CN112858726A - 一种高转速标准装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高转速标准装置。该装置包括：电源单元；控制单元，其包括输入输出模块、微处理器和FPGA模块，输入输出模块与所述电源单元电连接，与微处理器通信连接，FPGA模块与所述微处理器通信连接；气动单元，包括风轮模块、程控调节阀、风轮模块升降机构、输出转轴和压缩空气源，所述风轮模块与所述程控调节阀气路连接，与所述风轮模块升降机构机械连接，与所述输出转轴一体连接；其中，所述程控调节阀与所述压缩空气源气路连接，与所述FPGA模块通信连接，与所述电源单元电连接。该装置基于气动风轮和FPGA技术来实现标准高转速的发生和精确控制，能够完成对激光式或光电式转速测量仪表准确可靠的高转速检测校准。

Description

一种高转速标准装置
技术领域
本发明涉及计量测试技术领域，更具体地，涉及一种用于激光式或光电式转速测量仪表检测的高转速标准装置。
背景技术
转速是是描述各种旋转机械运转技术性能的一个重要参量，是力学运动学计量的基础。而旋转机械的转速均需利用转速测量仪表或转速传感器及二次仪表来实现测量。其中属于工作器具的转速测量仪表被社会各行业广泛选用。比如转速测量仪表是机械行业必备的仪器之一，用来测定电机的转速或频率，常用于电机、电扇、造纸、塑料、化纤、洗衣机、汽车、飞机、轮船等制造业，涉及国民经济各个领域。各种类型的转速测量仪表及转速传感器都必须通过转速标准装置来检定或校准。
在计量测量领域，为了保证量值统一或测量准确可靠，对转速测量仪表的测量范围和测量误差进行检测是一项重要工作。在国内，转速测量仪表的传统检测往往使用无刷电机配合齿轮变速装置来组成标准转速装置，扩展转速测量上限，如中国专利“标准转速装置”（申请号：201420626207.5）所公开的。另一种扩展转速测量上限则基于微型电机和FPGA技术，如中国专利“转速标准装置”（申请号：201620473050.6）所公开的。
随着近年来航空航天、医疗卫生以及一些高新技术产业的飞速发展，现有的这两类转速标准装置在测量范围方面已经越来越不能满足来自国防建设和民生安全的高转速计量需求。
在现有技术中，通常使用无刷电机配合齿轮变速装置，通过多级增速来实现输出转速上限的提高，其所能达到的转速上限为100000 r/min，使用微型电机和FPGA技术，其所能达到的转速上限为120000 r/min，都已经不能满足高转速测量仪的测量上限200000 r/min，并且这两类转速标准装置运行时振动、噪声较大，由于精密齿轮间的机械磨损或微型电机的机械磨损，通常使用寿命不长。
发明内容
本发明的目的是提出了一种高转速标准装置，其基于气动风轮和FPGA技术来实现标准高转速的发生和精确控制，能够完成对激光式或光电式转速测量仪表准确可靠的高转速检测校准。
本发明采用以下解决方案：
一种高转速标准装置，该装置可以包括：
电源单元；
控制单元，包括输入输出模块、微处理器和FPGA模块，所述输入输出模块与微处理器通信连接，所述FPGA模块与所述微处理器通信连接；
气动单元，包括风轮模块、程控调节阀、风轮模块升降机构、输出转轴和压缩空气源，所述风轮模块与所述程控调节阀气路连接，与所述风轮模块升降机构机械连接，与所述输出转轴一体连接，所述输出转轴上带有识别标记，通过该识别标记，待校准的激光式或光电式转速测量仪表可对高转速标装置的输出转速的进行非接触式测量；
其中，所述程控调节阀与所述压缩空气源气路连接，与所述FPGA模块通信连接，与所述电源单元电连接，所述FPGA模块将输入的转速转换为驱动所述程控调节阀的信号，从而控制所述压缩空气源进气量的大小，将所述风轮模块的转速控制在输入的转速上。
优选地，在该高转速标准装置中，风轮模块可以为涡轮动力风轮模块。
优选地，在该高转速标准装置中，输出转轴可以为风轮轴一体的单一输出轴。
优选地，在该高转速标准装置中，在所述输出转轴上可以喷涂有暗标识，作为识别标记。
优选地，在该高转速标准装置中，输出的转速范围可以为30000～300000 r/min。
优选地，在该高转速标准装置中，输入输出模块可以包括用户交互界面。
优选地，在该高转速标准装置中，用户交互界面可以为触摸显示屏。
优选地，在该高转速标准装置中，风轮模块升降机构可以通过机械旋钮进行控制。
优选地，在该高转速标准装置中，除压缩空气源外，气动单元、控制单元和电源单元集成在同一机箱。
优选地，在该高转速标准装置中，机箱后面板上可以设有电源插座、开关和压缩空气管路接口。
本发明的有益效果：本发明采用气动风轮和FPGA技术来实现标准高转速的发生和精确控制，其中气动风轮具有质量小、转动惯量小以及摩擦阻力小的特点，而气动风轮受控于程控调节阀，且程控调节阀由FPGA进行驱动，因此可实现气动风轮的可调、可控转速设定，使得标准装置能够完成对激光式或光电式转速测量仪表准确可靠的转速检测校准。本发明的转速范围宽、转速上限高，并且运行噪声小、抗干扰能力强、操作灵活便捷、价格低廉。
附图说明
通过结合附图对公开的示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明的示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的一个实施例的高转速标准装置的总体结构示意图。
图2示出了根据本发明的一个实施例的高转速标准装置的俯视图。
图3示出了根据本发明的一个实施例的高转速标准装置的后视图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
图1示出了根据本发明的一个实施例的高转速标准装置的总体结构示意图，图2和图3分别示出了根据本发明的一个实施例的高转速标准装置的俯视图和后视图。如图1所示，该高转速标准装置可以包括：控制单元100、气动单元200和电源单元300。控制单元100可以包括输入输出模块101、微处理器102和FPGA模块103，其中，输入输出模块101与微处理器102通信连接，FPGA模块103与微处理器102通信连接。气动单元200可以包括风轮模块201、程控调节阀202、风轮模块升降机构203、输出转轴204和压缩空气源205，其中，风轮模块201与程控调节阀202气路连接，与风轮模块升降机构203机械连接，与输出转轴204一体连接，并且，程控调节阀202与压缩空气源205气路连接，与FPGA模块103通信连接，与电源单元300电连接。
用户通过输入输出模块101输入设定的转速，利用风轮模块升降机构203对风轮模块201的位置进行调整，FPGA模块103将输入的转速转换为驱动程控调节阀202的信号，从而控制压缩空气源205进气量的大小，将风轮模块201的转速控制在输入的转速上。本发明的高转速标准装置基于气动风轮和FPGA技术来实现标准高转速的发生和精确控制，能够完成对激光式或光电式转速测量仪表准确可靠的高转速检测校准。
在一个示例中，风轮模块201可以为涡轮动力风轮模块。涡轮动力风轮的能量转换效率高、运行特征稳定，能够实现可靠的转速输出。
在一个示例中，输出转轴204可以为风轮轴一体的单一输出轴。
在一个示例中，在输出转轴204上可以喷涂有暗标识。通过暗标识可以实现激光式或光电式转速测量仪表对于本发明的高转速标装置的输出转速的非接触式测量。
在一个示例中，输出转轴204输出的转速范围可以为30000～300000 r/min。
在一个示例中，输入输出模块101可以包括用户交互界面。用户可以通过用户交互界面输入设定的转速。
在一个示例中，用户交互界面可以为触摸显示屏401，如图2所示。
在一个示例中，风轮模块升降机构203可以通过机械旋钮206进行控制。
在一个示例中，除压缩空气源205外，控制单元100、气动单元200和电源单元300集成在同一机箱上。
在一个示例中，机箱后面板上设有电源插座501、开关502和压缩空气管路接口503，如图3所示。
应用示例
为便于理解本发明实施例的方案及其效果，以下给出两个具体应用示例。本领域技术人员应理解，该示例仅为了便于理解本发明，其任何具体细节并非意在以任何方式限制本发明。
应用示例1：利用本发明的高转速标准装置对激光式转速频率仪进行检测。
激光式转速频率仪的激光传感器发射的测量光束照射在根据本发明的高转速标准装置的输出转轴204上，通过本装置输出轴上的暗标识对高转速标准装置的输出转速进行测量。通过高转速标准装置的触摸显示屏1，在转速范围3000～300000 r/min按1、3、5系列进行输出转速的设置，完成对转速频率仪的测量上限和测量误差的检测。测量结果表明，本发明的转速分辨力在转速范围3000～300000 r/min内为1000 r/min。
应用示例2：利用本发明的高转速标准装置对光电数字高转速表进行检测。
光电数字高转速表的光电传感器发射的测量光束照射在本发明高转速标准装置的输出转轴204上，通过本装置输出轴上的暗标识对高转速标准装置的输出转速进行测量。通过高转速标准装置的触摸显示屏1，在转速范围3000～300000 r/min按1、3、5系列进行输出转速的设置，完成对光电数字高转速表的测量上限和测量误差的检测。测量结果表明，本封面的转速分辨力在转速范围3000～300000 r/min内为1000 r/min。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种高转速标准装置，其特征在于，包括：
电源单元；
控制单元，包括输入输出模块、微处理器和FPGA模块，所述输入输出模块与微处理器通信连接，所述FPGA模块与所述微处理器通信连接；以及
气动单元，包括风轮模块、程控调节阀、风轮模块升降机构、输出转轴和压缩空气源，所述风轮模块与所述程控调节阀气路连接，与所述风轮模块升降机构机械连接，与所述输出转轴一体连接，所述输出转轴上带有识别标记，通过该识别标记，待校准的激光式或光电式转速测量仪表可对高转速标装置的输出转速的进行非接触式测量；
其中，所述程控调节阀与所述压缩空气源气路连接，与所述FPGA模块通信连接，与所述电源单元电连接，所述FPGA模块将输入的转速转换为驱动所述程控调节阀的信号，从而控制所述压缩空气源进气量的大小，将所述风轮模块的转速控制在输入的转速上。
2.根据权利要求1所述的一种高转速标准装置，其特征在于，所述风轮模块为涡轮动力风轮模块。
3.根据权利要求1所述的一种高转速标准装置，其特征在于，所述输出转轴为风轮轴一体的单一输出轴。
4.根据权利要求1所述的一种高转速标准装置，其特征在于，在所述输出转轴上喷涂有暗标识，作为识别标记。
5.根据权利要求1所述的一种高转速标准装置，其特征在于，所述输出转轴的输出转速范围为30000～300000 r/min。
6.根据权利要求1所述的一种高转速标装置，其特征在于，所述输入输出模块包括用户交互界面。
7.根据权利要求6所述的一种高转速标准装置，其特征在于，所述用户交互界面为触摸显示屏。
8.根据权利要求1所述的一种高转速标准装置，其特征在于，所述风轮模块升降机构通过机械旋钮进行控制。
9.根据权利要求1所述的一种高转速标准装置，其特征在于，除压缩空气源外，所述气动单元、控制单元和电源单元集成在同一机箱。
10.根据权利要求9所述的一种高转速标准装置，其特征在于，所述机箱的后面板上设有电源插座、开关和压缩空气管路接口。
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