CN113639800A - 一种基于拉压力传感检测的电磁铁自适应行程-力滞回曲线测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种基于拉压力传感检测的电磁铁自适应行程‑力滞回曲线测试装置及方法，属于直线型电‑机械转换器性能自动测试技术领域，该装置被测电磁铁的推杆通过连接件与拉压力传感器固定连接，拉压力传感器信号端、位移传感器信号端与信号采集模块相连，位移台电机驱动器、电磁铁驱动器与信号控制模块相连；该方法为：通过信号检测、处理、控制等模块，实现电磁铁往返行程检测和运动控制，并可自动检测出不同电磁铁的行程范围进行自适应设置，即可一次性完成不同驱动电流载荷下的行程‑力滞回曲线簇；本发明能够用于自动适应不同行程和方向电磁铁的行程‑力滞回特性测试，具有通用性强、准确性好、测试效率高、过载换向保护、可靠性好等特点。

Description

一种基于拉压力传感检测的电磁铁自适应行程-力滞回曲线 测试装置及方法

技术领域

本发明涉及直线型电-机械转换器性能自动测试技术领域，特别涉及一种基于拉压力传感检测的电磁铁自适应行程-力滞回特性测试装置及方法。

背景技术

电磁铁是一种常见的电-机械转换器，在工业各领域的控制系统中广泛应用。电磁铁作为直线往返运动的驱动元件，在电磁铁行程范围内以正反行程作一完整循环的连续曲线，该曲线即为行程-力特性曲线。由于推杆摩擦力、材料磁滞等原因，其往返运动时所输出的作用力存在差异，而形成行程-力滞回特性曲线。在相同电磁铁行程位置上由于往与返不同方向而产生输出力之差的最大值，以额定输出力的百分比表示为输出力滞回是电磁铁尤其是比例电磁铁的重要性能指标。

现有的电磁铁行程-力滞回特性测试装置需要事先根据电磁铁的行程范围，调整行程初始点和终点后，再进行往返运动行程-力滞回特性的测试。由于电磁铁的型号规格较多，且电磁铁实际制作装配过程中存在的个体差异，使得每个电磁铁的行程初始点和终点略有变化，现有测试装置需要根据实际样品进行微调后，难以一次性完成准确测试，测试效率较低，且大多数装置仅用于单向力电磁铁的性能测试。为了提高检测效率和准确性，有必要开发一种能够适应不同行程和方向电磁铁的行程-力滞回特性测试装置及方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种能够适应不同行程和方向电磁铁的行程-力滞回特性测试装置及方法

本发明所采取的技术方案如下：一种基于拉压力传感检测的电磁铁自适应行程-力滞回特性测试方法的测试装置，包括被测电磁铁、电磁铁固定板、拉压力传感器、拉压力传感器支架、位移传感器、丝杠电动平移台、位移台电机驱动器、电磁铁驱动器、信号采集模块、信号处理模块、信号控制模块、显示模块，推杆、连接件与螺母；

所述电磁铁固定板平面上开有四个圆周均匀分布的通槽和一个中心通孔，被测电磁铁的壳体与电磁铁固定板的通槽之间通过螺栓连接，所述被测电磁铁连接推杆穿过中心通孔与连接件一端的螺纹孔连接并通过螺母紧固，所述连接件另一端的螺纹与拉压力传感器的螺纹孔紧固连接，所述中心通孔、连接件、拉压力传感器与螺纹孔的中心线处于同一水平轴线上，所述拉压力传感器通过拉压力传感器支架固定在丝杠电动平移台上，所述位移传感器的检测端与拉压力传感器支架紧密相连，所述信号采集模块连接拉压力传感器信号端与位移传感器信号端进行数据采集，所述信号控制模块连接位移台电机驱动器与电磁铁驱动器进行控制驱动，所述信号处理模块连接信号采集模块与信号控制模块进行数据分析并输出相应指示，所述信号处理模块与显示模块相连，并将相应数据信息进行显示。

通过采用上述技术方案，本发明的有益效果是：该装置由电磁铁推杆通过连接件与拉压力传感器固定连接，来够实现推杆拉压力的检测，然后通过信号采集模块采集连接拉压力传感器信号端与位移传感器信号端的数据并输送到信号处理模块进行分析，通过与设定极限值比较，可准确判断行程初始点和终点位置，满足不同行程和方向电磁铁的自适应测试要求，测试效率高；同时通过更换连接件，实现不同规格推杆与拉压力传感器的连接，并通过双螺母预紧方式进行紧固，适应不同型号电磁铁的测试连接要求，可靠性好，通用性强。

进一步的，所述电磁铁固定板为L形加强筋结构通过螺栓固定在丝杠电动平移台的机架上，所述拉压力传感器支架为L形加强筋结构通过螺栓固定在丝杠电动平移台的移动滑块上。

采用上述技术方案的有益效果是：采用L形加强筋结构，提高装置稳定性高，使用螺栓连接安装拆卸方便。

一种基于拉压力传感检测的电磁铁自适应行程-力滞回特性的测试方法，包括如下步骤：

步骤S1，信号控制模块发出指令给位移台电机驱动器，驱动丝杠电动平移台的拉压力传感器带动电磁铁推杆往返运动，同时由拉压力传感器与位移传感器实时采集数据传送到信号采集模块；

步骤S2，当推杆达到行程初始点或行程终点时，由于运动限位拉压力传感器检测到的绝对数值会急剧上升至事先设定的极限值，并传输到信号采集模块，再通过信号处理模块进行判断行程状态，之后对信号控制模块实现丝杠电动平移台的换向；

步骤S3，进行往返一次检测后可以自动获得被测电磁铁的行程范围并记录在信号处理模块中；

步骤S4，信号控制模块通过电磁铁驱动器对被测电磁铁加载不同的驱动电流，通过在测定的行程范围内实现丝杠电动平移台的往返运动，获得不同驱动电流载荷下的行程-力滞回曲线簇。

通过采用上述技术方案，本发明的有益效果是：该测试方法通过信号检测、处理、控制等模块，实现电磁铁往返行程检测和运动控制，具有过载换向保护作用，并可自动检测出不同电磁铁的行程范围进行自适应设置，即可一次性完成不同驱动电流载荷下的行程-力滞回曲线簇，自动化程度高，自适应性强，操作方便、测试效率高。

本发明对上述步骤S2的进一步改进，信号采集模块实时采集拉压力传感器的数值，当连续三次测定绝对数值大于设定极限值时，信号处理模块判断推杆已达到行程初始点或终点，再进入后续步骤。

采用上述技术方案的有益效果是：通过连续三次测定绝对数值与设定极限值比较，判断推杆是否达到行程初始点或终点，避免随机干扰力引起的误动作，测试稳定性好。

进一步地，对上述步骤S2中行程初始点与终点的判定标准进行定义，所述推杆行程初始点为判定拉压力传感器受压达到正极限值时的前一个拐点位置，所述推杆行程终点为判定拉压力传感器受拉达到负极限值时的前一个拐点位置。

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，下面将对实施例或现有技术描述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，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1是本发明测试装置示意图（部分导线未画出）;

图2是本发明测试装置控制系统图;

图3是本发明的被测电磁铁固定板结构图；

图4是本发明被测电磁铁推杆拉压力和位移传感检测结构图；

图5是本发明一种优选的测试方法流程图;

图6是本发明显示界面示意图；

图7是本发明测试方法基本步骤流程图；

图中，1-被测电磁铁，2-电磁铁固定板，3-拉压力传感器，4-拉压力传感器支架，5-位移传感器，6-丝杠电动平移台，7-位移台电机驱动器，8-电磁铁驱动器，9-信号采集模块，10-信号处理模块，11-信号控制模块，12-显示模块，13-推杆，14-连接件，15-通槽，16-中心通孔，17-螺母。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是 为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二” 仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再 一一说明。

本发明所提到的方向和位置用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「顶部」、「底部」、「侧面」等，仅是参考附图的方向或位置。因此，使用的方向和位置用语是用以说明及理解本发明，而非对本发明保护范围的限制。

如图1至图4所示，为本发明实施例中，一种基于拉压力传感检测的电磁铁自适应行程-力滞回特性的测试装置，包括被测电磁铁1、电磁铁固定板2、拉压力传感器3、拉压力传感器支架4、位移传感器5、丝杠电动平移台6、位移台电机驱动器7、电磁铁驱动器8、信号采集模块9、信号处理模块10、信号控制模块11、显示模块12，推杆13与连接件14；

所述电磁铁固定板2平面上开有四个圆周均匀分布的通槽15和一个中心通孔16，被测电磁铁1的壳体与电磁铁固定板的通槽15之间通过螺栓连接，所述被测电磁铁1连接推杆13穿过中心通孔16与连接件14一端的螺纹孔连接并通过螺母17紧固，所述连接件14另一端的螺纹与拉压力传感器4的螺纹孔紧固连接，进一步的，所述连接件14可以根据不同规格推杆进行单独设计，使装置具有更广的适用范围，同时通过双螺母预紧方式进行紧固，适应不同型号电磁铁的测试连接要求，可靠性好，通用性强；

所述中心通孔16、连接件14、拉压力传感器4与螺纹孔的中心线处于同一水平轴线上，所述拉压力传感器3通过拉压力传感器支架4固定在丝杠电动平移台6上，所述丝杠电动平移台6仅为本发明优选的一种承载平台，另外的，还可选用相似具有可控制平移功能的承载平台，例如滑块配合滑轨的平移装置；

所述位移传感器5的检测端与拉压力传感器支架4紧密相连，所述信号采集模块9连接拉压力传感器3信号端与位移传感器5信号端进行数据采集，所述信号控制模块11连接位移台电机驱动器7与电磁铁驱动器8进行控制驱动，所述信号处理模块10连接信号采集模块9与信号控制模块11进行数据分析并输出相应指示，所述信号处理模块10与显示模块12相连，所述显示模块12为计算机显示器，在其上会显示出相应数据信息，如位移-力曲线等，具体的，所述拉压力传感器3信号端与位移传感器5信号端实时采集数据输送到信号采集模块9，再输送到信号处理模块10进行数据分析对比，之后对信号控制模块11做出相应的指示，控制装置进行运动，过程中所采集到的数据会在显示模块12上显示。

优选的，所述电磁铁固定板2为L形加强筋结构通过螺栓固定在丝杠电动平移台6的机架上，所述拉压力传感器支架4为L形加强筋结构通过螺栓固定在丝杠电动平移台6的移动滑块上，具体的，在L形固定板直角处设置至少两条加强筋进行稳固，确保装置运行过程中的稳定性。

如图5至7所示，一种基于拉压力传感检测的电磁铁自适应行程-力滞回特性的测试方法，包括如下步骤：

步骤S1，信号控制模块11发出指令给位移台电机驱动器7，驱动丝杠电动平移台6的拉压力传感器3带动电磁铁推杆13往返运动，同时由拉压力传感器3与位移传感器5实时采集数据传送到信号采集模块9，优选的，所述信号控制模块11为串行仪器控制模块，型号为NI PXI-8430，所述电机驱动器7为伺服电机驱动器，型号为ZOLIX SC300，所述拉压力传感器3为上海天沐NS-WL1，所述移传感器5为上海天沐NS-WY01；

步骤S2，当推杆13达到行程初始点或行程终点时，由于运动限位拉压力传感器3检测到的绝对数值会急剧上升至事先设定的极限值，并传输到信号采集模块9，再通过信号处理模块10进行判断行程状态，之后对信号控制模块11实现丝杠电动平移台6的换向，通过与设定极限值比较，可准确判断行程初始点和终点位置，满足不同行程和方向电磁铁的自适应测试要求，测试效率高，且起到过载换向保护作用，优选的，所述信号采集模块9为采集卡，型号为NI PXI-6259，所述信号处理模块10为嵌入式控制器，型号为NI PXI-8108；

步骤S3，进行往返一次检测后可以自动获得被测电磁铁1的行程范围并记录在信号处理模块10中；

步骤S4，信号控制模块11通过电磁铁驱动器8对被测电磁铁1加载不同的驱动电流，通过在测定的行程范围内实现丝杠电动平移台6的往返运动，获得不同驱动电流载荷下的行程-力滞回曲线簇。

进一步的，步骤S2中，信号采集模块9实时采集拉压力传感器3的数值，当连续三次测定绝对数值大于设定极限值时，信号处理模块10判断推杆13已达到行程初始点或终点，再进入后续步骤，通过连续三次测定绝对数值与设定极限值比较，判断推杆13是否达到行程初始点或终点，避免随机干扰力引起的误动作，测试稳定性好，当然此方法仅是减少数据误差方法的一种，另外还可对测量值取平均值或者方差，还可预先设定系统误差等。

进一步的，针对所述推杆行程初始点为判定拉压力传感器3受压达到正极限值时的前一个拐点位置，所述推杆行程终点为判定拉压力传感器3受拉达到负极限值时的前一个拐点位置。

进一步地，所述信号处理模块10可进行联网将有关数据上传云端储存，也可与移动端进行连接，实时对测试过程与测试数据进行监测。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (5)

1.一种基于拉压力传感检测的电磁铁自适应行程-力滞回特性的测试装置，其特征在于：包括被测电磁铁（1）、电磁铁固定板（2）、拉压力传感器（3）、拉压力传感器支架（4）、位移传感器（5）、丝杠电动平移台（6）、位移台电机驱动器（7）、电磁铁驱动器（8）、信号采集模块（9）、信号处理模块（10）、信号控制模块（11）、显示模块（12）、推杆（13）与连接件（14）；

所述电磁铁固定板（2）为L形加强筋结构，其竖直平面上开有四个圆周均匀分布的通槽（15）和一个中心通孔（16），被测电磁铁（1）的壳体与电磁铁固定板的通槽（15）之间通过螺栓连接，所述被测电磁铁（1）连接推杆（13）穿过中心通孔（16）与连接件（14）一端的螺纹孔连接并通过螺母（17）紧固，所述连接件（14）另一端的螺纹与拉压力传感器（4）的螺纹孔紧固连接，所述中心通孔（16）、连接件（14）、拉压力传感器（4）与螺纹孔的中心线处于同一水平轴线上，所述拉压力传感器（3）通过拉压力传感器支架（4）固定在丝杠电动平移台（6）上，所述位移传感器（5）的检测端与拉压力传感器支架（4）紧密相连，所述信号采集模块（9）连接拉压力传感器（3）信号端与位移传感器（5）信号端进行数据采集，所述信号控制模块（11）连接位移台电机驱动器（7）与电磁铁驱动器（8）进行控制驱动，所述信号处理模块（10）连接信号采集模块（9）与信号控制模块（11）进行数据分析并输出相应指示，所述信号处理模块（10）与显示模块（12）相连，并将相应数据信息进行显示。

2.根据权利要求1所述的一种基于拉压力传感检测的电磁铁自适应行程-力滞回特性的测试装置，其特征在于： 所述电磁铁固定板（2）为L形加强筋结构通过螺栓固定在丝杠电动平移台（6）的机架上，所述拉压力传感器支架（4）为L形加强筋结构通过螺栓固定在丝杠电动平移台（6）的移动滑块上。

3.一种基于拉压力传感检测的电磁铁自适应行程-力滞回特性的测试方法，其特征在于，该方法运行在权利要求1所述的装置中，包括如下步骤：

步骤S1，信号控制模块（11）发出指令给位移台电机驱动器（7），驱动丝杠电动平移台（6）的拉压力传感器（3）带动电磁铁推杆（13）往返运动，同时由拉压力传感器（3）与位移传感器（5）实时采集数据传送到信号采集模块（9）；

步骤S2，当推杆（13）达到行程初始点或行程终点时，由于运动限位拉压力传感器（3）检测到的绝对数值会急剧上升至事先设定的极限值，并传输到信号采集模块（9），再通过信号处理模块（10）进行判断行程状态，之后对信号控制模块（11）实现丝杠电动平移台（6）的换向；

步骤S3，进行往返一次检测后可以自动获得被测电磁铁（1）的行程范围并记录在信号处理模块（10）中；

步骤S4，信号控制模块（11）通过电磁铁驱动器（8）对被测电磁铁（1）加载不同的驱动电流，通过在测定的行程范围内实现丝杠电动平移台（6）的往返运动，获得不同驱动电流载荷下的行程-力滞回曲线簇。

4.根据权利要求3所述的一种基于拉压力传感检测的电磁铁自适应行程-力滞回特性的测试方法，其特征在于，步骤S2中，信号采集模块（9）实时采集拉压力传感器（3）的数值，当连续三次测定绝对数值大于设定极限值时，信号处理模块（10）判断推杆（13）已达到行程初始点或终点，再进入后续步骤。

5.根据权利要求4所述的一种基于拉压力传感检测的电磁铁自适应行程-力滞回特性的测试方法，其特征在于，所述推杆行程初始点为判定拉压力传感器（3）受压达到正极限值时的前一个拐点位置，所述推杆行程终点为判定拉压力传感器（3）受拉达到负极限值时的前一个拐点位置。

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