CN206787483U - 便携式全自动电涡流位移传感器自动标定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种便携式全自动电涡流位移传感器自动标定装置，箱体上设置有安装底板，安装底板上安装固定有信号采集装置、传动装置总成、24V电源和编码器；安装面板上安装电子元器件、导轨、电机控制器；导轨固定在安装面板上，移动支架安装在导轨形成滑动副；移动支架固定在传动装置总成的移动平台上；传动装置总成带动移动支架在导轨上水平直线运动。本实用新型提供的便携式全自动电涡流位移传感器自动标定装置，实现电涡流位移传感器的快速标定，同时能够显示出传感器的线性度，并能第一时间反馈出电涡流位移传感器的斜率K值和截距b值。该装置提高标定工作效率，结构紧凑体积小，携带方便。

Description

便携式全自动电涡流位移传感器自动标定装置

技术领域

本实用新型公开了一种便携式全自动电涡流位移传感器自动标定装置。

背景技术

电涡流位移传感器是一种非接触式近距离位移传感器。随着工程测试技术的发展，电涡流位移传感器(电涡流位移传感器)在大型旋转机械状态的在线监测与故障诊断中得到广泛应用。标准的电涡流位移传感器的反馈输出电压与被测距离呈现正相关的线性关系。工程中一般采用测量电涡流位移传感器输出端的电压值，来换算出被测的距离。在电涡流位移传感器使用前，必须进行标定，确定出传感器的系数(斜率K和截距b)。因此，精确标定出传感器的系数，尤为重要。

目前阶段，市面上传统的电涡流位移传感器标定仪只具备基础的位移调节功能，标定时，通过手动调节千分尺移动至已知距离位置，同时测量传感器输出端信号电压，将此组数据进行人工记录。然后重复此操作，通过测量多个已知位置点的输出电压，最终确定出传感器的系数。

传统的电涡流位移传感器标定仪存在以下不足：

1、需要通过人工手动旋转螺旋测微仪来进行调节被测距离，标定效率低；

2、不具备数据存储功能，每调节一次被测距离，需要人工记录所调节的距离以及传感器的输出电压；

3、不具备传感器供电功能，标定时需要另准备传感器的供电电源；(电涡流位移传感器一般供电方式为-24V DC)

4、无法自动计算出传感器的系数，一般需要将标定记录人工输入到Excel中，利用Excel的图表功能，绘制出传感器的线性度，并计算出传感器的系数。

随着目前工业生产节奏的逐渐加快，传统的电涡流位移传感器标定仪的不足之处日益凸显。为提高现场传感器的标定效率，进一步满足实际工程中的使用要求，特开发出新型的电涡流位移传感器标定装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种全自动的电涡流位移传感器标定装置。其具备以下创新优势：

1、通过机械式结构实现传感器标定的全自动化，一键式操作。标定时无需手动调节其被测距离，标定效率高；

2、具备数据存储功能，能够自动记录并存储标定数据，再无需人工手动记录；

3、具备传感器供电电源，标定时无需再另行配备传感器供电电源；

4、具备传感器系数自动计算功能，可直接计算并显示出传感器的系数，并能直观地显示出传感器的线性程度。

5、集成式的紧凑设计，能够方便携带，更加有利于现场标定使用。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

便携式全自动电涡流位移传感器自动标定装置，包括箱体，箱体有盖子，箱体上设置有安装底板，安装底板上设置有安装面板；所述的安装底板上安装固定有信号采集装置、传动装置总成、24V电源和编码器；传动装置总成，包括依次连接的步进电机、减速机、联轴器、滚珠丝杠，移动平台安装在滚珠丝杠上，移动平台还与直线导轨形成滑动副；

步进电机与电机控制器和编码器连接，信号采集装置与移动支架连接，24V电源分别为步进电机、编码器、信号采集装置提供电源；

所述的安装面板上安装电子元器件、导轨、电机控制器；所述的导轨固定在安装面板上，移动支架安装在导轨形成滑动副；移动支架固定在传动装置总成的移动平台上；传动装置总成带动移动支架在导轨上水平直线运动。

电子元器件包括RS232接口、按钮开关、220V电源插座、网线接口插座、接线端子；所述的RS232接口与电机控制器连接，所述的220V电源插座、按钮开关依次与24V电源连接，所述的接线端子连接24V电源，所述的网线接口插座与信号采集装置连接。

该便携式全自动电涡流位移传感器自动标定装置，主要由电源系统、机械自动运行系统以及信号采集系统三部分组成。

电源系统：电源系统由220V供电电源线和+24V直流稳压电源组成，为后续工作系统以及被测传感器供电。

机械自动运行系统：机械自动运行系统由二相步进电机、电机控制器、电机驱动器、电机编码器、减速机、联轴器、滚珠丝杠副以及固定台架组成，主要功能是使被测参照物能够按照设定的逻辑程序自动移动。

信号采集系统：信号采集系统由信号采集装置和处理器组成。

技术方案具体为：

1、利用步进电机实现标定参照物的自动位移变化。通过步进电机控制器和驱动器进行步进电机的运动逻辑编程，以实现电机的逻辑化自动运行控制。

2、利用行星减速机按照固定变比对步进电机的输出轴转速进行按比例缩小，以取得较小的输出转速。

3、行星减速机的输出轴经过联轴器连接在滚珠丝杠副上，通过滚珠丝杠副将电机的旋转运动转化成滚珠丝杠螺母的直线运动。滚珠丝杠装配在直线导轨中，丝杆螺母带动直线导轨平台移动。直线导轨平台上安装探头标定参照物。

4、信号采集装置采集电机编码器的脉冲输出信号以及传感器的反馈电压信号，整个系统为线性系统，因此可以通过电机编码器输出的脉冲信号计算出参照物的移动位移。最终电脑将信号采集装置所采集到的信息进行整理分析，绘制出传感器的反馈信号与标定位移的曲线关系，通过此曲线关系可计算得出传感器的标定系数。

该便携式全自动电涡流位移传感器自动标定装置的工作原理如下：

涡流探头本身是一种非接触式近距离测量位移的传感器，其量程范围较小，一般不超过10mm。因此标定此种传感器，必须需提供精确已知的微小位移。为了得到精确且可知的微小位移，本装置采取了一种机电结合的传动和采集方式，来实现传感器的精确标定。

通过步进电机--行星减速机--滚珠丝杠副--直线导轨的线性机械系统，将步进电机的旋转运动按照已知的变比转化为导轨的直线运动。其中，行星减速机的减速比为1：8，滚珠丝杠的导程为1mm。因此步进电机每旋转1转，相当于直线导轨运动0.125mm。同时，电机每旋转1转，步进电机的编码器将输出3200个脉冲。通过信号采集装置接收此脉冲信号，得到以下线性比例关系：电机旋转1转-编码器发送3200脉冲-直线导轨运动0.125mm。

按照上述比例关系，32个脉冲信号代表直线导轨运动0.00125mm。通过上述转化，将步进位移信号均匀细密地转化成了脉冲信号。信号采集装置通过采集脉冲信号，可计算出直线导轨的位移。

本实用新型提供的便携式全自动电涡流位移传感器自动标定装置，实现电涡流位移传感器的快速标定，同时能够显示出传感器的线性度，并能第一时间反馈出电涡流位移传感器的斜率K值和截距b值。该装置能够有效减小电涡流位移传感器的标定工时，大大提高标定工作效率。该标定装置整体结构紧凑体积小，携带方便，使用快捷，非常适用于便携在现场进行批量标定。

附图说明

图1为本实用新型的安装面板结构示意图；

图2为本实用新型的传动装置总成结构示意图；

图3为本实用新型的安装底板结构示意图；

图4为本实用新型的移动支架与传动装置总成连接示意图；

图5为本实用新型的电路结构示意图；

图6为本实用新型的测试时连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型进行详细描述。

为清楚地将装置的各个部件的连接关系描述清楚，将该装置的装配连接关系分成3个区域分别说明。本装置3个装配区域分别为：外部箱体区域、安装底板区域、安装面板区域。

外部箱体区域：

主要部件为箱体1，与之直接形成装配关系的是安装底板2和安装面板5。安装底板2利用螺栓固定在箱体1内部底部。安装面板5利用螺栓固定在箱体1腔体上部。

如图3所示，安装底板区域：

在安装底板2上安装固定有以下部件：信号采集装置3、传动装置总成4、24V电源10和编码器11。如图2所示，传动装置总成4包括：联轴器4.1、步进电机4.2、减速机4.3、滚珠丝杠4.4移动平台4.5直线导轨4.6。其中信号采集装置3、24V电源10和编码器11通过螺栓固定在安装底板2上，螺纹孔装配时配钻。传动装置总成4通过调节螺栓固定在安装底板2上。信号采集装置3、传动装置总成4、24V电源10和编码器11和调节螺柱互相之间不存在装配关系，但电子元件之间有导线连接，如图5所示，步进电机4.2与编码器11连接，电机控制器9和编码器11连接，信号采集装置3与移动支架8连接，24V电源10分别为步进电机4.2、编码器11提供电源；

如图1所示，安装面板区域：

在安装面板5上安装固定有以下部件：电子元器件6、导轨7、电机控制器9。电子元器件6包括：RS232接口6.1、按钮开关6.2、220V电源插座6.3、网线接口插座6.4、接线端子6.5。如图5所示，电子元器件6包括RS232接口6.1、按钮开关6.2、220V电源插座6.3、网线接口插座6.4、接线端子6.5；所述的RS232接口6.1与电机控制器9连接，所述的220V电源插座6.3、按钮开关6.2依次与24V电源10连接，所述的接线端子6.5连接24V电源10，所述的网线接口插座6.4与信号采集装置3连接。

安装面板5加工时已预留好上述部件的安装孔，上述部件嵌入相应位置的孔位完成装配。其中导轨7由螺栓固定在安装面板5上。在导轨7与安装面板5之间的空隙放置移动支架8。因此，导轨7和安装面板5是刚性固定关系，而移动支架8可在导轨7和安装面板5形成的空间内相对移动。导轨7对移动支架8的移动起到约束作用，目的是令移动支架8被约束在导轨方向前后移动。在安装面板区域的所有部件，仅有移动支架8是可移动的，其他部件全都固定在安装面板5上。

安装面板区域和安装底板区域安装完成以后，如图4所示，将移动支架8通过螺栓固定在传动装置总成4中的移动平台上4.5。

传动装置总成4和移动支架8装配连接完成以后，安装地板区域和安装面板区域两个区域则被间接连接成了一个整体，传动装置总成4通过传动系统可带动移动支架8水平直线运动。移动支架8的水平直线运动形成了相对于被固定在导轨7上被标定传感器100的探头200的相对位移，即为探头200提供了测试目标的相对位移，而这种位移是线性且已知的位移，进而达到了标定被测传感器的目的。

步进电机4.2、减速机4.3、联轴器4.1、滚珠丝杠4.4，移动平台4.5安装在滚珠丝杠4.4上，移动平台4.5还与直线导轨4.6形成滑动副；

滚珠丝杠4.4的型号为TKK6010C-A1-150-F0。步进电机4.2与减速机4.3之间是通过螺栓固定连接；减速机4.3与联轴器4.1是通过螺栓固定连接；联轴器4.1直接连接到滚珠丝杠4.4和直线导轨4.6上。

与传动装置总成4呈装配关系的部件有安装底板2、移动支架8。传动装置总成4和安装底板2通过M5调节螺柱固定。安装底板2是箱体内所有部件固定的基础。

传动系统工作原理：

传感器自动标定台的机械执行机构传动系统主要由联轴器4.1、步进电机4.2、减速机4.3、滚珠丝杠4.4、移动平台4.5、直线导轨4.6、移动支架8组成。对步进电机4.2的控制通过电机控制器9和编码器11来完成。

步进电机4.2采用二相混合式步进电机(步进角为1.8°，扭矩0.52N.m)。步进电机4.2输出轴输出的转矩通过减速机4.3按照一定变比减小至合适的转速。减速机4.3的输出轴通过联轴器4.1，将扭矩稳定输出至滚珠丝杠4.4上。滚珠丝杆4.4被驱动旋转后，将带动其上部的移动平台4.5水平移动。移动支架8随着移动平台4.5的水平移动而移动。

如图6所示，被标定传感器100的探头200是固定在导轨7上的，被标定传感器100的探头200是不动的，移动支架8的运动为探头200提供了参照物的位移变化。将步进电机4.2转数严格按照线性比例转化为已知的标定参照物位移，进而实现对被标定传感器100的标定工作。该装置整体结构紧凑，并且可以通过PMC100B控制单元编程实现自动标定的运动逻辑控制。

装置使用操作过程为：

利用该装置标定传感器的操作过程如下：

1、先通过220V电源插座6.3为机箱供电；

2、将被标定传感器100安装在安装面板5上，操作如下：将被标定传感器100的信号线接入接线端子6.5中。再将被标定传感器100的探头200通过两个螺母固定在导轨7上，导轨7已预留好供传感器传过的孔；

3、通过网线连接网线接口插座6.4和工作电脑，并打开采集软件；

4、打开按钮开关6.2，为整套装置上电；

5、点击电机控制器9中的开始运行按钮；

6、开始运行后，装置将自动运行，移动支架8将相对被标定传感器100的探头200直线运动；

7、通过电脑就可以采集到被标定传感器100的反馈信号和移动支架8的相对位移，通过两者关系计算得出传感器的系数；

8、完成标定后，将被标定传感器100拆下，关闭电源，拔出网线。

Claims (2)

1.便携式全自动电涡流位移传感器自动标定装置，包括箱体(1)，箱体(1)有盖子，其特征在于，箱体(1)上设置有安装底板(2)，安装底板(2)上设置有安装面板(5)；所述的安装底板(2)上安装固定有信号采集装置(3)、传动装置总成(4)、24V电源(10)和编码器(11)；传动装置总成(4)，包括依次连接的步进电机(4.2)、减速机(4.3)、联轴器(4.1)、滚珠丝杠(4.4)，移动平台(4.5)安装在滚珠丝杠(4.4)上，移动平台(4.5)还与直线导轨(4.6)形成滑动副；

步进电机(4.2)与电机控制器(9)和编码器(11)连接，信号采集装置(3)与移动支架(8)连接，24V电源(10)分别为步进电机(4.2)、编码器(11)、信号采集装置(3)提供电源；

所述的安装面板(5)上安装电子元器件(6)、导轨(7)、电机控制器(9)；所述的导轨(7)固定在安装面板(5)上，移动支架(8)安装在导轨(7)形成滑动副；移动支架(8)固定在传动装置总成(4)的移动平台(4.5)上；传动装置总成(4)带动移动支架(8)在导轨(7)上水平直线运动。

2.根据权利要求1所述的便携式全自动电涡流位移传感器自动标定装置，其特征在于，电子元器件(6)包括RS232接口(6.1)、按钮开关(6.2)、220V电源插座(6.3)、网线接口插座(6.4)、接线端子(6.5)；所述的RS232接口(6.1)与电机控制器(9)连接，所述的220V电源插座(6.3)、按钮开关(6.2)依次与24V电源(10)连接，所述的接线端子(6.5)连接24V电源(10)，所述的网线接口插座(6.4)与信号采集装置(3)连接。