，得到差分式电涡流微位移传感器的标定结果。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
步骤1，搭建所述高精度差分式电涡流微位移传感器标定装置；
步骤2，调节一维精密调整台将被测物置于其行程中间位置，然后将左探头与被测物接触，并固定左探头；同时，将计算机记录的双频激光干涉仪测量的位置信息清零，以此作为调节基准位置；
步骤3，调节一维精密调整台，带动被测物远离左探头，实时观测计算机显示的双频激光干涉仪测量的距离信息，直至被测物与左探头之间的距离为零位距离；
步骤4，调整右探头的水平位置，实时观测处理电路的输出结果，直至处理电路输出结果为0时，固定右探头；同时，将计算机记录的双频激光干涉仪测量的位置信息清零，以此作为测量基准位置；
步骤5，调节一维精密调整台，带动被测物运动至距离左探头最远或最近的位置，然后调节处理电路中的增益调节电位计，使得处理电路输出值最大，由此确定了在指定零位距离及量程情况下处理电路的增益；
步骤6，从当前位置以指定步长调节一维精密调整台，同步记录双频激光干涉仪的位置输出及测量仪器的采集结果，直至被测物与左探头的距离达到最近或最远；
步骤7，对采集得到的双频激光干涉仪位置输出及测量仪器的采集结果进行数据拟合，得到差分式电涡流微位移传感器的标定结果。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)采用双频激光干涉仪测量被测物与探头之间的距离，精度高，能够提高差分式电涡流微位移传感器的标定精度；2)采用双探头差分测量模式，可有效提高输入输出关系曲线的线性度。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为一个实施例中本发明差分式电涡流微位移传感器标定装置示意图。
图2为一个实施例中高精度差分式电涡流微位移传感器零位及量程示意图。
图3为一个实施例中高精度差分式电涡流微位移传感器标定流程图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
在一个实施例中，结合图1，提供了一种高精度差分式电涡流微位移传感器标定装置，所述装置包括浮空平台12，以及设置于该平台上的被测物2、一维精密调整台3、左探头4、左探头固定架5、右探头6、右探头固定架7、处理电路8、测量仪器9、距离测量单元以及计算机11；所述左探头4、右探头6分别安装在固定于浮空平台12上的左探头固定架5和右探头固定架7上；所述一维精密调整台3位于左探头固定架5和右探头固定架7之间且三者位于同一直线上，所述被测物2放置在一维精密调整台3上，且两者相对位置恒定，调节一维精密调整台3可带动被测物2在浮空平台12表面沿两探头固定架连线的轴向方向水平移动，以改变被测物2与左探头4、右探头6之间的距离；所述距离测量单元用于测量左探头4或右探头6与被测物2之间的距离，并将该距离信息传输至计算机11；所述处理电路8用于将左探头4、右探头6探测的信息转换为电压信号，并传输至测量仪器9进行数据采集，还用于调节系统增益。
进一步地，在其中一个实施例中，所述距离测量单元包括双频激光干涉仪1、角反射器10，其中双频激光干涉仪1固定设置在浮空平台10上，且位于左探头固定架5和右探头固定架7的连线上；所述角反射器10设置在一维精密调整台3上，且位于被测物2靠近双频激光干涉仪1的一侧，双频激光干涉仪1发出一束激光照射到角反射器10上，角反射器10将激光原路返回，双频激光干涉仪1根据发出和返回的激光束信息计算双频激光干涉仪1与被测物2之间的距离信息。
进一步地，在其中一个实施例中，所述处理电路8包括用于调节系统增益的增益调节电位计。
进一步地，在其中一个实施例中，所述被测物2采用铝合金或钛合金。
进一步地，在其中一个实施例中，所述测量仪器9采用示波器，或万用表，或数字电压表，或数据采集卡配给计算机实现。
在一个实施例中，结合图3，提供了一种高精度差分式电涡流微位移传感器标定方法，所述方法包括：
步骤1，搭建所述高精度差分式电涡流微位移传感器标定装置；
步骤2，调节一维精密调整台3将被测物2置于其行程中间位置，然后将左探头4与被测物2接触，并固定左探头4；同时，将计算机11记录的双频激光干涉仪1测量的位置信息清零，以此作为调节基准位置；
步骤3，调节一维精密调整台3，带动被测物2远离左探头4，实时观测计算机11显示的双频激光干涉仪1测量的距离信息，直至被测物2与左探头4之间的距离为零位距离；
如图2所示，高精度差分式电涡流微位移传感器在应用时存在零位距离，当两探头均在零位距离时，处理电路输出电压为0。量程在零位距离基础上进行确定。
步骤4，调整右探头6的水平位置，实时观测处理电路8的输出结果，直至处理电路8输出结果为0时，固定右探头6；同时，将计算机11记录的双频激光干涉仪1测量的位置信息清零，以此作为测量基准位置；
步骤5，调节一维精密调整台3，带动被测物2运动至距离左探头4最远或最近的位置，然后调节处理电路8中的增益调节电位计，使得处理电路8输出值最大，由此确定了在指定零位距离及量程情况下处理电路的增益；
步骤6，从当前位置以指定步长调节一维精密调整台3，同步记录双频激光干涉仪1的位置输出及测量仪器9的采集结果，直至被测物2与左探头4的距离达到最近或最远；
步骤7，对采集得到的双频激光干涉仪1位置输出及测量仪器9的采集结果进行数据拟合，得到差分式电涡流微位移传感器的标定结果。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
步骤1，搭建所述高精度差分式电涡流微位移传感器标定装置；
步骤2，调节一维精密调整台3将被测物2置于其行程中间位置，然后将左探头4与被测物2接触，并固定左探头4；同时，将计算机11记录的双频激光干涉仪1测量的位置信息清零，以此作为调节基准位置；
步骤3，调节一维精密调整台3，带动被测物2远离左探头4，实时观测计算机11显示的双频激光干涉仪1测量的距离信息，直至被测物2与左探头4之间的距离为零位距离；
步骤4，调整右探头6的水平位置，实时观测处理电路8的输出结果，直至处理电路8输出结果为0时，固定右探头6；同时，将计算机11记录的双频激光干涉仪1测量的位置信息清零，以此作为测量基准位置；
步骤5，调节一维精密调整台3，带动被测物2运动至距离左探头4最远或最近的位置，然后调节处理电路8中的增益调节电位计，使得处理电路8输出值最大，由此确定了在指定零位距离及量程情况下处理电路的增益；
步骤6，从当前位置以指定步长调节一维精密调整台3，同步记录双频激光干涉仪1的位置输出及测量仪器9的采集结果，直至被测物2与左探头4的距离达到最近或最远；
步骤7，对采集得到的双频激光干涉仪1位置输出及测量仪器9的采集结果进行数据拟合，得到差分式电涡流微位移传感器的标定结果。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
步骤1，搭建所述高精度差分式电涡流微位移传感器标定装置；
步骤2，调节一维精密调整台3将被测物2置于其行程中间位置，然后将左探头4与被测物2接触，并固定左探头4；同时，将计算机11记录的双频激光干涉仪1测量的位置信息清零，以此作为调节基准位置；
步骤3，调节一维精密调整台3，带动被测物2远离左探头4，实时观测计算机11显示的双频激光干涉仪1测量的距离信息，直至被测物2与左探头4之间的距离为零位距离；
步骤4，调整右探头6的水平位置，实时观测处理电路8的输出结果，直至处理电路8输出结果为0时，固定右探头6；同时，将计算机11记录的双频激光干涉仪1测量的位置信息清零，以此作为测量基准位置；
步骤5，调节一维精密调整台3，带动被测物2运动至距离左探头4最远或最近的位置，然后调节处理电路8中的增益调节电位计，使得处理电路8输出值最大，由此确定了在指定零位距离及量程情况下处理电路的增益；
步骤6，从当前位置以指定步长调节一维精密调整台3，同步记录双频激光干涉仪1的位置输出及测量仪器9的采集结果，直至被测物2与左探头4的距离达到最近或最远；
步骤7，对采集得到的双频激光干涉仪1位置输出及测量仪器9的采集结果进行数据拟合，得到差分式电涡流微位移传感器的标定结果。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种差分式电涡流微位移传感器标定装置，其特征在于，所述装置包括浮空平台(12)，以及设置于该平台上的被测物(2)、一维精密调整台(3)、左探头(4)、左探头固定架(5)、右探头(6)、右探头固定架(7)、处理电路(8)、测量仪器(9)、距离测量单元以及计算机(11)；所述左探头(4)、右探头(6)分别安装在固定于浮空平台(12)上的左探头固定架(5)和右探头固定架(7)上；所述一维精密调整台(3)位于左探头固定架(5)和右探头固定架(7)之间且三者位于同一直线上，所述被测物(2)放置在一维精密调整台(3)上，且两者相对位置恒定，调节一维精密调整台(3)可带动被测物(2)在浮空平台(12)表面沿两探头固定架连线的轴向方向水平移动，以改变被测物(2)与左探头(4)、右探头(6)之间的距离；所述距离测量单元用于测量左探头(4)或右探头(6)与被测物(2)之间的距离，并将该距离信息传输至计算机(11)；所述处理电路(8)用于将左探头(4)、右探头(6)探测的信息转换为电压信号，并传输至测量仪器(9)进行数据采集，还用于调节系统增益。
2.根据权利要求1所述的差分式电涡流微位移传感器标定装置，其特征在于，所述距离测量单元包括双频激光干涉仪(1)、角反射器(10)，其中双频激光干涉仪(1)固定设置在浮空平台(10)上，且位于左探头固定架(5)和右探头固定架(7)的连线上；所述角反射器(10)设置在一维精密调整台(3)上，且位于被测物(2)靠近双频激光干涉仪(1)的一侧，双频激光干涉仪(1)发出一束激光照射到角反射器(10)上，角反射器(10)将激光原路返回。
3.根据权利要求1或2所述的差分式电涡流微位移传感器标定装置，其特征在于，所述处理电路(8)包括用于调节系统增益的增益调节电位计。
4.根据权利要求3所述的差分式电涡流微位移传感器标定装置，其特征在于，所述被测物(2)采用铝合金或钛合金。
5.根据权利要求4所述的差分式电涡流微位移传感器标定装置，其特征在于，所述测量仪器(9)采用示波器，或万用表，或数字电压表，或数据采集卡配给计算机实现。
6.基于权利要求1至5任意一项所述装置的差分式电涡流微位移传感器标定方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1，搭建所述高精度差分式电涡流微位移传感器标定装置；
步骤2，调节一维精密调整台(3)将被测物(2)置于其行程中间位置，然后将左探头(4)与被测物(2)接触，并固定左探头(4)；同时，将计算机(11)记录的双频激光干涉仪(1)测量的位置信息清零，以此作为调节基准位置；
步骤3，调节一维精密调整台(3)，带动被测物(2)远离左探头(4)，实时观测计算机(11)显示的双频激光干涉仪(1)测量的距离信息，直至被测物(2)与左探头(4)之间的距离为零位距离；
步骤4，调整右探头(6)的水平位置，实时观测处理电路(8)的输出结果，直至处理电路(8)输出结果为0时，固定右探头(6)；同时，将计算机(11)记录的双频激光干涉仪(1)测量的位置信息清零，以此作为测量基准位置；
步骤5，调节一维精密调整台(3)，带动被测物(2)运动至距离左探头(4)最远或最近的位置，然后调节处理电路(8)中的增益调节电位计，使得处理电路(8)输出值最大，由此确定了在指定零位距离及量程情况下处理电路的增益；
步骤6，从当前位置以指定步长调节一维精密调整台(3)，同步记录双频激光干涉仪(1)的位置输出及测量仪器(9)的采集结果，直至被测物(2)与左探头(4)的距离达到最近或最远；
步骤7，对采集得到的双频激光干涉仪(1)位置输出及测量仪器(9)的采集结果进行数据拟合，得到差分式电涡流微位移传感器的标定结果。
7.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求6所述方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求6所述的方法的步骤。
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