CN206113847U - 用于电涡流传感器动静态校准的装置 - Google Patents

Abstract

用于电涡流传感器动静态校准的装置，该装置具有基座，基座上设置振动台模块、装夹待校准传感器的夹具，夹具的运动执行模块和光栅尺组件；振动台模块的工作台面上安装感应盘和标准加速度传感器，感应盘位于工作台面和夹具之间；运动执行模块由带动夹具沿感应盘径向运动的调位驱动组件和带动夹具沿感应盘轴向运动的校准驱动组件；做静态校准时，振动台模块出于非工作状态，校准驱动组件使夹具做靠近或远离感应盘的直线往复运动，光栅尺组件获取各个测试点上被校准传感器的实际位移；做动态校准时，校准驱动组件出于非工作状态，振动台模块使感应盘做正弦振动。本实用新型具有校准频率范围宽的优点。

Description

用于电涡流传感器动静态校准的装置

技术领域

本实用新型涉及一种对电涡流传感器进行动态校准和静态校准的装置。

技术背景

电涡流传感器能够非接触式地测量被测金属导体与传感器探头表面之间的相对位移，是一种非接触的线性化计量工具。

中国专利200810036312.2号，披露了一种全自动电涡流传感器动静态校验仪，包括由静态标定试件盘和静态校验探头安装架构成的静态测试单元，由动态校验探头安装架，动态斜盘，动态斜盘驱动电机构成的动态测试单元。具体结构是：在由步进电机驱动的线性模组上，设置一个受其驱动的可移动式导轨扩展架，在导轨扩展架上设置静态标定试件盘和动态校验探头安装架，另外，在仪表盘面上设置了固定的静态校验探头安装架，在动态校验探头安装架的探头安装孔下方，对应设置动态斜盘和其主驱动电机。这种全自动电涡流传感器动静态校验仪的缺点在于：

1、由于动态斜盘采用电机驱动，其旋转速度为 r/min（一般难以达到10000r/min以上），因此输入给电涡流传感器的校准频率只有Hz，即该装置的动态校准频率范围比较窄。

2、静态校准和动态校准分别由不同步进电机来执行定位和校准运动，整体机械结构复杂，没有对重复的功能模块进行有效的集成。

发明内容

为了克服使用动态斜盘对电涡流传感器进行动态校准的校准频率范围比较窄的缺点，本实用新型提供了一种使用振动台模块对电涡流传感器进行动态校准，校准频率范围宽的电涡流传感器动静态校准装置。

用于电涡流传感器动静态校准的装置，该装置具有基座，基座上设置振动台模块、装夹待校准传感器的夹具，夹具的运动执行模块和光栅尺组件；振动台模块的工作台面上安装感应盘和标准加速度传感器，感应盘位于工作台面和夹具之间；运动执行模块由带动夹具沿感应盘径向运动的调位驱动组件和带动夹具沿感应盘轴向运动的校准驱动组件；做静态校准时，振动台模块出于非工作状态，校准驱动组件使夹具做靠近或远离感应盘的直线往复运动，光栅尺组件获取各个测试点上被校准传感器的实际位移；做动态校准时，校准驱动组件出于非工作状态，振动台模块使感应盘做正弦振动。

进一步，调位驱动组件包括第一丝杠机构和导轨-滑块组合；夹具固定在导轨-滑块组合的滑块上；第一丝杠机构的轴向与感应盘的径向平行，导轨与第一丝杠机构的第一丝杠平行，第一丝杠机构的第一螺母与滑块固定；丝杠一端设置旋钮。旋钮带着第一丝杠转动时，第一螺母带着滑块沿第一丝杠的轴向平移。转动旋钮，使第一螺母带着夹具沿感应盘的径向平移，使待校准的电涡流传感器出于感应盘的感应区域内。

进一步，校准驱动组件包括第二丝杠机构，重载导轨和步进电机；步进电机通过联轴器与第二丝杠机构的第二丝杠固定，重载导轨的滑块与第二螺母固定；调位驱动组件通过连接块固定在重载导轨的滑块上。步进电机通过第二螺母带着调位驱动组件和夹具沿着感应盘的轴向平移，在静态校准时，使被校准传感器根据试验要求前后移动。

光栅尺组件包括固定在基座上的光栅读数头和与重载导轨的滑块固定的光栅尺。光栅尺跟随重载导轨的滑块移动，光栅读数头实时读取滑块的实际位移。重载导轨的滑块与夹具固定，因此滑块的实际位移即为夹具和装夹于夹具上的待校准传感器的实际位移。

进一步，振动台模块包括筒体，前端盖，后端盖，永磁体，中心磁极，运动部件和限位部件；前端盖和后端盖分别封闭筒体的前端开口和后端开口，永磁体分别与后端盖和中心磁极固定；永磁体、中心磁极、后端盖和前端盖同轴设置；前端盖上开设通孔，中心磁极的头部伸入该通孔内，中心磁极与通孔之间形成均匀的气隙磁场；

运动部件包括动圈、动圈架和工作台面，动圈绕制在动圈架上，限位部件使动圈与中心磁极同轴且位于气隙磁场内；感应盘固定于工作台面的外露的正面；标准加速度传感器固定于工作台面的背面。

前端盖与中心磁极同轴的定位方式是：前端盖具有环形的定位凸台，定位凸台与通孔同轴（定位凸台和通孔同轴在制作前端盖时即可精确定位），定位凸台与定位环配合（即定位环一段套在定位凸台上），定位环与前端盖固定；中心磁极套入定位环内并与定位环面接触。

中心磁极与永磁体的固定方式是：中心磁极的后端面与永磁体的前端面完全贴合，永磁体中心设置轴向的贯通孔，中心磁极中心设置轴向的螺孔，一中心支杆穿过贯通孔与中心磁极的螺孔啮合，后端盖的中心设置轴向的插孔，该中心支杆的另一端插入该插孔并与后端盖固定。

中心支杆与后端盖固定的方式为：中心支杆的螺纹部外露于后端盖的插孔，固定螺母与螺纹部旋紧。为了避免中心支杆外露于后端盖，后端盖上设置沉孔，中心支杆和固定螺母位于沉孔内。

中心磁极的前段与动圈架间隙配合、后段的横截面形状与永磁体的横截面形状全等。

感应盘、标准加速度传感器与工作台面的固定方式是：感应盘由第一双头螺柱安装于工作台面的正面，标准加速度传感器由第二双头螺柱安装于工作台面的背面。

进一步，限位部件主要由支撑骨架和支撑弹簧组成；支撑骨架与前端盖固定并且与前端盖同轴，支撑弹簧为一端连接支撑骨架、另一端连接动圈架的簧片。簧片呈圆环形。或者簧片呈矩形，多个矩形的簧片沿动圈架的圆周均匀分布。簧片通过压板和螺栓与支撑骨架固定。支撑弹簧起到对动圈架的支撑定位作用，使动圈架保持在与中心磁极同轴的平衡位置。

进一步，限位部件之外设置防护罩，防护罩包括罩体和橡胶薄膜，罩体与前端盖固定且同轴；橡胶薄膜呈圆环形，动圈架的头部外露于橡胶薄膜，橡胶薄膜通过环形压板和螺钉与罩体固定。防尘罩阻隔灰尘等杂物落入运动间隙中，延长振动台模块的使用寿命。

本实用新型在使用时，首先将标准传感器安装在工作台面的背面，再将工作台面安装在动圈架上，然后再将用双头螺柱将感应盘安装在工作台面的正面，然后再将待校准传感器安装固定在传感器夹具上。通过运动执行模块对传感器进行定位调整：首先转动旋钮使得第一丝杠转动，并通过第一螺母带动传感器夹具运动，进而带动传感器移动到与感应盘中心对准的位置，保证传感器在感应盘的感应区域内。然后控制步进电机驱动第二丝杠旋转，并通过第二螺母带动重载导轨上的传感器夹具和传感器进行前后运动，并实时读取电涡流传感器所输出的直流电压，直到使电压值在传感器的线性工作电压范围内，此时电涡流传感器定位调整完毕。

当进行电涡流传感器动态校准时，将正弦电流信号通入动圈中，在动圈导体的有效长度以及导体所处磁场的感应强度一定的情况下，动圈受到的电磁力呈标准的正弦规律变化，因此动圈将带动与之固定连接的动圈架、工作台面和感应盘在电磁力的作用下沿轴线方向做相同频率的正弦振动。根据安装在工作台面上的标准加速度传感器的输出电压，计算得到振动台的实际振级，并通过逐渐增大/缩小输入电流信号的幅值，使振动台的振级逐步达到目标振级。然后通过改变输入电流信号的频率，即可对待校准传感器进行频响特性校准，由于输入的信号频率可以进行改变，因此可以对电涡流传感器完成较宽频带的校准工作。

当进行电涡流传感器的静态校准时，根据静态校准的行程点数、步长、运动方向等参数要求，与传感器定位过程相似，利用运动执行模块，同样通过控制步进电机驱动滚珠丝杠旋转，并通过丝杠螺母带动重载导轨上的传感器夹具和传感器进行前后运动，另外，直线光栅尺固定在重载导轨侧面，与待校准传感器一起前后运动，并与安装固定在基座的读数头配合，得到各个测试点待校准传感器的实际位移。根据传感器实际输出电压和直线光栅尺的实际位移D，通过计算可以得到传感器的参考灵敏度S。运动执行模块既可以作为动静态校准的传感器定位执行部分，又可以作为静态校准的校准运动执行部分。

本实用新型的有益效果在于:

1、采用振动台对传感器进行动态校准，相较斜盘式的动态校准方

式，可以通过改变输入电流信号的频率，来实现待校准传感器在不同频率的校准，使其适用于更宽频带的校准工作。

2、运动执行模块既可以作为动静态校准的传感器定位执行部分，

又可以作为静态校准的校准执行部分，可以方便快捷地分别实现传感器动静态校准，提高了传感器的校准效率。

附图说明

图1校准装置总体示意图。

图2运动执行模块结构主视图。

图3运动执行模块结构俯视图.

图4振动台模块结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，电涡流传感器动静态自动校准装置包括振动台模块1，与振动台工作台面连接的感应盘2，与工作台面连接的标准加速度传感器5，传感器夹具3、运动执行模块4以及固定振动台和运动执行模块的基座6。

运动执行模块由带动夹具沿感应盘2径向运动的调位驱动组件和带动夹具沿感应盘2轴向运动的校准驱动组件。

调位驱动组件包括第一丝杠机构和导轨416-滑块417组合；夹具固定在导轨416-滑块417组合的滑块417上；第一丝杠418机构的轴向与感应盘2的径向平行，导轨416与第一丝杠机构的第一丝杠418平行，第一丝杠机构的第一螺母411与滑块417固定；第一丝杠418一端设置旋钮49。旋钮49带着第一丝杠418转动时，第一螺母411带着滑块417沿第一丝杠418的轴向平移。转动旋钮49，使第一螺母411带着夹具3沿感应盘2的径向平移，使待校准的电涡流传感器出于感应盘2的感应区域内。

校准驱动组件包括第二丝杠机构，重载导轨410和步进电机41；步进电机41通过联轴器与第二丝杠机构的第二丝杠45固定，重载导轨410的滑块与第二螺母47通过连接块44固定；调位驱动组件通过连接块固定在重载导轨410的滑块上。步进电机41通过第二螺母47带着调位驱动组件和夹具3沿着感应盘2的轴向平移，在静态校准时，使被校准传感器根据试验要求前后移动。

基座6为一箱体，校准驱动组件位于基座6的箱体内部。箱体顶部有开口，以便校准驱动组件与调位驱动组件连接和运动。

光栅尺组件包括固定在基座上的光栅读数头415、与重载导轨410固定连接的光栅安装板414、与光栅安装板414固定的光栅尺413。光栅尺413跟随重载导轨410的光栅安装板414移动，光栅读数头415实时读取光栅安装板414，即重载导轨410的实际位移，重载导轨410与夹具固定，因此光栅安装板414的实际位移即为夹具和装夹于夹具上的待校准传感器的实际位移。

所述的振动台模块1包括永磁体11、中心磁极13、筒体12、前端盖15、后端盖116、运动部件、限位部件等。中心磁极13、筒体12和前后端盖15、116均采用导磁性材料，并在中心磁极13和前端盖15之间产生均匀的气隙磁场。前端盖15和后端盖116通过螺栓安装固定在基座6上，运动部件安装在中心磁极13和前端盖15的间隙当中，运动部件可在间隙中沿轴线方向运动，限位部件通过螺栓安装在前端盖15上。

所述限位部件包括支撑骨架17和支撑弹簧112。支撑骨架17通过螺栓安装固定在前端盖15上，均匀分布四周的支撑弹簧112通过压板113、螺栓连接运动部件和支撑骨架17，从而调节支撑弹簧112的松紧程度，进而起到限位和保持平衡位置的作用。在支撑骨架17外有防护罩16，防护罩16通过螺栓安装在前端盖15上，在防护罩16的端面，将橡胶薄膜114放置在环形压板115下，并用螺钉来固定，起到防止灰尘等杂物掉落到运动间隙当中的作用。

所述运动部件包括动圈18、动圈架19、工作台面110和感应盘2，动圈18与动圈架19固定连接，工作台面110与动圈架19通过螺栓连接，感应盘2通过双头螺柱111与工作台面110连接固定。动圈架19为圆筒状，内部有容置腔，标准加速度传感器5通过双头螺柱111安装在工作台面110的端面，位于动圈架19的容置腔内。永磁体11中心有通孔，中心磁极13中心有螺纹孔，中心支杆118的两端车有螺纹，中心支杆118穿过永磁体11的通孔，然后拧在中心磁极13的螺纹孔上，最后中心支杆118通过圆螺母117拧紧固定在后端盖116上，主要起到对永磁体11和中心磁极13的定位作用。定位环14采用非导磁材料，一端与中心磁极13配合，另一端通过螺栓安装固定在前端盖15上，起到对中心磁极13的定位作用。

本实用新型在使用时，首先将标准传感器5安装在工作台面110内侧，再将工作台面110安装在动圈架19上，然后再将感应盘2通过双头螺柱111安装在工作台面110上，然后将待校准传感器7安装固定在传感器夹具3上，通过运动执行模块对待校准传感器7进行定位调整，首先转动旋钮49使得滚珠丝杠418转动，并通过丝杠螺母412带动传感器夹具3运动，进而带动安装在夹具3上的待校准传感器7，使其移动到与感应盘2中心对准的位置，保证待校准传感器7在感应盘2的感应区域内，然后控制步进电机41驱动滚珠丝杠45旋转，并通过丝杠螺母47和连接块44带动重载导轨410上的传感器夹具3和待校准传感器7进行前后运动，实时读取待校准传感器7所输出的直流电压，直到输出电压值在待校准传感器7的线性工作电压范围内，说明此时待校准传感器7定位调整完毕，可以进行接下来的动静校准。

当进行电涡流传感器动态校准时，将正弦电流信号通入动圈18中，在动圈18导体的有效长度以及导体所处磁场的感应强度一定的情况下，动圈18受到的电磁力呈标准的正弦规律变化，因此动圈18将带动相互固定连接的动圈架19、工作台面110和感应盘2在电磁力的作用下沿轴线方向做相同频率的标准正弦振动。并通过安装在工作台面110的标准加速度传感器5的输出电压，计算得到振动台的实际振级，逐渐增大/缩小输入电流信号的幅值，使振动台的振级逐步达到目标振级。然后通过改变输入电流信号的频率，则可对传感器进行频响特性校准，由于输入的信号频率可以进行改变，因此可以对电涡流传感器完成较宽频带的校准。

当进行电涡流传感器的静态校准时，根据静态校准的行程点数、步长、运动方向等参数要求，与传感器定位过程相似，利用运动执行模块，同样通过控制步进电机41驱动滚珠丝杠45旋转，并通过丝杠螺母47和连接块43带动重载导轨410，使重载导轨410上的传感器夹具3和待校准传感器7进根据要求前后运动，直线光栅尺413固定在重载导轨410侧面，与待校准传感器7一起前后运动，并与安装固定在基座6的光栅读数头415配合使用，可以得到各个测试点待校准传感器7的实际位移。根据待校准传感器7实际输出电压和直线光栅尺413的实际输出位移D，通过计算可以得到待校准传感器7的参考灵敏度S。运动执行模块既可以作为动静态校准的传感器定位执行部分，又可以作为静态校准的校准运动执行部分，可以方便快捷地分别实现传感器动静态校准，提高了传感器的校准效率。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对本实用新型构思的实现形式的列举，本实用新型的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也及于本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (10)

1.用于电涡流传感器动静态校准的装置，其特征在于：该装置具有基座，基座上设置振动台模块、装夹待校准传感器的夹具，夹具的运动执行模块和光栅尺组件；振动台模块的工作台面上安装感应盘和标准加速度传感器，感应盘位于工作台面和夹具之间；运动执行模块由带动夹具沿感应盘径向运动的调位驱动组件和带动夹具沿感应盘轴向运动的校准驱动组件；做静态校准时，振动台模块出于非工作状态，校准驱动组件使夹具做靠近或远离感应盘的直线往复运动，光栅尺组件获取各个测试点上被校准传感器的实际位移；做动态校准时，校准驱动组件出于非工作状态，振动台模块使感应盘做正弦振动。

2.如权利要求1所述的用于电涡流传感器动静态校准的装置，其特征在于：调位驱动组件包括第一丝杠机构和导轨-滑块组合；夹具固定在导轨-滑块组合的滑块上；第一丝杠机构的轴向与感应盘的径向平行，导轨与第一丝杠机构的第一丝杠平行，第一丝杠机构的第一螺母与滑块固定；丝杠一端设置旋钮。

3.如权利要求2所述的用于电涡流传感器动静态校准的装置，其特征在于：校准驱动组件包括第二丝杠机构，重载导轨和步进电机；步进电机通过联轴器与第二丝杠机构的第二丝杠固定，重载导轨的滑块与第二螺母固定；调位驱动组件通过连接块固定在重载导轨的滑块上。

4.如权利要求3所述的用于电涡流传感器动静态校准的装置，其特征在于：光栅尺组件包括固定在基座上的光栅读数头和与重载导轨的滑块固定的光栅尺。

5.如权利要求1-4之一所述的用于电涡流传感器动静态校准的装置，其特征在于：振动台模块包括筒体，前端盖，后端盖，永磁体，中心磁极，运动部件和限位部件；前端盖和后端盖分别封闭筒体的前端开口和后端开口，永磁体分别与后端盖和中心磁极固定；永磁体、中心磁极、后端盖和前端盖同轴设置；前端盖上开设通孔，中心磁极的头部伸入该通孔内，中心磁极与通孔之间形成均匀的气隙磁场；

运动部件包括动圈、动圈架和工作台面，动圈绕制在动圈架上，限位部件使动圈与中心磁极同轴且位于气隙磁场内；感应盘固定于工作台面的外露的正面；标准加速度传感器固定于工作台面的背面。

6.如权利要求5所述的用于电涡流传感器动静态校准的装置，其特征在于：前端盖具有环形的定位凸台，定位凸台与通孔同轴，定位凸台与定位环配合，定位环与前端盖固定；中心磁极套入定位环内并与定位环面接触。

7.如权利要求6所述的用于电涡流传感器动静态校准的装置，其特征在于：中心磁极的后端面与永磁体的前端面完全贴合，永磁体中心设置轴向的贯通孔，中心磁极中心设置轴向的螺孔，一中心支杆穿过贯通孔与中心磁极的螺孔啮合，后端盖的中心设置轴向的插孔，该中心支杆的另一端插入该插孔并与后端盖固定。

8.如权利要求7所述的用于电涡流传感器动静态校准的装置，其特征在于：中心支杆的螺纹部外露于后端盖的插孔，固定螺母与螺纹部旋紧。

9.如权利要求5所述的用于电涡流传感器动静态校准的装置，其特征在于：限位部件主要由支撑骨架和支撑弹簧组成；支撑骨架与前端盖固定并且与前端盖同轴，支撑弹簧为一端连接支撑骨架、另一端连接动圈架的簧片。

10.如权利要求9所述的用于电涡流传感器动静态校准的装置，其特征在于：限位部件之外设置防护罩，防护罩包括罩体和橡胶薄膜，罩体与前端盖固定且同轴；橡胶薄膜呈圆环形，动圈架的头部外露于橡胶薄膜，橡胶薄膜通过环形压板和螺钉与罩体固定。