一种LVDT高精度检测装置、方法及系统与流程

一种lvdt高精度检测装置、方法及系统
技术领域
1.本发明属于高精度设备检测技术领域，具体涉及一种lvdt高精度检测装置、方法及系统。


背景技术：

2.lvdt位移传感器是一种基于电磁感应原理的位移传感器，其也称差动变压器。与传统的电力变压器不同，lvdt的结构由铁心、衔铁、初级线圈、次级线圈组成，初、次级线圈分布在线圈骨架上，线圈内部有一个可以自由移动的杆状衔铁(即动子)。当衔铁处于中间位置时，两个次级线圈产生的感应电动势相等，这样输出的电压为0；当衔铁在线圈内部移动并偏离中心位置时，两个线圈产生的感应电动势不等，有电压输出，其电压大小取决于位移量的大小。lvdt作为一种高灵敏、高精度传感器，其产品检测是保证其性能的重要一环。但目前的检测方法存在检测精度不高和过多人工干预的缺点。


技术实现要素：

3.本发明的目的是：提供了一种lvdt高精度检测装置、方法及系统。本发明能够提高检测精度和减少人工干预，检测效率高。
4.本发明的技术方案是：一种lvdt高精度检测装置，包括用于夹持待测lvdt动子端的动子夹持机构，动子夹持机构与直线电机连接，动子夹持机构旁还设有用于固定待测lvdt定子端的定子固定机构；所述的直线电机与电机控制器连接，电机控制器与上位机连接；所述的上位机还与采集卡连接，采集卡用于采集待测lvdt的输出信号。通过直线电机2驱动动子夹持机构1移动，进而带动待测lvdt动子端移动，使上位机5获得lvdt动子端移动至不同位置时对应的电压值，进而实现lvdt的高精度检测；整个检测过程有效降低了人工干预，提升了检测精度。
5.前述的lvdt高精度检测装置中，所述的直线电机上设有绝对光栅尺，绝对光栅尺能实时将直线电机的位置信号反馈给电机控制器，电机控制器根据反馈信号及位置控制信号调整直线电机位置。通过设置绝对光栅尺实时提供直线电机的位移信号，能够有效提升直线电机的位移精度，且上电即可实时提供位置信号，直线电机可以在任意位置启动，使用灵活方便。
6.前述的lvdt高精度检测装置中，所述的绝对光栅尺的精度为0.01μm。该精度能够最大限度地反映电机在移动时的位置精度，进而满足高精度检测。
7.前述的lvdt高精度检测装置中，所述的动子夹持机构包括基座，基座与直线电机相连，基座经绝缘座与气动三爪连接，气动三爪用于夹持待测lvdt动子端。采用三爪夹持，能够提高待测lvdt动子端的对中性，确保移动时的线性度。
8.前述的lvdt高精度检测装置中，所述的定子固定机构包括三坐标调节座，三坐标调节座上设有用于固定待测lvdt定子端的固定夹具。
9.前述的lvdt高精度检测装置中，所述的三坐标调节座的调节范围为：x坐标轴调节
范围：
±
10mm；y坐标轴调节范围：
±
10mm；z坐标轴调节范围：
±
20mm；调节精度为0.01mm。该调节精度，能够确保夹持完成后将动子端和定子端的线性调节至满足检测要求。
10.前述的lvdt高精度检测装置的检测方法，根据lvdt检测需求，上位机向电机控制器发送控制命令，驱动直线电机带动动子夹持机构移动，进而驱动待测lvdt动子端移动，激励源向待测lvdt提供激励信号，在动子端处于不同位置时，采集卡根据lvdt输出电压，向上位机反馈获得的不同电压值，通过计算后确定待测lvdt参数是否合格。整个检测过程均是自动完成，大幅降低了人工干预，提升了检测精度。
11.基于前述的lvdt高精度检测装置的检测系统，包括：
12.定时循环模块，用于为系统的其它并行工作模块提供定时服务；
13.查找相对零点循环试验模块，用于根据需求设置直线电机的参考零点；
14.循环试验模块，用于根据设置参数，全自动控制直线电机运动，采集并计算相关数据完成用户的所有相关试验；
15.事件循环模块，用于实现多项事件循环；
16.试验循环模块，用于负责上位机与各模块的通信。
17.前述的检测系统，还包括单步试验模块，用于查找零位时的微调。
18.前述的检测系统，还包括显示循环模块，用于将试验采集到的信号用波形显示。
19.本发明的优点是：
20.本发明实现lvdt相关性能(如：lvdt线性度、输出精度、动态特性等方面性能)自动测试，且输出结果采集及lvdt移动测量过程实现自动化，减少人工干预导致的误差。
21.本发明能够根据产品要求实现大量相关数据的自动计算、判断和记录，减少人工工作量。
22.本发明的控制和测量精度高。
23.本发明测量界面简单，易操作，调校简单。
附图说明
24.图1控制原理图；
25.图2设备布局示意图；
26.图3夹持机构；
27.图4定子固定机构图；
28.图5控制界面总流程图；
29.图6用户使用控制软件界面；
30.图7参考及相对零点设置界面；
31.图8循环试验界面；
32.图9单步试验界面；
33.图10事件循环流程图；
34.图11试验操作界面；
35.图12波形界面图；
36.图13性能试验数据表；
37.图14采集卡波形界面图；
38.图15数据存盘界面图。
39.附图标记：1-动子夹持机构，1a-基座，1b-绝缘座，1c-气动三爪，2-直线电机，3-定子固定机构，3a-三坐标调节座，3b-固定夹具，4-电机控制器，5-上位机，6-采集卡，7-大理石台。
具体实施方式
40.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
41.实施例1。一种lvdt高精度检测装置，构成如图1-4所示，包括用于夹持待测lvdt动子端的动子夹持机构1，动子夹持机构1与直线电机2连接，动子夹持机构1旁还设有用于固定待测lvdt定子端的定子固定机构3；所述的直线电机2与电机控制器4连接，电机控制器4与上位机5连接；所述的上位机5还与采集卡6连接，采集卡6用于采集待测lvdt的输出信号。动子夹持机构如图3所示，动子夹持机构的主要功能是可靠地夹持住待测lvdt动子端的转接头，便于直线电机2拖动待测lvdt动子端按照待测lvdt检测要求移动。
42.前述的直线电机2上设有绝对光栅尺，绝对光栅尺能实时将直线电机2的位置信号反馈给电机控制器4，电机控制器4根据反馈信号及位置控制信号调整直线电机2位置。
43.前述的绝对光栅尺的精度为0.01μm。直线电机是采用激磁式电机，与丝杆电机不同，其移动上无机械回程间隙，可自由控制，在本发明中选用绝对式光栅尺，光栅尺精度达0.01um，该精度能够最大限度地反映电机在移动时的位置精度，同时上电即可实时提供位置信号，电机可以在任意位置启动。通过光栅尺的两组反馈信号将实时位置发送给电机控制器，电机控制器根据反馈信号及位置控制信号调整电机位置实现闭环控制。
44.前述的动子夹持机构1包括基座1a，基座1a与直线电机2相连，基座1a经绝缘座1b与气动三爪1c连接，气动三爪1c用于夹持待测lvdt动子端。为了有效防止电机电气干扰影响到待测lvdt检测结果，将气动三爪安装在绝缘座上。绝缘座在选材方面既要考虑绝缘效果，也要考虑材料受力状态不能变形。气动三爪的气源系统要求：气压0.4～1mpa均可，耗气量要求很小，大于1l/min即可。
45.前述的定子固定机构3包括三坐标调节座3a，三坐标调节座3a上设有用于固定待测lvdt定子端的固定夹具3b。
46.固定夹具3b采用v型块固定，为了防止待测lvdt定位固定时损伤，v型块采用特丽玲材料加工成型。
47.前述的三坐标调节座3a的调节范围为：x坐标轴调节范围：
±
10mm；y坐标轴调节范围：
±
10mm；z坐标轴调节范围：
±
20mm；调节精度为0.01mm。定子固定机构，如图4所示,安装在大理石台7上，可以通过x/y/z三个方向的微分头对待测lvdt位置进行微调，实现待测lvdt固定端和动子端的同轴度调节。
48.放置动子夹持机构1、直线电机2和定子固定机构3的工作台架是由大理石底座构成，具有屏蔽干扰和稳定电机的效果，工作台架的仪器台上可以放置外接的lvdt激励源及打印机等设备。
49.上述的lvdt高精度检测装置中，采集卡6采集的输出信号可在上位机5上基于ni公司的labview程序开发环境开发一个采集卡波形界面(参见图14)展现，方便观察，同时数据
还有坐标及标尺，可以查看波形中任意点的数据内容。采集卡波形界面即为虚拟示波器，如图14所示，为lvdt差比和-四余度测量虚拟示波器。可设置连续或单帧显示采集卡采集到的波形结果。
50.采集卡是和待测lvdt的测量信号输出端连接，可以采样电压输出信号并将其缓存在采集卡arm中，采集卡缓存有1m字节，当上位机与其通讯时，将缓存数据上传给上位机，上位机通过不断读取采集卡缓存数据可实现连续不间断的信号采集，上位机再通过对采集到的信号进行分析计算，判断产品结果是否合格。采集卡具有16位ad采样精度，在
±
10v范围内可以实现1mv精度电压采集，因缓存大可实现最高1mhz频率的数据不间断采集。
51.前述的lvdt高精度检测装置的检测方法：根据lvdt检测需求，上位机5向电机控制器4发送控制命令，驱动直线电机2带动动子夹持机构1移动，进而驱动待测lvdt动子端移动，激励源向待测lvdt提供激励信号，在动子端处于不同位置时，采集卡6根据lvdt输出电压，向上位机5反馈获得的不同电压值，通过计算后确定待测lvdt参数是否合格。
52.上位机5对直线电机的控制，可基于ni公司的labview程序开发环境设计一个试验控制界面进行控制，参见图6，试验控制界面上有一个直线电机移动示意图和一个观察界面：直线电机移动示意图可以根据直线电机实时位置移动滚动条。观察界面可以展示当前位置待测lvdt的相关参数，并且最大可以同时检测4个余度的lvdt两路va，vb电压值及相关增益值和波形失真情况。
53.基于前述的lvdt高精度检测装置的检测系统，构成如图5-15所示，包括定时循环模块、查找相对零点循环试验模块、循环试验模块、事件循环模块、试验循环模块、单步试验模块和显示循环模块，上位机对各模块的控制，也可基于ni公司的labview程序开发环境将控制功能嵌入到上述的试验控制界面，设计总流程图如图5所示，具体如下：
54.定时循环模块，用于为系统的其它并行工作模块提供定时服务；
55.查找相对零点循环试验模块，用于根据需求设置直线电机2的参考零点；如图7所示，该模块由参考及相对零点设置界面控制，其目的为方便用户在进行试验时设置位移传感器的参考或相对零点。试验人员在自动测试平台上装载好产品后，可以根据需要自行设置参考零点，即在任意位置可点击“当前置为参考零点”将当前位置设为手动设置为参考零点。当电机移动到任意位置后点击“前往参考零点”按钮，电机将按命令运行到参考零点处。点击“查找相对零点”按钮，对于单余度lvdt将自动运行电机运动到lvdt输出增益为0的位置，系统将以该位置为相对零点；对于多余度lvdt将自动运行电机运动到各通道中输出增益之和最小的位置，系统将以该位置为相对零点。并且系统将采集该位置的输出增益信息并显示在右侧的表格中。试验时用户可选择根据需要在图7左上方“坐标系”选择是以参考零点的“参考坐标”为坐标系进行试验，还是相对零点的“相对坐标”为坐标系进行试验。
56.循环试验模块，用于根据设置参数，全自动控制直线电机2运动，采集并计算相关数据完成用户的所有相关试验；如图8所示，该模块由循环试验界面控制，循环试验里包含循环单步左行、循环单步右行等多项步骤。用户点击“开始循环”按钮后即按“坐标系”为依据开始试验并将测量到的各通道的增益值、电压值等显示在右侧的观察框中，若需要观察波形可点击将“跳转到
‘
波形
’”
选择框打“√”，试验开始后即会跳转到“波形显示界面”。
57.事件循环模块，用于实现多项事件循环；事件循环即为实现多项事件循环，该系统共有49个事件，具体事件循环流程图见图10。该模块是支持系统各事件在试验控制界面中
刷新显示及系统后台运行计算等工作。
58.试验循环模块，用于负责上位机5与各模块的通信。该模块由试验操作界面控制，见图11；系统与电机控制器通信连接后，在控制界面的右上角，点击“试验”按钮，即试验准备就绪，上位机将可以对电机控制器下发控制命令，进行控制界面中的任意试验，否则控制界面中的任意一个试验都将被禁止。
59.单步试验模块，用于查找零位时的微调。单步模块可以手动左右移动电机位置，辅助试验人员根据需要对多余度lvdt确定零点。该模块由单步试验界面控制，如图9所示。由于直线电机往复运动后会有微小差异，所以单步试验主要是给操作者在调试产品过程中对查找零位时进行微调的作用，是对自动查找零点的一个补充。
60.单步试验有“单步左移”、“单步右移”、如图9所示。在设置单位位移数值后点击“单步左移”、“单步右移”可移动相应距离，同时可点击图8“观察计算”观察当前lvdt各通道输出值。
61.显示循环模块，用于将试验采集到的信号用波形显示。显示循环模块主要是将试验采集到的信号用波形的方式显示给用户，方便直观观察，该模块由波形界面显示，如图12所示。
62.波形显示界面可以根据用户需要，选择位移-各测量值对应的波形，试验时，x轴为位移，y轴的具体值用户点击波形界面右上角的“y轴”框进行选择可以为lvdt增益值，va电压值，vb电压值等。通过“导出当前试验”可以导出当前实验数据以csv形式保存。点击“自动标尺”可根据数据范围自动显示试验全数据，下方在多次试验可通过指定，查看试验波形，数值从1开始越小表示试验时间越靠近当前时间。“波形存盘”实际上是输出结果导出到execl文件中方便留档、打印履历本和判断结构，输出结果如图13所示。开始循环后，会在波形界面绘制试验增益情况，并后台记录其他试验参数，当循环完成后可进行保存，同时在计算相关参数后将试验数据输出到一个execl表格中，同时根据预设的检测标准对lvdt相关参数是否合格给出判断结论。
63.本发明还设计了波形数据存盘界面，如图15所示，待测lvdt在进行最终性能试验或提交用户代表时，由于检测数据量大，试验数据多且数据部分比较接近，试验人员记录数据时容易混淆、出错，试验人员每台数据记录需要重复2到3次，导致工作量大。故而设计了波形存盘界面，在填入数据后可以设置图13文档存储位置及在图13execl文档中自动填入相关信息。