CN114739279B - 一种验证电涡流位移传感器动态测试精度的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种验证电涡流传感器动态测试精度的装置及方法，属于发动机设计技术领域，旨在通过气泵、活塞、缸套、红外检测器、Ni数据采集仪、电涡流传感器等综合设计的一种验证电涡流传感器检测精度的装置，装置通过气泵带动模拟活塞往复运动，模拟发动机工作时的状态，电涡流传感器设置在活塞上，由于活塞往复运动，带动电涡流传感器跟着运动，电涡流传感器检测和缸套之间的间距，再与设置在外面的红外检测器测得的数据进行对比，两者进行比对，即可判定电涡流传感器检测的有效性，该装置弥补了在发动机缸套动态形变过程中无法验证电涡流传感器精度的不足，具有较大实际意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种验证电涡流传感器动态测试精度的装置及方法，属于发动机设计技术领域。
背景技术
缸套变形一般是通过有限元分析方法，通过计算预测变形，从而得到试验难以测量的数据。由于缸套变形是多物理场耦合作用的结果，影响因素众多，建模简化以及分析假设的差异化会对计算结果的准确性产生影响。因此，采用测试技术对缸套变形进行测试与分析，可以为计算提供准确的边界条件，还可以修正有限元分析模型，从而提高计算的准确性。由于缸套-活塞摩擦副安装在发动机的内部，传感器的布置与数据输出比较困难，缸套变形测试一直是测试工作的难点，尤其是缸套动态工作变形的相关测试工作开展得很少。
一般缸套变形的数据是在机体组件装配和工作后静态下实测直接获得的，国内外的发动机厂家通常采用三维测量仪进行缸套静态变形测试，主要作为控制发动机机体冷加工或装配质量的一种在线监测或批量抽检手段。静态变形测量分析可以了解加工制造公差、评估螺栓预紧力对缸套变形的影响，通过对加热的装配体进行静态变形测量，也可以了解不同的材料和工作温度引起的缸套热变形情况以及热膨胀系数差异的影响。测量数据是在发动机静态得到的，忽略了燃烧造成的组件温度差异以及发动机中燃气压力产生的机械载荷。
由于精密测量仪器价格比较昂贵，而且只能对缸套变形的静态数据进行测量，对于工作状态下的发动机，无法使用上述方法获得缸套变形的数据，因此缸套动态变形研究主要是采用电涡流传感器、应变片传感器等进行直接或间接测量，再进行数据处理，获得缸套的实际变形。
采用电涡流传感器进行热机状态下缸套动态变形的直接测试，需要将电涡流传感器安装在发动机内部的活塞上，发动机在运行状态下活塞会相对于缸套做往复运动，但由于电涡流传感器设置在发动机内部，且发动机形变是一个微弱的变化，肉眼无法得知，同时我们并不能得知在工作过程中电涡流传感器的精度及准确程度，所以为了验证电涡流传感器能否在运动过程中精确测量活塞与缸套间的间隙，设计一套往复运动装置来模拟活塞在缸套间的运动状态，通过外部测得的数据和电涡流传感器的数据比对，得出电涡流传感器的精度。
发明内容
本发明提供一种验证电涡流传感器动态测试精度的装置及方法，其目的是通过自设的模拟发动机工作的装置，将电涡流传感器设置在该装置中模拟活塞的位置，外界采用其他检测缸套形变的装置，利用模拟活塞上电涡流传感器的检测数据与外界检测缸套形变装置的数据进行对比，去验证电涡流传感器的精度。
本发明采用的技术方案是：一种验证电涡流传感器动态测试精度的装置及方法，其特征在于：由：缸套、缸套固定环、模拟活塞、活动轴、固定支架、电涡流传感器、电涡流传感器载体、气泵、红外检测器、Ni数据采集仪、承托台、SC标准气缸、电涡流传感器连接线、气泵管道、显示器构成，其中缸套为发动机上原有结构，缸套固定环由两个同心圆环构成，两个同心圆环中间用支撑轴固定，外环外侧与缸套固定，内环内侧与活动轴连接，模拟活塞为圆盘结构，位于两个缸套固定环中间，内部中空，中心处与活动轴固定，固定支架设置在承托台上，用于托起活动轴及活动轴上固定的装置，电涡流传感器载体为星形结构，安装在模拟活塞内部，包括载体主体和中空管道，载体主体为环形结构，中心固定在活动轴上，中空管道可调节在载体主体上的延伸长度，进而改变与缸套的距离，延伸出去的管道内部中空，模拟活塞的侧面打孔，中空管道穿过模拟活塞上的孔，电涡流传感器放在中空管道的管道口，电涡流传感器连接线在模拟活塞处布置在中空管道内部，与电涡流传感器连接，连接各个电涡流传感器的电涡流传感器连接线在载体主体处汇聚成一股，固定在活动轴上连接至外界的Ni数据采集仪上，气泵安装在承托台上，通过气泵管道驱动SC标准气缸工作，SC标准气缸上的伸缩轴与活动轴一端连接，带动活动轴做左右往复运动，红外检测器设置在缸套外部，用于检测缸套形变，Ni数据采集仪和红外检测器与显示器连接，将处理好的数据进行显示。
进一步的，红外检测器在缸套外侧两边设置固定架，红外检测器能在固定架上沿活动轴轴向左右移动，红外检测器为两个同心圆环形成的结构，内环与外环可相互旋转，红外检测装置设置在内环内壁上用于检测缸套的形变，外环与固定架连接，通过外环能与固定架沿活动轴轴向左右移动和自身可相对旋转即可实现对缸套外壁全部位置的检测。
进一步的，模拟活塞上的孔径大于中空管道直径，彼此不接触。
进一步的，模拟活塞的直径与所采用的缸套的原有活塞的直径一致。
进一步的，电涡流传感器载体安装在模拟活塞内部，所以模拟活塞圆环形的一侧可拆卸，便于电涡流传感器载体的中空管道的安装和调整。
进一步的，所述的电涡流传感器载体与活动轴的固定是电涡流传感器载体上的载体主体与活动轴固定。
进一步的，载体主体的数量为一个，外环有多个安装中空管道的孔位，可根据需求安装中空管道的数量和调节中空管道在载体主体上的延伸长度。
进一步的，所述的缸套固定环的内环的直径大于活动轴的直径。
进一步的，缸套固定环的内环内侧与活动轴通过气浮轴承连接，气泵将气体通过气泵管道输送至气浮轴承，在气浮轴承的作用下缸套固定环相对活动轴浮起。
进一步的，在工作过程中，活动轴被SC标准气缸带动左右往复运动，但由于缸套固定环在气浮轴承的作用下与活动轴相对浮动，所以缸套固定环不参与活动轴往复运动，保持在原地。
进一步的，缸套也跟随缸套固定环不参与活动轴的往复运动。
进一步的，所述的固定支架与活动轴的连接方式为滑动连接，活动轴在SC标准气缸的带动下在固定支架左右滑动做往复运动。
进一步的，模拟活塞和电涡流传感器载体固定在活动轴上，跟随活动轴做左右往复运动，由于缸套被缸套固定环带动浮起，保持不动，所以模拟活塞和电涡流传感器载体跟随活动轴的左右往复运动也相对于缸套做左右往复运动。
进一步的，电涡流传感器、Ni数据采集仪、红外检测器构成本装置的检测主体。
进一步的，在装置工作过程中，电涡流传感器由于设置在电涡流传感器载体上，会跟随活动轴进行左右往复运动，而缸套在原地不做左右往复运动，所以此时电涡流传感器相对缸套做往复运动，在这个过程中能检测到电涡流传感器到缸套的间距。
进一步的，由于电涡流传感器载体与活动轴固定，所以此时电涡流传感器测得的间距变化也就是缸套变化，红外检测器在外部测得缸套的动态变化，电涡流传感器通过一系列滤波、放大的操作，数据经过Ni数据采集仪的处理后在显示器上进行显示，而红外检测器自身具有集成系统，两者检测的数据都在显示器上显示出来，观测人员可直观观测到两者采集数据形成的圆的拟合程度。
进一步的，红外检测器检测的位置与电涡流传感器检测的是同一位置，红外检测器检测的位置数量根据电涡流传感器的数量确定，两者对同一位置进行检测，形成的不规则圆形为各自检测该点的数据拟合而成。
进一步的，观测人员对拟合形成的不规则圆形进行分析，若两者之间误差较小，在接受范围之内，可判定电涡流传感器的精度符合要求，若误差较大，超过接受范围，则可判定电涡流传感器的精度不符合要求，
进一步的，根据形成的圆可判定是哪个位置的电涡流传感器存在问题，进而针对这些问题进行分析，以提高电涡流传感器的精度。
一种验证电涡流传感器动态测试精度的装置及方法，其操作步骤如下：
步骤一：将电涡流传感器装在电涡流传感器载体上，控制红外检测器运动到电涡流传感器对应的位置；
步骤二：打开装置相应器件，让装置开始工作；
步骤三：观测显示器上检测到的数据并分析；
步骤四：使用完毕，关闭装置。
与现有技术相比，本发明具有哪些优点：1、现有技术仅有利用电涡流等传感器对缸套进行检测的装置或方法，缺乏对这些方法的验证，本发明创新性的提供了一种验证电涡流传感器精度的装置及方法；2、本装置设置了一种可活动的红外检测器，可增大检测面积，便于配合电涡流传感器使用；3、数据经过专门处理，可便于观测人员分析。
附图说明：
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明整体结构示意图（除红外检测器及缸套）；
图3为本发明缸套位置局部结构示意图；
图4为本发明模拟活塞安装示意图；
图5为本发明红外传感器结构示意图；
图6为本发明模拟活塞结构示意图。
图中各标号：1-缸套；2-缸套固定环；3-模拟活塞；4-活动轴；5固定支架；6-电涡流传感器；7-电涡流传感器载体；701-载体主体；702-中空管道；8-气泵；9-红外检测器；10-Ni数据采集仪；11-承托台；12-SC标准气缸；13-电涡流传感器连接线；14-气泵管道；15显示器；16-气浮轴承。
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明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明作进一步说明。应该理解，这些描述只是实例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
请参阅图1—图6，本发明提供一种验证电涡流传感器动态测试精度的装置及方法，其目的是通过自设的模拟发动机工作的装置，将电涡流传感器6设置在该装置中模拟活塞3的位置，外界采用其他检测缸套1形变的装置，利用模拟活塞3上电涡流传感器6的检测数据与外界检测缸套1形变装置的数据进行对比，去验证电涡流传感器6的精度。
本发明采用的技术方案是：一种验证电涡流传感器动态测试精度的装置及方法，其特征在于：由：缸套1、缸套固定环2、模拟活塞3、活动轴4、固定支架5、电涡流传感器6、电涡流传感器载体7、气泵8、红外检测器9、Ni数据采集仪10、承托台11、SC标准气缸12、电涡流传感器连接线13、气泵管道14、显示器15构成，其中缸套1为发动机上原有结构，缸套固定环2由两个同心圆环构成，两个同心圆环中间用支撑轴固定，外环外侧与缸套1固定，内环内侧与活动轴4连接，模拟活塞3为圆盘结构，位于两个缸套固定环2中间，内部中空，中心处与活动轴4固定，固定支架4设置在承托台11上，用于托起活动轴4及活动轴4上固定的装置，电涡流传感器载体7为星形结构，安装在模拟活塞3内部，包括载体主体701和中空管道702，载体主体701为环形结构，中心固定在活动轴4上，中空管道702可调节在载体主体701上的延伸长度，进而改变与缸套1的距离，延伸出去的管道内部中空，模拟活塞3的侧面打孔，中空管道701穿过模拟活塞3上的孔，电涡流传感器6放在中空管道701的管道口，电涡流传感器连接线13在模拟活塞3处布置在中空管道701内部，与电涡流传感器6连接，连接各个电涡流传感器6的电涡流传感器连接线13在载体主体701处汇聚成一股，固定在活动轴4上连接至外界的Ni数据采集仪10上，气泵8安装在承托台11上，通过气泵管道14驱动SC标准气缸12工作，SC标准气缸12上的伸缩轴与活动轴4一端连接，带动活动轴4做左右往复运动，红外检测器9设置在缸套1外部，用于检测缸套1形变，Ni数据采集仪10和红外检测器9与显示器15连接，将处理好的数据进行显示。
进一步的，红外检测器9在缸套1外侧两边设置固定架，红外检测器9能在固定架上沿活动轴轴向左右移动，红外检测器9为两个同心圆环形成的结构，内环与外环可相互旋转，红外检测装置设置在内环内壁上用于检测缸套1的形变，外环与固定架连接，通过外环能与固定架沿活动轴轴向左右移动和自身可相对旋转即可实现对缸套1外壁全部位置的检测。
进一步的，模拟活塞3上的孔径大于中空管道701直径，彼此不接触。
进一步的，模拟活塞3的直径与所采用的缸套1的原有活塞的直径一致。
进一步的，电涡流传感器载体7安装在模拟活塞3内部，所以模拟活塞3圆环形的一侧可拆卸，便于电涡流传感器载体7的中空管道702的安装和调整。
进一步的，所述的电涡流传感器载体7与活动轴4的固定是电涡流传感器载体7上的载体主体701与活动轴4固定。
进一步的，载体主体701的数量为一个，外环有多个安装中空管道702的孔位，可根据需求安装中空管道702的数量和调节中空管道702在载体主体701上的延伸长度。
进一步的，所述的缸套固定环2的内环的直径大于活动轴4的直径。
进一步的，缸套固定环2的内环内侧与活动轴4通过气浮轴承16连接，气泵8将气体通过气泵管道14输送至气浮轴承16，在气浮轴承16的作用下缸套固定环2相对活动轴4浮起。
进一步的，在工作过程中，活动轴4被SC标准气缸12带动左右往复运动，但由于缸套固定环2在气浮轴承16的作用下与活动轴4相对浮动，所以缸套固定环2不参与活动轴4往复运动，保持在原地。
进一步的，缸套1也跟随缸套固定环2不参与活动轴4的往复运动。
进一步的，所述的固定支架5与活动轴4的连接方式为滑动连接，活动轴4在SC标准气缸12的带动下在固定支架5左右滑动做往复运动。
进一步的，模拟活塞3和电涡流传感器载体7固定在活动轴4上，跟随活动轴4做左右往复运动，由于缸套1被缸套固定环2带动浮起，保持不动，所以模拟活塞3和电涡流传感器载体7跟随活动轴4的左右往复运动也相对于缸套1做左右往复运动。
进一步的，电涡流传感器6、Ni数据采集仪10、红外检测器9构成本装置的检测主体。
进一步的，在装置工作过程中，电涡流传感器6由于设置在电涡流传感器载体7上，会跟随活动轴4进行左右往复运动，而缸套1在原地不做左右往复运动，所以此时电涡流传感器6相对缸套1做往复运动，在这个过程中能检测到电涡流传感器6到缸套1的间距。
进一步的，由于电涡流传感器载体7与活动轴4固定，所以此时电涡流传感器6测得的间距变化也就是缸套1变化，红外检测器9在外部测得缸套1的动态变化，电涡流传感器6通过一系列滤波、放大的操作，数据经过Ni数据采集仪10的处理后在显示器15上进行显示，而红外检测器9自身具有集成系统，两者检测的数据都在显示器15上显示出来，观测人员可直观观测到两者采集数据形成的圆的拟合程度。
进一步的，红外检测器9检测的位置与电涡流传感器6检测的是同一位置，红外检测器9检测的位置数量根据电涡流传感器6的数量确定，两者对同一位置进行检测，形成的不规则圆形为各自检测该点的数据拟合而成。
进一步的，观测人员对拟合形成的不规则圆形进行分析，若两者之间误差较小，在接受范围之内，可判定电涡流传感器6的精度符合要求，若误差较大，超过接受范围，则可判定电涡流传感器6的精度不符合要求，
进一步的，根据形成的圆可判定是哪个位置的电涡流传感器6存在问题，进而针对这些问题进行分析，以提高电涡流传感器6的精度。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例子。
Claims (8)
1.一种验证电涡流传感器动态测试精度的装置，其特征在于：由：缸套（1）、缸套固定环（2）、模拟活塞（3）、活动轴（4）、固定支架（5）、电涡流传感器（6）、电涡流传感器载体（7）、气泵（8）、红外检测器（9）、Ni数据采集仪（10）、承托台（11）、SC标准气缸（12）、电涡流传感器连接线（13）、气泵管道（14）、显示器（15）构成，其中缸套（1）为发动机上原有结构，缸套固定环（2）由两个同心圆环构成，两个同心圆环中间用支撑轴固定，外环外侧与缸套（1）固定，内环内侧与活动轴（4）连接，模拟活塞（3）为圆盘结构，位于两个缸套固定环（2）中间，内部中空，中心处与活动轴（4）固定，固定支架（5）设置在承托台（11）上，用于托起活动轴（4）及活动轴（4）上固定的装置，电涡流传感器载体（7）为星形结构，安装在模拟活塞（3）内部，包括载体主体（701）和中空管道（702），载体主体（701）为环形结构，中心固定在活动轴（4）上，中空管道（702）可调节在载体主体（701）上的延伸长度，进而改变与缸套（1）的距离，延伸出去的管道内部中空，模拟活塞（3）的侧面打孔，中空管道（702）穿过模拟活塞（3）上的孔，电涡流传感器（6）放在中空管道（702）的管道口，电涡流传感器连接线（13）在模拟活塞（3）处布置在中空管道（702）内部，与电涡流传感器（6）连接，连接各个电涡流传感器（6）的电涡流传感器连接线（13）在载体主体（701）处汇聚成一股，固定在活动轴（4）上连接至外界的Ni数据采集仪（10）上，气泵（8）安装在承托台（11）上，通过气泵管道（14）驱动SC标准气缸（12）工作，SC标准气缸（12）上的伸缩轴与活动轴（4）一端连接，带动活动轴（4）做左右往复运动，红外检测器（9）在缸套（1）外侧两边设置固定架，红外检测器（9）能在固定架上沿活动轴（4）轴向左右移动，红外检测器（9）为两个同心圆环形成的结构，内环与外环可相互旋转，红外检测装置设置在内环内壁上用于检测缸套（1）的形变，外环与固定架连接，通过外环能与固定架沿活动轴（4）轴向左右移动和自身可相对旋转即可实现对缸套（1）外壁全部位置的检测，Ni数据采集仪（10）和红外检测器（9）与显示器（15）连接，将处理好的数据进行显示。
2.根据权利要求1所述的一种验证电涡流传感器动态测试精度的装置，其特征在于：模拟活塞（3）上的孔径大于中空管道（702）直径，彼此不接触。
3.根据权利要求1所述的一种验证电涡流传感器动态测试精度的装置，其特征在于：模拟活塞（3）的直径与所采用的缸套（1）的原有活塞的直径一致，电涡流传感器载体（7）安装在模拟活塞（3）内部，所以模拟活塞（3）圆环形的一侧可拆卸，便于电涡流传感器载体（7）的中空管道（702）的安装和调整。
4.根据权利要求1所述的一种验证电涡流传感器动态测试精度的装置，其特征在于：所述的电涡流传感器载体（7）与活动轴（4）的固定是电涡流传感器载体（7）上的载体主体（701）与活动轴（4）固定，载体主体（701）的数量为一个，外环有多个安装中空管道（702）的孔位，可根据需求安装中空管道（702）的数量和调节中空管道（702）在载体主体（701）上的延伸长度。
5.根据权利要求1所述的一种验证电涡流传感器动态测试精度的装置，其特征在于：所述的缸套固定环（2）的内环的直径大于活动轴（4）的直径，缸套固定环（2）的内环内侧与活动轴（4）通过气浮轴承（16）连接，气泵（8）将气体通过气泵管道（14）输送至气浮轴承（16），在气浮轴承（16）的作用下缸套固定环（2）相对活动轴（4）浮起，在工作过程中，活动轴（4）被SC标准气缸（12）带动左右往复运动，但由于缸套固定环（2）在气浮轴承（16）的作用下与活动轴（4）相对浮动，所以缸套固定环（2）不参与活动轴（4）往复运动，保持在原地，进而缸套（1）也跟随缸套固定环（2）不参与活动轴（4）的往复运动。
6.根据权利要求1所述的一种验证电涡流传感器动态测试精度的装置，其特征在于：所述的固定支架（5）与活动轴（4）的连接方式为滑动连接，活动轴（4）在SC标准气缸（12）的带动下在固定支架（5）左右滑动做往复运动，模拟活塞（3）和电涡流传感器载体（7）固定在活动轴（4）上，跟随活动轴（4）做左右往复运动，由于缸套（1）被缸套固定环（2）带动浮起，保持不动，所以模拟活塞（3）和电涡流传感器载体（7）跟随活动轴（4）的左右往复运动也相对于缸套（1）做左右往复运动。
7.一种验证电涡流传感器动态测试精度的方法，其特征在于：采用如权利要求1-6任一项所述的验证电涡流传感器动态测试精度的装置，所述的电涡流传感器（6）、Ni数据采集仪（10）、红外检测器（9）构成本装置的检测主体，在装置工作过程中，电涡流传感器（6）由于设置在电涡流传感器载体（7）上，会跟随活动轴（4）进行左右往复运动，而缸套（1）在原地不做左右往复运动，所以此时电涡流传感器（6）相对缸套（1）做往复运动，在这个过程中能检测到电涡流传感器（6）到缸套（1）的间距，由于电涡流传感器载体（7）与活动轴固定，所以此时电涡流传感器（6）测得的间距变化也就是缸套（1）变化，红外检测器（9）在外部测得缸套（1）的动态变化，电涡流传感器（6）通过一系列滤波、放大的操作，数据经过Ni数据采集仪（10）的处理后在显示器（15）上进行显示，而红外检测器（9）自身具有集成系统，两者检测的数据都在显示器（15）上显示出来，观测人员可直观观测到两者采集数据形成的圆的拟合程度，红外检测器（9）检测的位置与电涡流传感器（6）检测的是同一位置，红外检测器（9）检测的位置数量根据电涡流传感器（6）的数量确定，两者对同一位置进行检测，形成的不规则圆形为各自检测该点的数据拟合而成。
8.根据权利要求7所述的一种验证电涡流传感器动态测试精度的方法，其特征在于：观测人员对拟合形成的不规则圆形进行分析，若两者之间误差较小，在接受范围之内，可判定电涡流传感器（6）的精度符合要求，若误差较大，超过接受范围，则可判定电涡流传感器（6）的精度不符合要求，且根据形成的圆可判定是哪个位置的电涡流传感器（6）存在问题，进而针对这些问题进行分析，以提高电涡流传感器（6）的精度。
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