直线位移传感器的早期故障排除试验装置的制作方法

本发明属于故障检测技术领域，具体涉及一种基于行程可调的曲柄滑块机构的直线位移传感器的早期故障排除试验装置。

背景技术：

直线位移传感器是一种非常重要的位移测量传感器，它综合光学、机械和电子领域的技术于一体，在雷达、机器人、数控机床等诸多领域应用广泛。随着直线位移传感器应用范围的变广和应用领域的增多，对其精度和可靠性提出的要求也越来越高。直线位移传感器的实际使用环境较为恶劣。往往承受着诸如温度、湿度、振动、电磁干扰等诸多环境应力的影响，加上自身制造装配中存在的缺陷，很容易出现各种故障。直线位移传感器一旦出现故障，对于整机的运行有着不可预测的影响，这种影响甚至可能是灾难性的。因此，对直线位移传感器进行早期故障排除试验，以提高其可靠性对于社会有着重要的意义。

目前，可对直线位移传感器进行早期故障排除试验的装置和试验技术较少。只有少部分企业有对直线位移传感器进行出厂检验的相关装置。对于专门施加应力以激发其早期故障的试验装置尚数空白。不能对直线位移传感器的早期故障进行检查排除。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种直线位移传感器的早期故障排除试验装置，解决现有技术存在的不能对直线位移传感器进行早期故障检查的问题，通过对直线位移传感器施加温度、湿度、振动和电磁干扰环境应力激发直线位移传感器早期故障，进而对直线位移传感器进行检测试验。

为实现上述目的，本发明的直线位移传感器的早期故障排除试验装置包括：

故障激发装置，所述故障激发装置包括温湿度试验箱、振动台和变频控制器，所述温湿度试验箱通过中间设置的隔板分为上下两个区域，所述振动台位于所述温湿度试验箱下层，上端面穿过所述隔板伸入到上层，所述变频控制器固定在所述温湿度试验箱上端面，分别通过温湿度箱控制系统和振动台控制系统控制温湿度试验箱和振动台；

位于温湿度试验箱上层并固定在振动台上端面的共环境安装台，所述共环境安装台包括2n个并排设置结构相同的共环境子单元，每个所述共环境子单元包括相对滑动配合的上滑板和下滑板，两个直线位移传感器沿上滑板长度方向平行设置在上滑板上端面，每个直线位移传感器上方对应位置设置有一个直线位移传感器读数头，所述直线位移传感器读数头固定在读数头定位板上，所述读数头定位板和所述下滑板的侧壁固定，所述下滑板固定在所述振动台的上端面；

设置在地面上的外置试验台；

设置在外置试验台上并和所述共环境安装台连接的驱动及行程调节装置，所述驱动及行程调节装置包括n个并排设置结构相同的驱动及行程调节子单元，每个所述驱动及行程调节子单元包括固定在外置试验台上端面的主支架台、运动传动机构、曲柄滑块机构、运动检测机构和推杆；所述主支架台沿长度方向设置两个平行的第二导轨，所述运动传动机构同时驱动两组曲柄滑块机构中的第二滑块沿两个第二导轨往复运动，每组曲柄滑块机构通过一个推杆和一个共环境子单元的上滑板长度方向的一端固定连接，一个所述运动检测机构采集一个曲柄滑块机构的第二滑块往复的次数和运动的距离；n个驱动及行程调节子单元的运动驱动机构的动力输入端通过弹性联轴器依次连接，并通过伺服电机驱动运动，伺服电机与变频控制器连接；

以及控制系统，所述控制系统分别与直线位移传感器读数头、运动检测机构和变频控制器连接。

所述上滑板和下滑板滑动配合具体为：所述下滑板上端面沿长度方向设置有两个平行的第一导轨，每个第一导轨和一个第一滑块滑动配合，所述第一滑块上端面和上滑板的下端面固定连接。

所述两个直线位移传感器沿上滑板长度方向平行设置在上滑板上端面具体为：所述上滑板上端面沿长度方向设置有两个定位槽，每个定位槽内设置有两个滑动限位块，所述滑动限位块和所述定位槽滑动配合，并通过顶紧螺栓固定，直线位移传感器设置在定位槽内，两端通过滑动限位块限位。

所述运动传动机构包括：

大驱动轮，所述大驱动轮和后轴通过键连接，所述后轴和后座通过轴承连接，所述后座固定在主支架台上；

和所述大驱动轮通过皮带连接的中转轮，所述中转轮和前轴通过键连接，所述前轴和所述前座通过轴承连接，所述前座固定在主支架台上；

以及和前轴两端过盈连接的两个小驱动轮，每个小驱动轮和一个曲柄滑块机构的曲柄连接；

n个驱动及行程调节子单元中的运动传动机构的后轴通过弹性联轴器依次连接，位于一侧的后轴通过弹性联轴器和伺服电机连接。

所述曲柄滑块机构包括：

固定臂，所述固定臂沿长度方向开有长槽，所述固定臂一端套在运动传动机构的前轴端部，并通过螺钉固定在小驱动轮上，所述前轴的端部和轴端限位块连接；

一端和所述固定臂的长槽滑动配合的伸缩臂，所述伸缩臂一端设置有垂直自身轴线的通孔，带有长轴的正锁紧盘穿过固定臂的长槽和副锁紧盘螺纹连接，夹紧或松开固定臂，所述正锁紧盘的长轴穿过伸缩臂端部的通孔和限位螺母螺纹连接，所述伸缩臂端部的通孔和所述正锁紧盘的长轴转动配合；

和所述伸缩臂另一端滑动配合的前臂，所述前臂为中空结构，侧壁相对位置长度方向开有两个槽口，所述伸缩臂深入到前臂中，双耳带有螺纹的双耳锁紧套和伸缩臂深入到前壁的一端焊接，双耳锁紧套的双耳从前臂的两侧槽口伸出，并分别和一个锁紧轮螺纹连接，实现伸缩臂和前臂相对位置的锁紧或松开；

和所述前臂另一端通过铰链连接的反射靶支架，所述反射靶支架和所述推杆的一端固定连接；

以及与所述反射靶支架固定连接的第二滑块，所述第二滑块和主支架台上的第二导轨滑动配合。

所述运动检测机构包括：

固定在反射靶支架上的反射靶，所述反射板和运动方向垂直；

安装在主支架台上的激光测距仪，所述激光测距仪的测量头和所述反射靶相对，所述激光测距仪和控制系统电连接；

以及安装在主支架台前端的往复计数器，推杆穿过所述往复计数器的测量端口，所述往复计数器和所述控制系统电连接。

所述n的取值为4。

每个推杆上设置有一个减震器。

所述温湿度试验箱上层通过封闭门封闭。

所述振动台上端面与温湿度试验箱中的隔板之间用隔温材料密封。

本发明的工作原理为：打开电源，启动温湿度试验箱与振动台，温湿度箱控制系统与振动台控制系统处于待命令状态，设置需要加载的环境应力条件，打开伺服电机及变频控制器，设置合适的转速参数后，进行早期故障排除试验，伺服电机的动力通过后轴及轴承传递给每个驱动及行程调节子单元，大驱动轮通过皮带将动力传递给中转轮，中转轮通过前轴将动力转递给小驱动轮。固定臂，伸缩臂与前臂组成的曲柄滑块机构将小驱动轮的转动运动转换成推杆的往复运动，推杆带动共环境安装台上滑板的运动，从而带动直线位移传感器尺身的往复运动。往复运动过程中实时测量反射靶相对激光测距仪的相对位置作为对应的直线位移传感器相对运动的标定值，通过往复计数器测量往复运动次数。

本发明的有益效果为：

1、本发明的直线位移传感器的早期故障排除试验装置能实现对不同长度直线位移传感器的同步试验，所设计的驱动及行程调节装置可根据受试直线位移传感器的实际长度，调节曲柄滑块机构的臂长，以满足相应长度直线位移传感器的试验行程。本发明共设计四个独立的驱动及行程调节子单元，每个驱动及行程调节子单元可同时对两个不同长度的直线位移传感器进行试验。一次安装可同时试验十六个不同长度的直线位移传感器，试验效率高；

2、本发明充分考虑装置的设计可靠性，将驱动装置和故障激发装置分开，主试验台置于温湿度箱外，避免施加于直线位移传感器上的环境应力误作用于主试验台上，提高装置使用寿命。所设计的共环境安装台专用于在温湿度与振动环境下安装固定受试直线位移传感器。

3、本发明设计充分考虑维修可达性，采用模块化设计，四个驱动及行程调节子单元独立运行，每个驱动及行程调节子单元带动两个直线位移传感器运行。如果有某个驱动及行程调节子单元遇故障受损，可以单独拆开维修，不影响其他驱动及行程调节子单元的运行试验。

4、本发明使用精度更高的激光位移传感器作为直线位移传感器位移的标定值，对比直线位移传感器的输出值，来分析判断直线位移传感器有无故障。安装的往复计数传感器可记录直线位移传感器读数头的往复次数，细化了测试数据，为后期的数据分析处理提供基础。

5、本发明所使用高性能的温湿度试验箱和振动台作为故障激发源，对受试直线位移传感器施加多维度的环境应力。变频器作为电磁干扰设备，模拟了实际使用时的复杂工况。单纯的机械式曲柄滑块机构可靠性更高，提高了试验台自身的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的直线位移传感器的早期故障排除试验装置隐藏封闭门时轴测图；

图2为本发明的直线位移传感器的早期故障排除试验装置轴测图；

图3为本发明的直线位移传感器的早期故障排除试验装置中故障激发装置结构示意图；

图4为本发明的直线位移传感器的早期故障排除试验装置中驱动及行程调节装置和共环境安装台整体结构示意图；

图5为本发明的直线位移传感器的早期故障排除试验装置中共环境子单元结构示意图；

图6为本发明的直线位移传感器的早期故障排除试验装置中驱动及行程调节子单元结构示意图；

图7为本发明的直线位移传感器的早期故障排除试验装置中驱动及行程调节子单元部分爆炸图；

其中：1、温湿度试验箱，2、振动台，3、温湿度箱控制系统，4、振动台控制系统，5、变频控制器，6、外置试验台，7、驱动及行程调节装置，8、共环境安装台，9、伺服电机，10、减震器，11、主支架台，12、激光测距仪，13、往复计数器，14、推杆，15、第二导轨，16、反射靶，17、反射靶支架，18、铰链，19、第二滑块，20、前臂，21、锁紧轮，22、伸缩臂，23、限位螺母，24、副锁紧盘，25、固定臂，26、正锁紧盘，27、轴端限位块，28、螺钉，29、小驱动轮，30、中转轮，31、前座，32、皮带，33、大驱动轮，34、上滑板，35、滑动限位块，36、直线位移传感器，37、直线位移传感器读数头，38、读数头定位板，39、第一导轨，40、下滑板，41、第一滑块，42、后座，43、后轴，44、双耳锁紧套，45、前轴，46、弹性联轴器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

参见附图1-附图4，本发明的直线位移传感器的早期故障排除试验装置包括：

故障激发装置，所述故障激发装置包括温湿度试验箱1、振动台2和变频控制器5，所述温湿度试验箱1通过中间设置的隔板分为上下两个区域，所述振动台2位于所述温湿度试验箱1下层，上端面穿过所述隔板伸入到上层，所述变频控制器5固定在所述温湿度试验箱1上端面，分别通过温湿度箱控制系统3和振动台控制系统4控制温湿度试验箱1和振动台2；所述温湿度试验箱1上层通过封闭门封闭；所述振动台2上端面与温湿度试验箱1中的隔板之间用隔温材料密封；所述的温湿度试验箱1采用thv-600-a高低温湿热综合试验箱，温湿度试验箱1内的隔板上设有通孔，通孔直径大于振动台2上端面。试验箱下层用于放置振动台2，上层用于放置共环境安装台8，上层工作容积为0.6m³，温度调节范围为-40度～150度，湿度调节范围为20％～98％rh，温湿度试验箱1通过温度、湿度、温度变化、湿度变化激发直线位移传感器36的各类故障；所述的振动台2采用dc-600-6电动振动台2，振动台2的额定正弦推力为6kn，最大加速度为980m/s2，最大载荷为200kg。振动台2用于激发因振动引起的直线位移传感器36各类故障；所述的变频控制器5即伺服电机9的变频器，主要有两方面的功能。其一是作为电机的速度控制装置，另一方面，作为直线位移传感器36的电磁干扰装置对受试直线位移传感器36施加电磁干扰应力；

位于温湿度试验箱1上层并固定在振动台2上端面的共环境安装台8，所述共环境安装台8包括八个并排设置结构相同的共环境子单元，每个所述共环境子单元包括相对滑动配合的上滑板34和下滑板40，两个直线位移传感器36沿上滑板34长度方向平行设置在上滑板34上端面，每个直线位移传感器36上方对应位置设置有一个直线位移传感器读数头37，所述直线位移传感器读数头37固定在读数头定位板38上，所述读数头定位板38和所述下滑板40的侧壁固定，所述下滑板40上设置有安装孔，所述振动台2上端面也设置有安装孔，螺栓穿过所述下滑板40和振动台2的安装孔将下滑板40固定在所述振动台2的上端面；

设置在地面上的外置试验台6；

设置在外置试验台6上并和所述共环境安装台8连接的驱动及行程调节装置7，所述驱动及行程调节装置7包括四个并排设置结构相同的驱动及行程调节子单元，每个所述驱动及行程调节子单元包括固定在外置试验台6上端面的主支架台11、运动传动机构、曲柄滑块机构、运动检测机构和推杆14；所述主支架台11沿长度方向设置两个平行的第二导轨15，所述运动传动机构同时驱动两组曲柄滑块机构中的第二滑块19沿两个第二导轨15往复运动，每组曲柄滑块机构通过一个推杆14和一个共环境子单元的上滑板34长度方向的一端固定连接，一个所述运动检测机构采集一个曲柄滑块机构的第二滑块19往复的次数和运动的距离；四个驱动及行程调节子单元的运动驱动机构的动力输入端通过弹性联轴器46依次连接，并通过伺服电机9驱动运动，伺服电机9和变频控制器5连接，伺服电机9由变频控制器5控制转速；

以及控制系统，所述控制系统分别与直线位移传感器读数头37、运动检测机构和变频控制器5连接。

本发明中的温湿度试验箱1控制系统包括温度传感器、电容湿度传感器和umc1200控制器。

所述的温度传感器为sus304铠装双芯pt100传感器，用以测量箱内温度。

所述的湿度传感器为芬兰vaisala电容式湿度传感器，用来测量相对湿度。

所述的umc1200控制器，配备32路数字io模块和2路模拟io模块，具有9区高精度pid运算功能，可进行3种自整定，自动运算得到最佳pid控制系数。rj45接口实现控制仪与检测设备的连接，保证了数据的实时传输，实现集中监控。

所述的振动台控制系统4为rc-2000振动控制器，设计上采用分布式结构体系，并使用低噪声设计技术、浮点数字滤波技术和24位分辨率adc/dac。

参见附图5，所述上滑板34和下滑板40滑动配合具体为：所述下滑板40上端面沿长度方向设置有两个平行的第一导轨39，每个第一导轨39和一个第一滑块41滑动配合，所述第一滑块41上端面和上滑板34的下端面固定连接。

所述两个直线位移传感器36沿上滑板34长度方向平行设置在上滑板34上端面具体为：所述上滑板34上端面沿长度方向设置有两个定位槽，每个定位槽内设置有两个滑动限位块35，所述滑动限位块35和所述定位槽滑动配合，并通过顶紧螺栓固定，直线位移传感器36设置在定位槽内，两端通过滑动限位块35限位，直线位移传感器36的数据线从读数头定位板38上的线孔接出。

进行直线位移传感器36早期故障排除试验时，直线位移传感器读数头37与读数头定位板38及下滑板40相对固定于故障激发装置中。上滑板34在连接的推杆14作用下实现前后往复运动，同时带动直线位移传感器36的尺身做往复运动。直线位移传感器36的读数头相对于尺身做相对往复运动。

参见附图6和附图7，所述运动传动机构包括：

大驱动轮33，所述大驱动轮33和后轴43通过键连接，所述后轴43和后座42通过轴承连接，所述后座42固定在主支架台11上；

和所述大驱动轮33通过皮带32连接的中转轮30，所述中转轮30和前轴45通过键连接，所述前轴45和所述前座31通过轴承连接，所述前座31固定在主支架台11上；

以及和前轴45两端过盈连接的两个小驱动轮29，每个小驱动轮29和一个曲柄滑块机构的曲柄连接；

四个驱动及行程调节子单元中的运动传动机构的后轴43通过弹性联轴器46依次连接，位于一侧的后轴43通过弹性联轴器46和伺服电机9连接。

所述曲柄滑块机构包括：

固定臂25，所述固定臂25沿长度方向开有长槽，所述固定臂25一端套在运动传动机构的前轴45端部，并通过螺钉28固定在小驱动轮29上，所述前轴45的端部和轴端限位块27连接；

一端和所述固定臂25的长槽滑动配合的伸缩臂22，所述伸缩臂22一端设置有垂直自身轴线的通孔，带有长轴的正锁紧盘26穿过固定臂25的长槽和副锁紧盘24螺纹连接，夹紧或松开固定臂25，所述正锁紧盘26的长轴穿过伸缩臂22端部的通孔和限位螺母23螺纹连接，所述伸缩臂22端部的通孔和所述正锁紧盘26的长轴转动配合；在没有拧紧的状态下，正锁紧盘26和副紧盘可以自由调整在长槽中的位置，在锁紧状态下，正锁紧盘26和副紧盘两侧贴紧固定臂25的侧段，正锁紧盘26和副紧盘两侧皆采用摩擦性材料，构成锁死状态；

和所述伸缩臂22另一端滑动配合的前臂20，所述前臂20为中空结构，侧壁相对位置长度方向开有两个槽口，所述伸缩臂22深入到前臂20中，双耳带有螺纹的双耳锁紧套44和伸缩臂22深入到前壁的一端焊接，双耳锁紧套44的双耳从前臂20的两侧槽口伸出，并分别和一个锁紧轮21螺纹连接，实现伸缩臂22和前臂20相对位置的锁紧或松开；锁紧轮21拧紧后，锁紧轮21与前臂20接触部分产生摩擦力，致使伸缩臂22与前臂20相对固定；

和所述前臂20另一端通过铰链18连接的反射靶支架17，所述反射靶支架17和所述推杆14的一端固定连接，每个推杆14上设置有一个减震器10；所述前臂20和所述反射靶16之间通过铰链18连接，至此，动力由大驱动轮33传递给中转轮30，再有前轴45传递给小驱动轮29。固定臂25、伸缩臂22和前臂20将小驱动轮29的转动运动转换成反射靶支架17的往复运动，再由推杆14连接至共环境安装台8，实现直线位移传感器36的往复运动。同时，固定臂25与伸缩臂22，伸缩臂22与前臂20的相对位置皆可调整，使得曲柄滑块不同行程得以实现；

以及与所述反射靶支架17固定连接的第二滑块19，所述第二滑块19和主支架台11上的第二导轨15滑动配合。

所述运动检测机构包括：

固定在反射靶支架17上的反射靶16，所述反射板和运动方向垂直；

安装在主支架台11上的激光测距仪12，所述激光测距仪12的测量头和所述反射靶16相对，所述激光测距仪12和控制系统电连接；

以及安装在主支架台11前端的往复计数器13，推杆14穿过所述往复计数器13的测量端口，所述往复计数器13和所述控制系统电连接。

本发明的控制系统包括：控制柜和位于控制柜中的plc、工控机、数据采集卡、变频控制器5和供电电源；

所述的plc下行端与激光测距仪12、反射靶16、往复计数器13、umc1200控制器、rc-2000振动控制器、变频控制器5、供电电源连接。温湿度试验箱1控制系统与温湿度试验箱1连接，振动台2控制器与振动台2连接，变频控制器5与伺服电机9的电源接口和编码器接口连接，供电电源为受试直线位移传感器36提供电源。

所述的plc上行端与上位工控机连接，工控机中安装数据采集卡，上位机软件选用labview，软件显示界面集成显示温湿度箱的温度值、湿度值、温度加速度值、湿度加速度值、振动台2的振动值、激光测距仪12和反射靶16的行程测量值、往复计数传感器的往复数值。控制界面可设置温度变化量、湿度变化量，振动台2的振动量。

本发明的直线位移传感器36的早期故障排除试验装置具体安装过程为：首先将直线位移传感器36安装于共环境安装台8中，直线位移传感器36尺身定位于上滑板34上的定位槽中，直线位移传感器36尺身两端由滑动限位块35固定。滑动限位块35按照相应长度直线位移传感器36调节好位置后，用螺栓与上滑板34固定连接。

直线位移传感器36的读数头固定于读数头定位板38上，直线位移传感器36的数据线从读数头固定板上的线孔接出。

待直线位移传感器36与共环境安装台8固定连接好后，将共环境安装台8安装至温湿度试验箱1中，主要通过安装台下滑板40底端设置的通孔，使用螺钉28与振动台2台面相连接，使之固定于温湿度箱内。

根据相应长度直线位移传感器36，调节其相应的驱动及行程调节装置7。首先松开正锁紧盘26和副锁紧盘24，调节伸缩臂22与固定臂25连接部位在固定臂25长槽中的相对位置。调整完成后，拧紧正锁紧盘26和副锁紧盘24，正锁紧盘26和副锁紧盘24两侧皆采用摩擦性材料且贴紧固定臂25的侧段，构成锁死状态，此时，伸缩臂22能在相对固定的位置绕固定臂25转动。

安装推杆14，连接共环境安装台8与驱动及行程调节装置7。

对于不同品牌、不同型号的直线位移传感器36，由于长度各异，进行早期故障排除试验时，各直线位移传感器36往复运动行程各异。本装置可适应不同直线位移传感器36长度各异性，实现对不同品牌，不同型号的直线位移传感器36同时进行早期故障排除试验。本发明设计一种能够根据直线位移传感器36具体长度型号进行运动行程调节的结构，可实现对十六个不同长度直线位移传感器36的同时试验。