一种轴向位移测试的电容传感部件的标定装置

本技术涉及位移传感及测试领域，具体涉及一种轴向位移测试的电容传感部件及其标定装置。

背景技术：

1、作动轴作为智能装备中往复直线运动的重要功能部件，目前主要应用于航空飞机的舵面控制，用以改变飞机的飞行姿态和轨迹；在其他工业领域，如液压机器人的关节控制，地铁车辆的径向转向架等方面均有应用。传统作动轴一般采用外置式光栅尺或线性可变差动变压器（lvdt）位移传感器，在狭小紧凑空间下安装受限且运动部件供电困难，如中国专利申请号201520118532.5，公开了一种lvdt式机电作动器，对传统lvdt作动器做出了改进，将lvdt传感器设置于作动器壳体内部，但仍然无法避免lvdt式传感器铁芯及连杆带来的空间资源占用，在狭小紧凑空间下安装受限。

2、作动轴运行状态的信息感知对于智能装备的在线运维、寿命预测、健康管理和故障诊断等具有重要作用，能够在智能装备空间紧凑、运动部件传感供电困难、电磁环境复杂等情况下精准、可靠测量到智能装备轴向运动部件的位移作为重要动态参数对实现系统的闭环控制具有重要意义。

技术实现思路

1、针对狭小紧凑空间、电磁环境复杂下的作动轴位移信息感知问题，本实用新型提供了一种轴向位移测试的电容传感部件的标定装置。

2、本实用新型是通过以下技术方案实现的：

3、一种轴向位移测试的电容传感部件的标定装置，包含标定与传动部分、位移测试部分。标定与传动部分、位移测试部分均位于底座上方。

4、标定与传动部分包括手动摇杆，动栅轴固定支座和滚珠丝杠，滚珠丝杠包括丝杠底座、丝杠、滚珠丝杠传动支座；底座上方设有丝杠底座，丝杠底座侧边开孔，丝杠中部设置有半圆凹槽螺纹，两端不设置螺纹，丝杠底座与丝杠两端不设置螺纹处采用过渡配合连接，丝杠底座对丝杠起支撑作用；丝杠的一端延伸，与手动摇杆采用刚性连接，手动摇杆与丝杠运动时同步转动；丝杠与滚珠丝杠传动支座通过其内部滚珠进行连接，内部滚珠实现滑块的传动和承载载荷。

5、手动摇杆圆盘侧表面均匀分布刻度，在对丝杠提供动力时同步进行位移的标定。

6、在滚珠丝杠传动支座的上方设置有动栅轴固定支座，滚珠丝杠传动支座与动栅轴固定支座采用刚性连接。

7、位移测试部分包括动栅轴、静栅环、螺栓、屏蔽壳体、滑动轴承、测试部分支座、电路模块及填充物。

8、动栅轴，动栅轴固定支座和滑动轴承部分为同轴心，动栅轴与动栅轴固定支座为刚性连接，不可发生相对位移，实现手动摇杆带动丝杠转动，丝杠带动滚珠丝杠传动支座滑动，滚珠丝杠传动支座带动动栅轴固定支座滑动，动栅轴固定支座带动动栅轴滑动；

9、动栅轴与滑动轴承为过渡配合，可以发生相对位移；

10、动栅轴为作动轴开凹槽后外部加镀填充层组成，凹槽间距相等且深度相等，具有周期性，动栅轴的单个凹槽长度和相邻凹槽间隔长度均与静栅环的轴向长度相等。动栅轴采用金属材质，但不限于金属材质，任何可作为电容器极板的硬质导体材料均可；外部填充层采用加镀碳化硅陶瓷，但不限于碳化硅陶瓷材质，任何介电常数稳定且可作为电容器极板间介质的绝缘体材料均可；

11、动栅轴与静栅环为同轴心间隙配合，静栅环为橡胶材料，但不限于橡胶材料，任何硬质绝缘材料均可，静栅环内部贴有一圈金属薄膜，但不限于金属材质，任何可作为电容器极板的硬质导体材料均可，作为电容器的另一极板。静栅环的厚度应满足：内部金属薄膜与螺栓、屏蔽壳体和测试部分支座之间不形成电容器。

12、静栅环的安装通过螺栓进行调节固定，螺栓包括第一螺栓、第二螺栓、第三螺栓、第四螺栓，第一螺栓与测试部分支座采用螺纹连接，第二螺栓、第三螺栓、第四螺栓与屏蔽壳体采用螺纹连接，第二螺栓、第四螺栓位于屏蔽壳体外侧，屏蔽壳体内顶部中心线上设有凹槽，第三螺栓位于屏蔽壳体的内部凹槽内；

13、第一螺栓、第二螺栓、第三螺栓、第四螺栓均匀分布（间隔90°）于静栅环的周向方向，实现对静栅环位置的调节，以实现动栅轴与静栅环同轴心配合。

14、测试部分支座上设有屏蔽壳体和滑动轴承，测试部分支座上方设有弧形凹槽，屏蔽壳体下方设有弧形凹槽，测试部分支座的弧形凹槽与屏蔽壳体下方的弧形凹槽扣合组成圆形通道，圆形通道的轴心与动栅轴同轴心，轴心高于测试部分支座与屏蔽壳体的连接平面；

15、测试部分支座与滑动轴承采用刚性连接，滑动轴承用以支撑动栅轴。

16、屏蔽壳体材质为金属材料，但不限于金属材料，任何可以实现电磁屏蔽的导体材料均可，屏蔽壳体侧边有接线口面板，用于屏蔽壳体内部电路模块的供电及内部电路模块与外部的信息交换；屏蔽壳体内部用填充物进行填充，对电路模块起到保护作用，填充物为环氧树脂材料，但不限于环氧树脂材料，任何可用于灌装保护电路的绝缘材料均可。

17、电路模块包括电容数字化电路模块、供电电路模块、通信电路模块、flash存储电路模块及mcu。

18、电容数字化电路模块与mcu总线连接，连接包括i2c总线或spi总线，但不限于i2c总线、spi总线，具体实施时采用电容数字化芯片的通信方式进行连接。mcu通过总线对电容数字化电路模块的寄存器进行读写操作，以实现对电容数字化模块的配置，mcu并从电容数字化模块的寄存器中读到电容数字化模块采集到的电容值。电容数字化电路模块与屏蔽壳体的接口面板通过金属导线连接，屏蔽壳体的接口面板与静栅环内部的金属薄膜采用金属导线连接，实现对电容信号的采集。

19、供电电路模块可将外部接入电源通过稳压模块稳压为电路模块中各部分的适用电源电压值，供电电路模块与电路模块中的各部分通过金属导线连接，供电电路模块与屏蔽壳体的接线口面板采用金属导线连接，实现外部供电的接入。

20、通信电路模块包括串口通信、can总线通信、光纤通信和429总线通信方式，通信电路模块与mcu采用总线连接，通信电路与屏蔽壳体的接线口面板采用总线连接，实现信息输出。通信电路模块用于将mcu得到的电容值传输到外部通信接线，通过对数字信号的处理以满足不同场合通信的要求，提高传输的距离、速率和稳定性。

21、flash存储电路模块与mcu采用总线连接，flash存储电路模块用于对电容信号的实时存储，mcu通过读取flash存储电路模块实现对周期个数的计数和启动时初始值的调取。

22、外部的位移方向信号线提供位移信号，位移方向信号线通过屏蔽壳体的接线口面板与金属导线连接，屏蔽壳体的接线口面板与mcu通过金属导线连接。

23、动栅轴与静栅环发生相对位移时，由于动栅轴上存在凹槽导致电容器两极板间距发生变化，进而导致电容大小的变化，形成一条具有周期性的电容——位移测试曲线，通过对比手动摇杆上的刻度标识和丝杆转动一周的传动距离，实现电容和位移的同步标定。在使用过程中，在初次使用时需要进行一次调零，通过判断电容值大小，电容变化周期个数，外部位移方向信号线的信号经mcu综合处理后实现位移的测试，flash存储电路模块将采集和处理后的位移信号进行实时存储，在二次开机使用时可直接调用上次关机时位移信号，无需再次调零。

24、本实用新型的有益效果：

25、（1）本实用新型提供的轴向位移测试的电容传感部件的标定装置，实现了装备空间紧凑、运动部件传感供电困难、电磁环境复杂等情况下的位移精准、可靠测量，同时，通过滚珠丝杠对位移实现同步标定；

26、（2）随着动栅轴凹槽车削工艺的进步，该实用新型所设计的作动一体化容栅反馈装置的测试精度可以通过只识别正对凹槽处（电容值最小）和正对突起处（电容值最大）两个极端位置，实现测试精度的进一步提高。