CN219675350U - 一种标定装置及其控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种标定装置及其控制系统，所述标定装置用于标定MEMS光纤压力传感器，包括：控制单元、传感器单元、下压机构和治具平台；下压机构与控制单元连接，并在控制单元的驱动下向靠近治具平台的方向运动或向远离治具平台的方向运动；所述的MEMS光纤压力传感器通过安装治具固定于所述的治具平台，并接收下压机构传递的压力载荷；所述的传感器单元包括压力监测传感器，所述的压力监测传感器的测量精度高于所述的MEMS光纤压力传感器的测量精度；所述的安装治具可拆卸的安装于所述的治具平台。所述标定装置能够实时、准确地测量施加在待测量的传感器上的压力载荷，并且能够精确标定待测量压力传感器的测量精度；且增大了标定装置的标定范围。

Description

一种标定装置及其控制系统

技术领域

本实用新型涉及测量装置标定技术领域，具体涉及一种标定装置及其控制系统。

背景技术

轨道交通譬如高速铁路及城市地铁已经成为人们出行的主要交通工具，人群密集型出行为轨道交通行业的运营安全带去严重的挑战，其中，良好的接触网和受电弓之间的受流关系是重中之重。接触网和受电弓之间的压力过大会出现弓拉断网或网撞飞弓的事故，而压力过小则会出现受电弓受流不良及弓网间的拉弧等现象，因此，在列车行进过程中，受电弓和接触网之间必须存在合理的接触力，受电弓才能安全地把电流从接触网引入车体内的牵引变流系统中，从而为列车提供持续有效的动力。因此，采用合适的压力测量装置监测接触力显得尤为重要。实践中，随着轨道交通行业中越来越多地引入安装MEMS光纤压力传感器，不同的受电弓类型需要设计不同的传感器结构适配。然而，对于传感器标定的装置，现有技术中只有单一的拉伸试验机，难以满足多元化外形的MEMS光纤压力传感器的标定需求。再者，现有技术中也缺乏能够满足MEMS光纤压力传感器高精度标定要求的装置。

实用新型内容

为了克服相关技术中诸多问题中的至少一者，本实用新型提供了一种标定装置。

所述标定装置用于标定MEMS光纤压力传感器，包括：控制单元、传感器单元、下压机构和治具平台；

所述的下压机构与控制单元连接，并在控制单元的驱动下向靠近治具平台的方向运动或向远离治具平台的方向运动；

所述的MEMS光纤压力传感器通过安装治具固定于所述的治具平台，并接收下压机构传递的压力载荷；

所述的传感器单元包括压力监测传感器，所述的压力监测传感器的测量精度高于所述的MEMS光纤压力传感器的测量精度；

所述的安装治具可拆卸的安装于所述的治具平台。

可选的一个实施例中，所述的控制单元包括驱动机构和安装固定座；

所述的下压机构与所述的驱动机构连接，所述的驱动机构固定在所述的安装固定座上。

可选的一个实施例中，所述的驱动机构包括滚珠丝杠、步进电机和滑轨；

所述的滚珠丝杠、步进电机和滑轨均设置在所述的安装固定座上，所述的步进电机驱动所述的滚珠丝杠转动以带动所述的下压机构沿着所述滑轨滑动。

可选的一个实施例中，所述的传感器单元还包括限位传感器，所述的限位传感器分别设置在所述滑轨的两端以限制下压机构的行程。

可选的一个实施例中，所述的下压机构包括标定连接头、光轴、弹簧、安装块和直线导轨；其中，

所述的标定连接头、压力监测传感器和光轴顺次连接，光轴贯穿所述弹簧后与安装块连接，所述的安装块固定在直线导轨的一端，所述的弹簧的一端抵靠在驱动机构上以将驱动机构的压力载荷传递至标定连接头。

可选的一个实施例中，所述的下压机构还包括直线轴承和连接块；其中，

所述的直线轴承安装在驱动机构上并与直线导轨配合工作，所述的连接块一端与压力监测传感器连接，连接块的另一端与直线导轨固定连接。

可选的一个实施例中，所述的安装治具至少包括膜盒治具和板簧治具。

可选的一个实施例中，所述的安装治具上设置有MEMS光纤压力传感器安装位，以及与治具平台连接的安装位。

本实用新型还提供了一种标定装置控制系统，所述控制系统用于控制前文描述的任一所述的标定装置；

测量状态下，所述的步进电机用于控制下压机构向靠近治具平台的方向运动，并压缩所述的弹簧，在达到设定目标压力时所述步进电机停止运动以采集MEMS光纤压力传感器和压力监测传感器的压力数据。

可选的一个实施例中，所述的目标压力包括多个，所述的控制系统依次测量多个所述的目标压力下的MEMS光纤压力传感器和压力监测传感器的压力数据。

本实用新型的技术方案具有如下优点或有益效果：

(1)传感器单元包括压力监测传感器，所述的压力监测传感器的测量精度高于所述的MEMS光纤压力传感器的测量精度；能够实时的、准确的测量施加在待测量的传感器上的压力载荷，并且能够精确标定待测量压力传感器的测量精度。所述的MEMS光纤压力传感器通过安装治具固定于所述的治具平台，所述的安装治具可拆卸的安装于所述的治具平台；从而使得操作人员可以根据待测量的压力传感器的类型选择合适的安装治具并安装在治具平台上，从而增大了标定装置的标定范围，使得各类MEMS光纤压力传感器均可以在本公开的标定装置上得到标定。

(2)通过利用滚珠丝杠、步进电机和滑轨等结构，使得本公开的下压机构运动的更平稳，避免了压力波动等问题。同时，步进电机能够精确调整施加在待测量传感器上的载荷，提高了载荷的施加精度和标定精度。压力监测传感器作为传递载荷的一部分，并且位于最靠近被标定传感器的前端，可以减少零件自身重量引起的载荷误差，能够实时精确监测作用在MEMS光纤传感器上的压力载荷。

(3)所述的传感器单元还包括限位传感器，所述的限位传感器分别设置在所述滑轨的两端以限制下压机构的行程。上述设置增加了标定装置的运行安全性。

附图说明

附图用于更好地理解本实用新型，不构成对本实用新型的不当限定。其中：

图1是根据本实用新型实施例的压力传感器标定装置的轴测示意图；

图2是根据本实用新型实施例的压力传感器标定装置的侧视示意图；

图3是根据本实用新型实施例的下压机构的示意图；

图4是根据本实用新型实施例的膜盒治具示意图；

图5是根据本实用新型实施例的另一种膜盒治具示意图；

图6是根据本实用新型实施例的立式板簧治具示意图；

图7是根据本实用新型实施例的卧式板簧治具示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的示范性实施例做出说明，其中包括本实用新型实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本实用新型的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

光学MEMS传感器技术近些年发展逐渐成熟的技术，其融合了光学技术与MEMS(微机电)技术，使传统光学传感提升到参数可调的“动态微光传感”技术，运用该技术的传感器具有体积小、质量轻、高灵敏度、测量精度高、动态响应以及无源抗电磁干扰等特点。实际使用中，如何准确的标定此类传感设备是其实现高精度测量的前提。现有技术中缺乏对此类传感器的标定设备，尤其缺乏对MEMS光纤压力传感器的标定设备。产生这种现象的原因包括多种，其中一个主要原因是MEMS光纤压力传感器的形态多样，且灵敏度、测量进度高，拉伸试验机难以满足标定要求。

为了解决上述问题中的至少一项，本公开提供了一种标定装置。具体的，如图1所示的标定装置，其可以用于标定MEMS光纤压力传感器。所述的标定装置主体上包括：控制单元、传感器单元、下压机构101和治具平台103。当然，为了提高人机接口的人性化，所述的标定装置可以进一步在底座上集成有显示模块104、控制按钮105和指示灯等。所述的显示模块可以用于显示测量参数的输入值，以及各个传感元件的测量值，甚至标定装置的工作状态等。所述的显示模块104要与控制芯片电连接以显示控制芯片的输出量；进一步的所述的控制芯片与标定设备中的各种传感元件电连接以接收其测量数据并进行相应的数据处理。相应的，所述的标定设备的底座可以通过钣金护罩102将各种元器件封装起来以提高标定设备的美观性和安全性。

如图1和2所示，所述的下压机构101与控制单元连接，并在控制单元的驱动下向靠近治具平台的方向运动或向远离治具平台的方向运动。一个实施例中，所述的下压机构101布置成可沿着标定装置的纵向移动，所述的治具平台103设置在标定装置的底部并用于承载待标定的MEMS光纤压力传感器。测量时，控制单元可以驱动下压机构101沿着竖直方向向下运动以将压力载荷施加在MEMS光纤压力传感器上，或向上运动以解除MEMS光纤压力传感器上的压力载荷。如前文所述，MEMS光纤压力传感器具有多种形态，为此需要提供必要的接口以将各种类型的MEMS光纤压力传感器均能安装在治具平台103上。为此，本公开中的MEMS光纤压力传感器通过安装治具固定于所述的治具平台103上，并接收下压机构传递的压力载荷。相应的所述的安装治具具有多种型号，每一种型号能够适配一种类型的MEMS光纤压力传感器。需要说明的是，所述的安装治具可拆卸的安装于所述的治具平台，从而能够根据需要将合适型号的安装治具装于治具平台103上。进一步的，所述的传感器单元包括压力监测传感器205，所述的压力监测传感器的测量精度高于所述的MEMS光纤压力传感器的测量精度。所述的压力监测传感器205用于监测施加在MEMS光纤压力传感器的压力载荷，由于其测量精度高度MEMS光纤压力传感器，因此能够准确标定出MEMS光纤压力传感器的精度。

可选的一个实施例中，所述的控制单元包括驱动机构和安装固定座；所述的下压机构与所述的驱动机构连接，所述的驱动机构固定在所述的安装固定座上。如图1和2所示，所述的驱动机构可包括L形结构的板件以与下压机构101连接。所述的驱动机构安装在所述的安装固定座上并可控制L形结构的板件上下移动，从而控制下压机构101沿着竖直方向向上运动或者向下运动。

可选的一个实施例中，所述的驱动机构包括滚珠丝杠、步进电机和滑轨；所述的滚珠丝杠、步进电机和滑轨均设置在所述的安装固定座上，所述的步进电机驱动所述的滚珠丝杠转动以带动所述的下压机构沿着所述滑轨滑动。如图1和2所示的实施例中，所述控制单元包含滚珠丝杠、步进电机、联轴器、轴承、电源、控制按钮等部件。所述滚珠丝杠固定在所述安装固定座上，滚珠丝杠的一端与所述轴承通过嵌入丝杠固定座实现固定；另一端通过联轴器与所述步进电机连接，所述步进电机固定在所述安装固定座上。所述步进电机与所述电源通过所述控制按钮105连接。通过控制按钮105可以逐步控制步进电机运转，进而步进式地控制施加在MEMS光纤压力传感器上的压力载荷。所述的滑轨201设置在安装固定座上以为下压机构101的运动提供导向作用，提高系统运行的平稳性。进一步的，所述的滑轨201可以设置为多根，例如为2根，且2根滑轨分别设置在安装固定座的左右两侧，以为下压机构101的运动提供双向的导向作用。

可选的一个实施例中，所述的传感器单元还包括限位传感器，所述的限位传感器分别设置在所述滑轨的两端以限制下压机构的行程。限位传感器203安装在滑轨201上，用于限制下压机构行程，防止使用时超限导致故障停机。所述的限位传感器203至少设置有2个，且分别设置在同一滑轨201的两端。如图2所示的实施例中，所述的控制单元中还包括固定块202，所述的滑轨201通过固定块202安装在所述的安装固定座上。进一步的，所述的标定系统还集成有显示模块104，诸如显示器。所述压力监测传感器205安装在所述下压机构101上，所述的压力监测传感器用于监测下压机构101下压时施加到被标定传感器上的压力，所述的压力监测传感器的测量数值可以实时的显示在显示模块104上。进一步的，限位传感器与步进电机配合，用于限制下压机构在垂直方向上运动的行程，当所述的限位传感器监测到所述的下压机构运动到行程阈值时，所述的步进电机停止工作。

可选的一个实施例中，所述的下压机构包括标定连接头307、光轴305、弹簧303、安装块306和直线导轨302；其中，所述的标定连接头307、压力监测传感器205和光轴305顺次连接，光轴贯穿所述弹簧303后与安装块306连接，所述的安装块306固定在直线导轨302的一端，所述的弹簧303的一端抵靠在驱动机构上以将驱动机构的压力载荷传递至标定连接头307。

可选的一个实施例中，所述的下压机构还包括直线轴承301和连接块304；其中，所述的直线轴承301安装在驱动机构上并与直线导轨302配合工作，所述的连接块304一端与压力监测传感器205连接，连接块的另一端与直线导轨302固定连接。工作时，所述的驱动机构竖直向下运动时将压缩弹簧303，且沿着直线导轨302向下滑动，同时弹簧的另一端因抵靠在连接块304上将推动连接块304、直线导轨302以及安装块306向下运动，进而将载荷通过安装块306、光轴305、压力监测传感器205作用在被标定的压力传感器上，压力监测传感器205作为传递载荷的一部分，并且位于最靠近被标定传感器的前端，可以减少零件自身重量引起的载荷误差，能够实时精确监测作用在MEMS光纤传感器上的压力载荷。

可选的一个实施例中，所述的安装治具至少包括膜盒治具和板簧治具。如图4-7所示的实施中，所述的安装治具包括膜盒治具和板簧治具两大类，所述的膜盒治具和板簧治具各自可进一步包括子类别。具体的子类别可根据实际需要进行设计。

可选的一个实施例中，所述的安装治具上设置有MEMS光纤压力传感器安装位，以及与治具平台连接的安装位。一个实施例中，所述的安装治具不仅要提供MEMS光纤压力传感器的安装位同时也要提供与治具平台的安装位。进一步的，所述的MEMS光纤压力传感器安装位需要与具体的MEMS光纤压力传感器相匹配，而治具平台安装位结构要统一以便与同一的治具平台进行安装。

进一步的，本公开还进一步提供了一种标定装置控制系统，所述控制系统用于控制前文描述的任一所述的标定装置。具体的，在测量状态下，所述的步进电机用于控制下压机构向靠近治具平台的方向运动，并压缩所述的弹簧，在达到设定目标压力时所述步进电机停止运动以采集MEMS光纤压力传感器和压力监测传感器的压力数据。示例性的，所述的步进电机为57系列，可带刹车功能，所述的滚珠丝杠的行程为80mm。测量时，步进电机驱动丝杆转动，带动丝杆螺母竖直向下运动。下压机构向下运动，接触到被测传感器，随着接触力的产生，待测的压力传感器和压力监测传感器开始有一定读数。步进电机继续运动以进一步压缩弹簧，逐渐增大作用在待测的MEMS光纤压力传感器的压力值。其中，一个实施例中，弹簧总长65mm，最大压缩量为50％，达到最大压缩量时压力约为220N。当接触压力达到一定值时(例如20N)，步进电机停止下压，上位机采集压力监测传感器数值和被测传感器数值。采集完成后，继续下压，直至压力传感器达到下一个测试数值(例如60N)。

可选的一个实施例中，所述的目标压力包括多个，所述的控制系统依次测量多个所述的目标压力下的MEMS光纤压力传感器和压力监测传感器的压力数据。实践中，压力传感器具有一定的测量量程，因此需要全量程的标注其其测量精度。并且，目标压力的数据越多，标定的精度越高。

上述具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限制。本领域技术人员在考虑说明书及实践本申请公开的技术方案后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种标定装置，所述标定装置用于标定MEMS光纤压力传感器，包括：控制单元、传感器单元、下压机构和治具平台；其特征在于：

所述的下压机构与控制单元连接，并在控制单元的驱动下向靠近治具平台的方向运动或向远离治具平台的方向运动；

所述的MEMS光纤压力传感器通过安装治具固定于所述的治具平台，并接收下压机构传递的压力载荷；

所述的传感器单元包括压力监测传感器，所述的压力监测传感器的测量精度高于所述的MEMS光纤压力传感器的测量精度；

所述的安装治具可拆卸的安装于所述的治具平台。

2.根据权利要求1所述的标定装置，其特征在于，

所述的控制单元包括驱动机构和安装固定座；

所述的下压机构与所述的驱动机构连接，所述的驱动机构固定在所述的安装固定座上。

3.根据权利要求2所述的标定装置，其特征在于，

所述的驱动机构包括滚珠丝杠、步进电机和滑轨；

所述的滚珠丝杠、步进电机和滑轨均设置在所述的安装固定座上，所述的步进电机驱动所述的滚珠丝杠转动以带动所述的下压机构沿着所述滑轨滑动。

4.根据权利要求3所述的标定装置，其特征在于，

所述的传感器单元还包括限位传感器，所述的限位传感器分别设置在所述滑轨的两端以限制下压机构的行程。

5.根据权利要求4所述的标定装置，其特征在于，

所述的下压机构包括标定连接头、光轴、弹簧、安装块和直线导轨；其中，

所述的标定连接头、压力监测传感器和光轴顺次连接，光轴贯穿所述弹簧后与安装块连接，所述的安装块固定在直线导轨的一端，所述的弹簧的一端抵靠在驱动机构上以将驱动机构的压力载荷传递至标定连接头。

6.根据权利要求5所述的标定装置，其特征在于，

所述的下压机构还包括直线轴承和连接块；其中，

所述的直线轴承安装在驱动机构上并与直线导轨配合工作，所述的连接块一端与压力监测传感器连接，连接块的另一端与直线导轨固定连接。

7.根据权利要求1-6任一所述的标定装置，其特征在于，

所述的安装治具至少包括膜盒治具和板簧治具。

8.根据权利要求7所述的标定装置，其特征在于，

所述的安装治具上设置有MEMS光纤压力传感器安装位，以及与治具平台连接的安装位。

9.一种标定装置控制系统，所述控制系统用于控制权利要求6-8中任一所述的标定装置；其特征在于：

测量状态下，所述的步进电机用于控制下压机构向靠近治具平台的方向运动，并压缩所述的弹簧，在达到设定目标压力时所述步进电机停止运动以采集MEMS光纤压力传感器和压力监测传感器的压力数据。

10.根据权利要求9所述的控制系统，其特征在于，

所述的目标压力包括多个，所述的控制系统依次测量多个所述的目标压力下的MEMS光纤压力传感器和压力监测传感器的压力数据。