一种大量程位移传感器校准装置的制作方法

本实用新型涉及传感器校准领域，尤其涉及一种大量程位移传感器校准装置。

背景技术：

近年来，随着我国经济的飞速发展，能源的需求量不断扩大，其中电力行业尤为突出，大容量机组不断涌现，核电的快速发展，与此同时，对机组的安全运行提出了更高的要求，对设备的运行过程的信息采集密度和精度不断加大，对传感器的技术有了更多的需求。

汽轮机安全监测系统 (Turbine Supervisor Instrument- TSI )，TSI是检测、保护电厂主体设备（汽轮发电机组）安全运行的重要设备，它能连续、准确、可靠监视机组在启动、运行和停机过程中的重要参数变化，如何保证它的精准、可靠的运行，对它的校验工作也提出了更高的要求，同时对机器的自动化控制的程度要求有了更高的标准，监测点的大量增加，大量程位移高精密的测量仪器仪表大量应用于设备监测。如旁路行程传感器（100mm）、高调行程传感器（160mm）、低调行程传感器（300mm）及各种位移行程反馈设备等，而且对测量精度要求都比较高。

目前，市场上对大量程位移测量仪表的校准采用的设备只考虑它的针对性，即只针对特定类型的仪表，功能比较单一，资源利用率低，没有符合常用位移传感器和大量程传感器校验的综合应用设备，而且现有的位移测量仪表的校准的结果会存在一些误差，测量数据不准确，也没有一种现成的可利用的自动化程度高的校验标准设备。因此，为了完善和提高实验室的检测能力和效益，研制出一种先进的多用型自动化程度高的大量程位移测量校准装置是非常必要的。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种大量程位移传感器校准装置，本大量程位移传感器校准装置符合多类型位移传感器的校准，校准结果准确，功能齐全。

为实现上述技术目的，本实用新型采取的技术方案为：

一种大量程位移传感器校准装置，包括升降固定台、三维微调台、步进控制台、电源、控制器和上位机；

所述步进控制台包括基座、光栅尺位移传感器、步进螺杆、步进导轨、步进固定台和步进电机，所述步进电机固定在基座的一端，所述步进导轨安装在基座的上面，所述步进螺杆的两端通过T型轴承座安装在基座的上面且所述步进螺杆与步进导轨平行，所述步进电机与步进螺杆连接且所述步进电机用于带动步进螺杆旋转，所述步进螺杆与步进固定台连接且所述步进螺杆用于带动步进固定台水平移动，所述步进固定台位于所述步进螺杆的上面，所述步进固定台与所述步进导轨滑动连接且所述步进固定台位于步进导轨的上面，所述光栅尺位移传感器包括标尺光栅和光栅读数头，所述标尺光栅固定在基座上且与所述步进导轨平行，所述光栅读数头固定在所述步进固定台上；

所述升降固定台固定在基座的另一端，所述升降固定台包括升降旋钮、垂直升降台和传感器固定支架，所述升降旋钮安装在垂直升降台的侧面且用于调节垂直升降台的高度，所述传感器固定支架固定在所述垂直升降台的上面且所述传感器固定支架用于夹持被测传感器；

所述三维微调台固定在所述步进固定台上，所述三维微调台的侧面连接有靶标且所述靶标面向所述传感器固定支架夹持的被测传感器；

所述电源分别与控制器、上位机、步进电机、光栅尺位移传感器和被测传感器电连接，所述上位机与所述控制器电连接，所述控制器与所述步进电机电连接，所述光栅尺位移传感器与所述控制器电连接，所述被测传感器与所述控制器电连接。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述步进控制台还包括限位开关，所述限位开关安装在所述基座的两端，所述限位开关分别与所述控制器和所述步进电机电连接。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述步进控制台还包括手动步进旋钮，所述手动步进旋钮与所述步进电机固定在基座的同一端，所述手动步进旋钮与所述步进螺杆连接且所述手动步进旋钮用于带动所述步进螺杆旋转。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述步进导轨为直线导轨，所述直线导轨为两个，两个所述直线导轨安装在基座的上面且分别位于所述步进螺杆的两侧，两个所述直线导轨均与所述步进螺杆平行。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述直线导轨包括滑块和轨道，所述滑块与所述步进固定台的底部固定连接，所述滑块在轨道上移动从而实现所述步进固定台在所述直线导轨上移动。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述步进螺杆为滚珠螺杆，所述滚珠螺杆上设有相配合的螺母，所述步进固定台的底部通过螺母座与所述螺母连接。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述步进电机与所述步进螺杆通过联轴器连接。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述基座的一端固定有台钳，所述台钳与所述升降固定台在基座的同一端，所述台钳用于夹持被测传感器。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述三维微调台包括微调旋钮、微调平台和旋钮固紧螺母，所述微调旋钮用于微调所述微调平台在三维方向的位置，所述旋钮固紧螺母位于微调旋钮上且用于紧固所述微调旋钮，所述靶标固定在所述微调平台的侧面。

本发明的控制器和上位机可实现精准、高效自动化控制；采用精密的步进电机、进口精密的滚珠螺杆驱动，能够有效地控制定位精度和绝对定位精度，从而提高设备工作寿命；本发明过步进导轨降低步进固定台的俯仰和偏摆，使步进固定台运动的直线度和平行度有较大保证，步进导轨采用精密线性的直线导轨，保证光栅尺位移传感器的测量结果的准确性，本发明设计有防松结构，如旋钮固紧螺母有效的防止微调旋钮松动，从而防止靶标松动，防止被测传感器的测量结果存在误差；本发明设计有防止步进固定台平移溢出的结构，如限位开关，从而保证本发明步进固定台的定位精度和绝对定位精度，特别适合高速往复使用；本发明采用光栅尺位移传感器作为位移校准反馈，是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置，有效的保证了步进固定台移动的位移的准确性，防止步进固定台需要平移的位移和实际平移的位移存在误差而导致的被测传感器的校准存在误差，当步进固定台需要平移的位移和实际平移的位移相等时，才能保证被测传感器检测靶标平移的位移与步进固定台需要平移的位移相等，才能最终保证被测传感器实际输出的电流信号不存在误差，从而进行更精确的校准；靶标实际平移的位移与步进固定台实际平移的位移是始终保持一致的；本发明适用量程为300mm的位移，传感器固定支架和台钳适用于夹持不同型号的被测传感器以及光栅尺位移传感器的选择适用了大量程以及多类型位移传感器的校准；本发明可根据需要选择脉冲数、毫米、微米四种不同的度量单位，并实现控制器的内部自动换算，使用更便捷；本发明具有闭环位置控制功能，通过光栅尺位移传感器实现实时反馈，使步进固定台的位置调整与定位更加准确。本发明控制器可使用RS232，USB2.0通讯接口，设置的参数也可存储，掉电不丢失，简便的操作过程。本发明通过控制器的设定可将任意位置设为用户工作原点，零位的方便设定可简化用户的操作。本发明具有自动和手动参与控制步进固定台平移的两种模式，每种模式都是一个完整的闭环系统，其中步进电机的电动自动模式：快速定位到目标位置，多条任务执行，加快实验进程；其中手动步进旋钮的手动参与模式：适用于那些需要往复在多个目标位置定位，一次按键操作即可到达目标位置。

附图说明

图1为本实用新型的升降固定台、三维微调台和步进控制台的结构示意图。

图2为本实用新型的步进控制台的结构俯视图。

图3为本实用新型的升降固定台的结构示意图。

图4为本实用新型的三维微调台的结构示意图。

图5为本实用新型的总体结构示意图。

图6为本实用新型的电路原理示意图。

具体实施方式

下面根据图1至图6对本实用新型的具体实施方式作出进一步说明：

参见图1、图2和图5，一种大量程位移传感器校准装置，包括升降固定台3、三维微调台7、步进控制台、电源、控制器18和上位机19；所述步进控制台包括基座1、光栅尺位移传感器、步进螺杆5、步进导轨6、步进固定台9和步进电机11，所述步进电机11固定在基座1的一端，所述步进导轨6安装在基座1的上面，所述步进螺杆5的两端通过T型轴承座安装在基座1的上面且所述步进螺杆5与步进导轨6平行，所述步进螺杆5的底部与基座1之间具有空隙，步进螺杆5通过在T型轴承座内的旋转从而使自身在基座1上旋转，所述步进电机11与步进螺杆5连接且所述步进电机11用于带动步进螺杆5旋转，所述步进螺杆5与步进固定台9连接且所述步进螺杆5用于带动步进固定台9水平移动，所述步进固定台9位于所述步进螺杆5的上面，所述步进固定台9与所述步进导轨6滑动连接且所述步进固定台9位于步进导轨6的上面，步进导轨6是步进固定台9的稳定平移支架，保证步进固定台9的平移直线度；所述光栅尺位移传感器包括标尺光栅4和光栅读数头，所述标尺光栅4固定在基座1上且与所述步进导轨6平行，所述光栅读数头固定在所述步进固定台9上；参见图3，所述升降固定台3固定在基座1的另一端，所述升降固定台3包括升降旋钮17、垂直升降台2和传感器固定支架16，所述升降旋钮17安装在垂直升降台2的侧面且用于调节垂直升降台2的高度，所述传感器固定支架16固定在所述垂直升降台2的上面且所述传感器固定支架16用于夹持被测传感器；参见图4，所述三维微调台7固定在所述步进固定台9上，所述三维微调台7的侧面连接有靶标14且所述靶标14面向所述传感器固定支架16夹持的被测传感器；所述电源分别与控制器18、上位机19、步进电机11、光栅尺位移传感器和被测传感器电连接，所述上位机19与所述控制器18电连接，所述控制器18与所述步进电机11电连接，所述光栅尺位移传感器与所述控制器18电连接，所述被测传感器与所述控制器18电连接，如图6所示。

本实施例中，光栅尺位移传感器作为位移修正反馈，光栅尺位移传感器是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置。光栅尺位移传感器经常应用于数控机床的闭环伺服系统中，可用作直线位移或者角位移的检测。其测量输出的信号为数字脉冲，具有检测范围大，检测精度高，响应速度快的特点。

本实施例中，参见图1和图2，所述步进控制台还包括限位开关13，所述限位开关13安装在所述基座1的两端，所述限位开关13串联在所述控制器18和所述步进电机11之间。所述限位开关13用于控制步进电机11步进的范围，当步进固定台9移动到限位开关13时，限位开关13检测到信号后会断开所述控制器18和所述步进电机11之间的连接，控制器18停止控制步进电机11，步进螺杆5停止旋转, 步进固定台9停止平移,因此限位开关13的作用是防止步进固定台9平移溢出。

本实施例中，参见图1和图2，所述步进控制台还包括手动步进旋钮12，所述手动步进旋钮12与所述步进电机11固定在基座1的同一端，所述手动步进旋钮12与所述步进螺杆5连接且所述手动步进旋钮12用于手动带动所述步进螺杆5旋转，步进螺杆5的旋转带动了步进固定台9的平移，所述手动步进旋钮12是步进电机11的补充，也可以手动调节步进固定台9的水平位置。

本实施例中，所述步进导轨6为直线导轨，所述直线导轨为两个，两个所述直线导轨安装在基座1的上面且分别位于所述步进螺杆5的两侧，两个所述直线导轨均与所述步进螺杆5平行。

本实施例中，所述直线导轨包括滑块和轨道，所述滑块与所述步进固定台9的底部固定连接，所述滑块在轨道上移动从而实现所述步进固定台9在所述直线导轨上移动，直线导轨保证了步进固定台9的平移直线度。降低了步进固定台9的俯仰和偏摆，使步进固定台9的运动的直线度和平行度有较大保证，从而保证本实用新型重复定位精度和绝对定位精度从而完成精准的修正。

本实施例中，所述步进螺杆5为滚珠螺杆，所述滚珠螺杆上设有相配合的螺母，所述步进固定台9的底部通过螺母座与所述螺母连接。滚珠螺杆的旋转带动了螺母的平移，并最终通过螺母座带动了步进固定台9的平移；滚珠螺杆能够有效地控制步进固定台9的定位精度和绝对定位精度，也提高了本实用新型的工作寿命。

本实施例中，所述步进电机11与所述步进螺杆5通过联轴器连接。

本实施例中，参见图1，所述基座1的一端固定有台钳15，所述台钳15与所述升降固定台3在基座1的同一端，所述台钳15用于夹持被测传感器。台钳15的功能与传感器固定支架16相同,用于固定位移测量仪表等被测传感器或其他夹具。本实施例中的靶标14与所述三维微调台7活动连接，根据被测传感器的不同型号灵活进行安装，需要用靶标14时，将靶标14与所述三维微调台7连接，不需要用靶标14时，将靶标14与所述三维微调台7分开；传感器固定支架16分为圆孔、角孔、机械臂等形式，传感器固定支架16的不同形式以及台钳15适用于夹持不同型号的被测传感器，因此本实用新型符合多类型位移传感器的校准。

本实施例中，所述三维微调台7包括微调旋钮10、微调平台和旋钮固紧螺母8，所述微调旋钮10用于微调所述微调平台在三维方向的位置，所述旋钮固紧螺母8位于微调旋钮10上且用于紧固所述微调旋钮10，所述靶标14固定在所述微调平台的侧面；所述旋钮固紧螺母8的设计具有防止微调旋钮10松动的作用，有效防止轴向窜动，从而保证靶标14在平移的时候不会在其他方向上窜动，保证了本实用新型的被测传感器检测的位移准确。

本实用新型具体的工作原理为：通过微调所述三维微调台7，使靶标14的正面面对被测传感器且靶标14与步进导轨6垂直，旋转升降旋钮17，垂直升降台2的高度发生了变化，最终使传感器固定支架16上的被测传感器的探头与靶标14的中心保持在同一高度上，所述电源为控制器18、上位机19、步进电机11、光栅尺位移传感器和被测传感器提供电能，控制器18预先设定步进固定台9需要平移的位移的大小，上位机19发送控制命令到控制器18，控制器18开始工作；控制器18根据预先设定的步进固定台9需要平移的位移的大小发送控制信号给步进电机11，步进电机11根据控制器18的控制指令进行转动，步进电机11通过联轴器通过带动步进螺杆5转动，步进螺杆5带动步进固定台9在步进导轨6上平移，光栅尺位移传感器检测步进固定台9实际平移的位移并发送位移到控制器18；所述控制器18将步进固定台9实际平移的位移和预先设定步进固定台9需要平移的位移的大小进行对比并对步进固定台9实际平移的位移进行修正，具体修正内容为：若步进固定台9实际平移的位移和预先设定步进固定台9需要平移的位移的大小不相等，即步进电机11转动有误差从而造成步进固定台9实际平移的位移有误差，则控制器18再次控制步进电机11从而修正步进电机11转动的误差，修正步进固定台9实际平移的位移误差，最终使步进固定台9实际平移的位移和预先设定步进固定台9需要平移的位移的大小相等为止，控制器18停止控制步进电机11；所述控制器18实时发送步进固定台9实际平移的位移到上位机19，上位机19实时显示步进固定台9实际平移的位移；所述被测传感器实时检测所述靶标14平移的位移并发送电流信号到控制器18，所述控制器18接收所述被测传感器发送的电流信号并提取通过步骤（3）修正后的被测传感器发送的电流信号，所述控制器18通过被测传感器的型号判断当步进固定台9实际平移的位移与预先设定步进固定台9需要平移的位移的大小相等时所述被测传感器应当发送的标准电流信号，所述控制器18发送标准电流信号和通过步骤（3）修正后的被测传感器实际发送的电流信号到上位机19；所述上位机19根据标准电流信号的大小和被测传感器实际发送的电流信号的大小之间的关系从而对被测传感器进行校准，如果标准电流信号的大小和被测传感器实际发送的电流信号的大小相等，则被测传感器不需要校准，如果标准电流信号的大小和被测传感器实际发送的电流信号的大小不一致，上位机19分析两者的关系，从而对被测传感器实际输出的电流信号的大小进行校准。

本实用新型采用整体数控加工中心技术，通过步进导轨6降低步进固定台9的俯仰和偏摆，使步进固定台9运动的直线度和平行度有较大保证，步进导轨6采用精密线性的直线导轨，本实用新型设计有防松结构，如旋钮固紧螺母8有效的防止微调旋钮10松动，本实用新型设计有防止步进固定台9平移溢出的结构，如限位开关13，从而保证本实用新型步进固定台9的定位精度和绝对定位精度，特别适合高速往复使用；本实用新型采用光栅尺位移传感器作为位移校准反馈，是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置，有效的保证了步进固定台9移动的位移的准确性，防止步进固定台9需要平移的位移和实际平移的位移存在误差而导致的被测传感器的校准存在误差，当步进固定台9需要平移的位移和实际平移的位移相等时，才能保证被测传感器检测靶标14平移的位移与步进固定台9需要平移的位移相等，才能最终保证被测传感器实际输出的电流信号不存在误差，从而进行更精确的校准；靶标14实际平移的位移与步进固定台9实际平移的位移是始终保持一致的；被测传感器的型号不一样导致被测传感器的参数不一样，参数就是被测传感器将检测的位移值转换为电流值的具体转换的对应值不一样，控制器18根据被测传感器的信号和参数分析当步进固定台9实际平移的位移与预先设定步进固定台9需要平移的位移的大小相等时所述被测传感器应当发送的标准电流信号，控制器18将被测传感器应当发送的标准电流信号和被测传感器实际发送的电流信号输送到上位机19，上位机19进行校准，因此本实用新型校准非常准确。本实用新型满足对大量程位移传感器校准装置进行联合控制的要求，本实用新型适用量程为300mm的位移，传感器固定支架16和台钳15适用于夹持不同型号的被测传感器以及光栅尺位移传感器的选择适用了大量程以及多类型位移传感器的校准；本实用新型可根据需要选择脉冲数、毫米、微米四种不同的度量单位，并实现控制器18的内部自动换算，使用更便捷；本实用新型具有闭环位置控制功能，通过光栅尺位移传感器实现实时反馈，使步进固定台9的位置调整与定位更加准确。本实用新型能够分别对速度、步进单位和相关参数设置，控制器18可使用RS232，USB2.0通讯接口，设置的参数也可存储，掉电不丢失，简便的操作过程。本实用新型通过控制器18的设定可将任意位置设为用户工作原点，零位的方便设定可简化用户的操作。本实用新型具有自动和手动参与控制步进固定台9平移的两种模式，每种模式都是一个完整的闭环系统，其中步进电机11的电动自动模式：快速定位到目标位置，多条任务执行，加快实验进程；其中手动步进旋钮12的手动参与模式：适用于那些需要往复在多个目标位置定位，一次按键操作即可到达目标位置。

本实用新型的保护范围包括但不限于以上实施方式，本实用新型的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本实用新型的保护范围。