CN210773911U - 基于光栅尺的位移传感器标定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种基于光栅尺的位移传感器标定装置，包括基座、光栅尺、直线滑轨、滑块、磁力表座、丝杠、手摇轴承和固定压板；光栅尺安装在基座的一侧，直线滑轨和丝杆两端固定在基座两端的凸台上，平行于光栅尺；丝杠一端与手摇轴承连接，通过手摇轴承能够带动丝杠转动；滑块安装在直线滑轨和丝杠上，并与光栅尺的表头固定连接；滑块上固定安装有磁力表座，磁力表座上表面采用V型槽用于放置待标定位移传感器，V型槽方向平行于光栅尺；固定压板为底部具有V型槽的平板结构，用于与磁力表座配合固定待标定位移传感器。本实用新型在充分保证了标定精度的同时也大量减少了不同操作人员之间的标定误差。

Description

基于光栅尺的位移传感器标定装置

技术领域

本实用新型涉及位移传感器标定技术领域，具体为一种基于光栅尺的位移传感器标定装置。

背景技术

在进行发动机静强度试验时，成功并准确得到试验过程中试验大纲中要求的某些位置的位移及应变是试验成功的主要标志。位移量的获取主要是依靠顶杆式位移传感器结合专用的固定支架来实现的。根据该传感器本身的特性需求，需要在每次试验前对所使用的传感器进行标定。

目前针对传感器的标定均采用深度尺两点标定法来实现，具体步骤如下：在采集系统中给出两个固定的位移量(30mm和50mm)，将深度卡尺分别固定在给定的两个位移量中，以深度卡尺为标定基准，首先用深度卡尺按压位移传感器至30mm处，利用采集系统获取此时传感器的输出电压；再用深度卡尺将位移传感器按压至50mm处，再次采集传感器在该位移下的输出电压；利用采集系统对两次采集到的数据进行运算，确定出传感器的输出电压与实际的位移变化量之间的比例系数；再次采用深度卡尺将位移传感器按压至固定的位移量，采集系统利用上述比例系统将传感器的输出电压转换为所测到的位移量，将该位移量与基准位移量进行比对，若采集值在允许的误差范围内，则证明标定结果可用，反之则重复进行标定工作，直至测量结果在允许的误差范围内，具体标定工作流程图如图1所示。

发动机静强度试验中，位移作为主要的测量参数，试验前必须对传感器进行现场校准以获得较高的测量精度，如上所述，现有的校准方法是人为地通过深度尺按压传感器进行多点校准，这种方法存在以下缺点：

(1)传感器与深度尺的同轴度难以保证；

(2)每次状态的一致性不好；

(3)个体之间的差异性无法消除。

由于在静力试验中，位移量多在毫米级，这些不确定因素带来的误差占比也比较高。因此需要设计出一套尽可能减少人员误差的位移传感器标定装置。此外在试验任务日趋多样化和复杂化的现状下，仅使用传统顶杆式位移传感器往往不能较为便捷准确的获得被测点的位移变化量，同时在一些高度较大的被测点位置进行采集时，也会有顶杆式位移传感器难以搭建或者不能搭建的情况出现，针对这些情况，还会采用拉线式位移传感器、激光位移传感器来进行被测点位移变化量的获取，此时传统的位移传感器标定方法便也不能适用。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提出一种基于光栅尺的位移传感器标定装置，采用大量程高精度光栅尺作为标定基准，并设计了一套固定位移传感器的夹具装置，在充分保证了标定精度的同时也大量减少了不同操作人员之间的标定误差，而且该标定装置在适用范围及传感器通用性方面，相较于传统的深度尺两点标定法也有了较大的提高。

本实用新型的技术方案为：

所述一种基于光栅尺的位移传感器标定装置，其特征在于：包括基座、光栅尺、直线滑轨、滑块、磁力表座、丝杠、手摇轴承和固定压板；

所述基座为光栅尺、直线滑轨和丝杠的安装载体，其中光栅尺安装在基座的一侧，直线滑轨两端固定在基座两端的凸台上，且直线滑轨平行于所述光栅尺；丝杠也安装在基座两端的凸台上，且也与所述光栅尺平行，丝杠一端伸出基座一端的凸台，并与手摇轴承连接，通过手摇轴承能够带动丝杠转动；

所述滑块安装在直线滑轨和丝杠上，丝杠转动时能够带动滑块在直线滑轨上移动；所述滑块与光栅尺的表头固定连接，能够带动光栅尺的表头同步移动；

所述滑块上固定安装有磁力表座，所述磁力表座上表面采用V型槽用于放置待标定位移传感器，V型槽方向平行于光栅尺；

所述固定压板为底部具有V型槽的平板结构，用于与磁力表座配合，通过上下两面的V型槽固定待标定位移传感器；在固定压板的V型槽两侧开有连接孔，用于通过螺栓将固定压板安装在滑块上。

进一步的优选方案，所述一种基于光栅尺的位移传感器标定装置，其特征在于：所述直线滑轨和丝杠靠近端部位置还安装有挡板，用于提供位移传感器标定的初始位置。

进一步的优选方案，所述一种基于光栅尺的位移传感器标定装置，其特征在于：所述固定压板上的连接孔为条形孔，条形孔的长度方向垂直于固定压板的V型槽开槽方向。

进一步的优选方案，所述一种基于光栅尺的位移传感器标定装置，其特征在于：所述滑块上表面安装磁力表座位置两侧预留有深度为5mm的M6*1的螺纹安装孔，用于与安装固定压板的螺栓配合将固定压板安装在滑块上。

进一步的优选方案，所述一种基于光栅尺的位移传感器标定装置，其特征在于：所述螺栓底部为5mm长的M6*1的螺纹段，螺纹段上部为30mm长的直径为14mm的圆柱段，且该圆柱段沿轴向两侧切有的平面，圆柱段上部为200mm长的M10*1.5螺纹段。

有益效果

本实用新型所设计的位移传感器标定装置在基本标定原理上与传统的基于深度尺的两点标定法保持一致，同时也对传统的标定装置进行了较多的改进，主要表现在以下几个方面：

(1)减少了人员误差

本实用新型所设计的标定装置采用手摇轴承带动滑块和待标定传感器在光栅尺上进行移动代替了传统方法中采用深度卡尺人为按压传感器的点标定方式，不仅可以保证传感器标定过程中的同轴度性，并且避免了在点标定过程中由于手持传感器不稳导致的传感器输出信号小幅度波动问题。在很大程度上减少了传感器标定过程中所产生的人员误差，提高了标定精度。

(2)提高了标定装置适用性

基于传统的深度尺标定方案仅能对顶杆式位移传感器进行标定的单一缺陷性，且在实际试验应用过程中所需位移传感器种类的多样性，传统的标定手段已经不能满足现有的标定要求。本实用新型所提出的位移标定装置在基于顶杆式位移传感器标定的基础上，同时也可对现有试验中所需用到的拉线式位移传感器进行标定工作，对激光位移传感器进行现场校核。

(3)可实现多点标定

基于深度尺数量以及标定效率和标定精度的综合考虑，现有的标定方案在标定的过程中往往采用两点标定方案。本实用新型所设计的基于光栅尺的标定方案则可在不降低标定速率的情况下进行多点标定工作，原因在于光栅尺配备有一台数显装置，利用该装置可以对光栅尺进行任意位置读数清零，并在光栅尺移动的过程中实时显示出光栅尺该时刻相对于清零点的位移变化量。故而可快速实现传感器的多点标定工作，并且对不同量程的传感器也能根据待标定了量程随时改变标定基准点的具体位置，这样也能使位移传感器标定工作在基本不影响效率的情况下进一步提高标定精度。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1基于深度尺的两点标定法流程图；

图2位移标定装置三维结构图；

其中：1、丝杠；2、直线滑轨；3、滑块；4、磁力表座；5、光栅尺；6、挡板；7、手摇轴承；

图3位移传感器固定压板；

图4位移传感器固定螺栓；

图5基于光栅尺的位移传感器标定流程图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

本实施例中的基于光栅尺的位移传感器标定装置如图2所示，包括基座、光栅尺、直线滑轨、滑块、磁力表座、丝杠、手摇轴承和固定压板。

所述基座为光栅尺、直线滑轨和丝杠的安装载体，其中光栅尺安装在基座的一侧，直线滑轨两端固定在基座两端的凸台上，且直线滑轨平行于所述光栅尺；丝杠也安装在基座两端的凸台上，且也与所述光栅尺平行，丝杠一端伸出基座一端的凸台，并与手摇轴承连接，通过手摇轴承能够带动丝杠转动。

所述滑块安装在直线滑轨和丝杠上，丝杠转动时能够带动滑块在直线滑轨上移动；所述滑块与光栅尺的表头固定连接，能够带动光栅尺的表头同步移动，通过仪表可以读取移动的位移值。所述直线滑轨和丝杠靠近端部位置还安装有挡板，用于提供位移传感器标定的初始位置。

所述滑块上固定安装有磁力表座，所述磁力表座上表面采用V型槽用于放置待标定位移传感器，V型槽方向平行于光栅尺。

本实施例中将光栅尺应用于标定装置中，既方便标定人员在标定过程中读取数值，又为后期软件系统的设计开发预留了通讯接口；采用手摇轴承替代了传统人工按压，避免了人工手持按压所带来的传感器抖动及同轴度难以保证的人员误差；将磁力表座应用于传感器与滑块的固定连接处，大大提高了标定过程中传感器更换效率的同时也兼顾了同一传感器进动过程中夹持的稳定性。本实施例中，磁力表座购买哈量CZ-6A型磁力表座；光栅尺购买信合KA300/500MM/5UM/T TL/3M型光栅尺。

根据各类位移传感器尺寸，本实施例中设计了专用于该标定装置的位移传感器固定压板，如图3所示，所述固定压板为底部具有V型槽的平板结构，用于与磁力表座配合，通过上下两面的V型槽固定待标定位移传感器，相较于平面夹持方式可同时满足圆型与方型两种外形传感器的紧固加持；在固定压板的V型槽两侧开有连接孔，用于通过螺栓将固定压板安装在滑块上，连接孔为条形孔，条形孔的长度方向垂直于固定压板的V型槽开槽方向。

在前期滑块加工过程中，滑块上表面安装磁力表座位置两侧预留有深度为5mm的M6*1的螺纹安装孔，用于与安装固定压板的螺栓配合将固定压板安装在滑块上；所述螺栓底部为5mm长的M6*1的螺纹段，螺纹段上部为30mm长的直径为14mm的圆柱段，且该圆柱段沿轴向两侧切有的平面，可以不借助任何辅助工具完成传感器固定螺栓与滑块的紧固安装，圆柱段上部为200mm长的M10*1.5螺纹段，可同时满足大、中、小各种尺寸的传感器夹持需求。

该位移传感器标定装置的具体操作步骤如图5所示(以顶杆应变位移传感器为例)：首先将位移传感器通过固定压板及磁力表座固定在滑块上，保证传感器测量方向与光栅尺平行；转动手摇轴承带动传感器顶在标定装置一端的挡板上；开启光栅尺并在当前位置清零并在采集系统中记录此时的零位电压；摇动手摇轴承分别使光栅尺移动至10mm、20mm、30mm、……处，同时重设采集系统中每一个位置所对应的电压值；采集系统根据各个标定点的输出电压计算出位移传感器的转换系数；反向摇动轴承将各标定点处采集系统的输出位移与光栅尺的表显位移进行比较，若在误差允许的范围内，则表明标定成功，反之则进行重复标定，直至采集系统输出位移与光栅尺表显位移在误差允许的范围之内。

而对于拉线式位移传感器，通过磁力表座固定拉线式位移传感器，在挡板上通过磁铁固定传感器的拉线端，转动手摇轴承推动滑块向后移动，确定其输出信号(4～20mA或1～10V)对应的实际的拉线长度，通过端点法进行标定，通过最小二乘法进行系数标定。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (5)

1.一种基于光栅尺的位移传感器标定装置，其特征在于：包括基座、光栅尺、直线滑轨、滑块、磁力表座、丝杠、手摇轴承和固定压板；

所述基座为光栅尺、直线滑轨和丝杠的安装载体，其中光栅尺安装在基座的一侧，直线滑轨两端固定在基座两端的凸台上，且直线滑轨平行于所述光栅尺；丝杠也安装在基座两端的凸台上，且也与所述光栅尺平行，丝杠一端伸出基座一端的凸台，并与手摇轴承连接，通过手摇轴承能够带动丝杠转动；

所述滑块安装在直线滑轨和丝杠上，丝杠转动时能够带动滑块在直线滑轨上移动；所述滑块与光栅尺的表头固定连接，能够带动光栅尺的表头同步移动；

所述滑块上固定安装有磁力表座，所述磁力表座上表面采用V型槽用于放置待标定位移传感器，V型槽方向平行于光栅尺；

所述固定压板为底部具有V型槽的平板结构，用于与磁力表座配合，通过上下两面的V型槽固定待标定位移传感器；在固定压板的V型槽两侧开有连接孔，用于通过螺栓将固定压板安装在滑块上。

2.根据权利要求1所述一种基于光栅尺的位移传感器标定装置，其特征在于：所述直线滑轨和丝杠靠近端部位置还安装有挡板，用于提供位移传感器标定的初始位置。

3.根据权利要求1所述一种基于光栅尺的位移传感器标定装置，其特征在于：所述固定压板上的连接孔为条形孔，条形孔的长度方向垂直于固定压板的V型槽开槽方向。

4.根据权利要求1所述一种基于光栅尺的位移传感器标定装置，其特征在于：所述滑块上表面安装磁力表座位置两侧预留有深度为5mm的M6*1的螺纹安装孔，用于与安装固定压板的螺栓配合将固定压板安装在滑块上。

5.根据权利要求4所述一种基于光栅尺的位移传感器标定装置，其特征在于：所述螺栓底部为5mm长的M6*1的螺纹段，螺纹段上部为30mm长的直径为14mm的圆柱段，且该圆柱段沿轴向两侧切有的平面，圆柱段上部为200mm长的M10*1.5螺纹段。

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