CN113074767A - 电涡流传感器动静态一体化校准装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了电涡流传感器动静态一体化校准装置，该装置包括：水平放置的振动电机，固定于振动电机端部的金属检测板，设置于金属检测板远离振动电机一侧的传感器夹具，传感器夹具安装具有多个安装待测传感器的位置，且任一待测传感器固定在传感器夹具上以后，待测传感器的长度方向垂于金属检测板。在同一套夹具上固定多个传感器可以提高传感器检定的效率，待测传感器可以为多个相同规格或量程的，也可以是不同规格或量程的。

Description

电涡流传感器动静态一体化校准装置

技术领域

本发明涉及电涡流传感器校准装置，尤其涉及电涡流传感器动静态一体化校准装置。

背景技术

电涡流传感器采用的是感应电涡流原理，当带有高频电流的线圈靠近被测金属时，线圈上的高频电流所产生的高频电磁场便在金属表面上产生感应电流，电磁学上称之为电涡流。电涡流效应与被测金属间的距离及电导率、磁导率、线圈的几何形状、几何尺寸，电流频率等参数有关。通过电路可将被测金属相对于传感器探头之间的距离变化转换成电压或电流变化。电涡流传感器就是根据这一原理实现对金属物体的位移、振动等参数的测量的。

现有技术中针对静态指标的测量设备及方法有：将电涡流传感器安装在位移静校器上后，以电涡流传感器每10％的量程为1个测量点，调节电涡流传感器端面到金属物体之间的距离，每次距离调节通过螺旋测微仪测量，在整个测量范围内，包括上、下限值共测11个点，顺序在各个测量点测量传感器的输出值Ui和传感器的移动距离Li，i＝1、2、3......11，电涡流传感器通过导线与直流数字电压表连接，直流数字电压表读出每个测量点处的Ui值，以上、下两个行程为一个测量循环，一共测三个循环，将测量值代入静态指标的计算公式中从而测得静态指标。

在检定中要用适合的支架将传感器固定在标准振动台台面垂直方向上的合适位置，并确保支架及传感器非活动部分与振动台台体之间不产生相对运动，对于测量中不用支架固定，可直接安装在被测振动体上的传感器，在检定中应将被检传感器刚性的安装在标准振动台台面上。用标准加速度计监控振动台，在被检传感器的动态范围内，选取某一实用的频率[值推荐(20 40 80 160)Hz]和某一指定的位移值[值推荐(0.1、0.2、0.5、1.0、2.0、5.0)mm]进行检定，其被检传感器的电压输出值与振动台的位移值之比为该传感器的动态参考灵敏度。

发明内容

本发明为解决现有技术中存在的问题，针对电涡流传感器的定型鉴定、样机试验、首次检定、后续使用过程中的定期校准检定等，满足同时对多种规格或量程的待检测传感器的检定需求，提出了电涡流传感器动静态一体化校准装置。

其中静态指标包括如下：灵敏度校准的不确定度、幅值线性度、回程误差、幅值重复性、零值误差。动态指标包括如下：参考灵敏度校准的不确定度、频率响应、幅值线性度。

该装置包括：水平放置的振动电机，固定于振动电机端部的金属检测板，设置于金属检测板远离振动电机一侧的传感器夹具，传感器夹具安装具有多个安装待测传感器的位置，且任一待测传感器固定在传感器夹具上以后，待测传感器的长度方向垂于金属检测板。在同一套夹具上固定多个传感器可以提高传感器检定的效率，待测传感器可以为多个相同规格或量程的，也可以是不同规格或量程的，振动电机的振动模组用于带动金属检测板以一定的频率做往复运动。

进一步地，振动电机内置有动态测量标准传感器，在进行动态监测时，用于确定振动电机振动频率和位移值。

进一步地，传感器夹具固定于自动滑台的移动端，用于带动传感器夹具远离或靠近金属检测板。

进一步地，传感器夹具设有至少一个用于固定静缩式位置检测传感器的安装位，静缩式位置检测传感器的固定方向平行于待测传感器，静缩式位置检测传感器主要用于确定传感器夹具移动的位置，将检定过程中收集待测传感器的电压数据与收集到的静缩式位置检测传感器位置数据进行处理，能快速检测出待测传感器的各种静态参数。

进一步地，由于静缩式位置检测传感器为接触式传感器，在检测位移值时其端部始终作用于固定块，静缩式位置检测传感器自身收到固定块的反作用力后，该反作用力会使传感器夹具产生转矩，导致待测传感器发生微量偏斜，为了消除这种转矩造成的位移值检测误差，静缩式位置检测传感器的安装位为两个，分别位于安装待测传感器区域的两侧。

进一步地，自动滑台上的移动端安装在沿待测传感器长度方向布置的滑轨上方，移动端的中部通过可自由旋转的丝杠驱动自身在滑轨上往复移动，通过控制丝杠的旋转圈数可以控制移动端的移动距离，通过控制丝杠的旋转方向改变移动端的移动方向。

进一步地，丝杠的一端与伺服电机连接，由伺服电机驱动丝杠旋转。

进一步地，动态标准传感器、待测传感器、静缩式位置检测传感器和伺服电机通过信号线与数据采集系统连接，静缩式位置检测传感器及待检传感器通过信号线与数据采集处理系统连接实现位移值及电压值的测量，同时私服电机也与该数据采集处理系统连接，根据静缩式位置检测传感器判断和确定传感器夹具移动的位移值，数据采集处理系统在各位移处采集到待测传感器的电压值，将结果反馈至数据采集处理系统，数据采集处理系统收到该位置反馈的结果后，向伺服电机发送信号，使伺服电机启动，带动传感器夹具移动至下一位置。

进一步地，金属检测板的面积要覆盖所有待测传感器在金属检测板检测平面上的投影位置，并能使待测传感器形成完整的涡流效应，确定所有传感器在相同条件下完成检定过程。

本发明的技术效果在于：该一体化装置通过将金属检测板固定在振动电机的振动模组上，在振动电机启动时，可以进行动态校准，在电机停止时，可以进行静态校准。

根据中华人民共和国计量检定规程JJG644-2003中的规定，在检定待测传感器的静态指标时，改变待测传感器与金属检测板的距离，以每10％量程为一个测量点，包括量程的上、下限值，共测11个点；在采集11个点对应的电压数值时，由自动滑台带动传感器夹具依次移动至11个点位上，通过数据采集仪测量每个点位上各待测传感器的电压值，静缩式位置检测传感器或伺服电机提供点位的位移值，两者还可以起到互相校核的作用，确保位移值准确无误。

当多个不同传感器的量程不同时，各待测传感器所需检测的11个点位也不尽相同，因此，需要提前根据待测传感器的量程，计算出所有待测传感器需要采集数据的点位，并将点位信息通过软件录入数据采集处理系统，使伺服电机按照一定的顺序，依次使待测传感器移动至JJG644-2003中的规定的点位上，对于不同量程的待测传感器具有重叠的检测点位时，当待测传感器移动至该重叠点位时，可以同时采集至少两个传感器的数据，同样节约采集数据所需的时间。

附图说明

图1是本发明中一体化校准装置的轴测图；

图2是本发明中一体化校准装置静态检定时的主视图；

图3是本发明中一体化校准装置动态检定时的主视图。

图中，1.振动电机，2.金属检测板，3.传感器夹具，4.自动滑台，5.待测传感器，6.静缩式位置检测传感器，7.数据采集处理系统，8.动态测量标准传感器，11.振动模组，41.移动端，42.滑轨，43.伺服电机，44.丝杠。

具体实施方式

下面结合图1至图2对本发明的具体实施方式进行说明。

实施例1

图1示意了装有四个待测传感器的一体化校准装置，该装置包括：水平放置的带有内置动态标准传感器8的振动电机1，固定于振动电机1端部振动模组11上的金属检测板2，设置于金属检测板2远离振动电机1一侧的传感器夹具3，传感器夹具3安装四个待测传感器5和两个静缩式位置检测传感器6，假设四个待测传感器5的量程分别为5mm，10mm，10mm，20mm，由于四个待测传感器5为横向排列，使得传感器夹具3在横向的尺寸较大，因此两个静缩式位置检测传感器6应分别设置于四个待测传感器5的两侧，并同时作用于固定块上。。

同时，传感器夹具3固定于自动滑台4的移动端41，自动滑台4上的移动端41安装在沿待测传感器5长度方向布置的滑轨42上方，移动端41的中部通过可自由旋转的丝杠44驱动自身在滑轨42上往复移动，而伺服电机43连接在丝杆的输入端，驱动丝杆转动；伺服电机43通过信号线与数据采集处理系统系统7，因此，可以通过数据采集处理系统7控制丝杆转动的圈数和方向，进一步控制移动端41的位移距离。

静态参数检定

图2示意了四个待测传感器5和两个静缩式位置检测传感器6安装在传感器夹具3上，确保所有待测传感器5感应端平齐，任一待测传感器5距离金属检测板2相同，并能使待测传感器5形成完整的涡流效应，通过数据采集处理系统系统7调整金属检测板2相对于待测传感器5的位置，按JJG644-2003中的规定，使待测传感器5移动至自身所需检定取值的11个点位。

若按照现有技术的规定，一个测量循环内，三种待测传感器5至少需要测量33个点位，但将三种待测传感器5同时安装在一体化校准装置后，由于5mm，10mm，20mm三种量程的检测点位中，具有3个三种传感器都需要检定的重叠点位，具有6个任一两种传感器都需要检定的重复点位，实际上，仅需要完成21个点位处的数据采集，即可同时完成四个待测传感器5的静态参数检定。相比现有技术，检测效率提升30％，且不需要对待测传感器5进行多次安装。

动态参数检定

图3示意了四个待测传感器5安装在传感器夹具3上，确保所有待测传感器5的感应端平齐，任一待测传感器5相对于金属检测板2距离相同，并且金属检测板2用处于四个待测传感器5中量程最小的待测传感器5的有效感应范围内。

按照JJG644-2003中的规定，启动振动电机1，按照数据采集系统7上动态标准传感器8反馈的振动频率和位移值，调整振动电机1，使得金属检测板2按照规定的频率和振幅进行振动，需要注意的是，振动电机1的振动位移数值应小于量程最小的待测传感器5的量程，并且振动时，金属检测板2的两个极限位置也必须处于量程最小的待测传感器5的有效感应范围内。

相对于现有技术，采用本装置进行动态参数检定，可以同时测量多个具有重叠段量程的待测传感器5。

工作原理：将待测传感器5和静缩式位置检测传感器6安装在传感器夹具3上，金属检测板2固定于振动电机1的振动模组11，保证传感器夹具3上的所有待测传感器5到金属检测板2的距离相等，并且传感器夹具3的移动方向垂直于金属检测板2；通过数据采集处理系统7控制伺服电机43的启停，使载有待测传感器5和静缩式位置检测传感器6移动至计算后选取的O点位置，根据其他所需检定的点位，以静缩式位置检测传感器6检测到的位移值为准，依次使待测传感器5移动至所有点位，并在该点位收集相应的电压值，通过数据采集处理系统7软件计算可以得出该待测传感器5的位移灵敏度、幅值线性度、回程误差、幅值重复性、零值误差，注意测量各点位置时。

通过数据采集处理系统7调整将待测传感器5相对于金属检测板2的距离，启动振动电机1，使金属检测板2在所有待测传感器5的量程范围内以规定的频率和振幅振动，数据采集处理系统7采集到各待测传感器5在金属检测板2振动时的电压变化范围，通过数据采集处理系统7软件计算可以得出该待测传感器5的参考位移灵敏度，频率响应、幅值线性度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.电涡流传感器动静态一体化校准装置，该装置包括：水平放置的振动电机(1)，固定于振动电机(1)端部振动模组(11)上的金属检测板(2)，设置于金属检测板(2)远离振动电机(1)一侧的传感器夹具(3)，其特征在于，

所述传感器夹具(3)设置有安装多个待测传感器(5)的位置，且任一待测传感器(5)固定在传感器夹具(3)上以后，待测传感器(5)的长度方向垂于金属检测板(2)。

2.根据权利要求1所述的电涡流传感器动静态一体化校准装置，其特征在于，所述振动电机(1)内置有动态测量标准传感器(8)。

3.根据权利要求2所述的电涡流传感器动静态一体化校准装置，其特征在于，所述传感器夹具(3)固定于自动滑台(4)的移动端(41)。

4.根据权利要求3所述的电涡流传感器动静态一体化校准装置，其特征在于，所述传感器夹具(3)设有至少一个用于固定静缩式位置检测传感器(6)的安装位，静缩式位置检测传感器(6)的固定方向平行于待测传感器(5)。

5.根据权利要求4所述的电涡流传感器动静态一体化校准装置，其特征在于，所述静缩式位置检测传感器(6)的安装位两个，分别位于安装待测传感器(5)区域的两侧。

6.根据权利要求3所述的电涡流传感器动静态一体化校准装置，其特征在于，所述自动滑台(4)上的移动端(41)安装在沿待测传感器(5)长度方向布置的滑轨(42)上方，移动端(41)的中部通过可自由旋转的丝杠(44)驱动自身在滑轨(42)上往复移动。

7.根据权利要求6所述的电涡流传感器动静态一体化校准装置，其特征在于，所述丝杠(44)的一端与伺服电机(43)连接。

8.根据权利要求6所述的电涡流传感器动静态一体化校准装置，其特征在于，所述动态测量标准传感器(8)、待测传感器(5)、静缩式位置检测传感器(6)和伺服电机(43)通过信号线与数据采集处理系统(7)连接。

9.根据权利要求4所述的电涡流传感器动静态一体化校准装置，其特征在于，所述金属检测板(2)的面积要覆盖所有待测传感器(5)在金属检测板(2)检测平面上的投影位置，并能使待测传感器(5)形成完整的涡流效应。

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