旋转变压器检测评估系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种旋转变压器检测评估系统，包括旋转变压器检测装置、光电编码器、齿轮箱、步进电机、PCI?1710U型数据采集卡以及上位机。所述上位机被设置用于控制旋转变压器检测评估的执行，包括：控制步进电机动作，从而驱动齿轮箱动作；接收旋转变压器检测装置以及光电编码器的检测数据并进行比较和误差分析与评估；所述上位机对步进电机发出运转指令；步进电机根据运转指令旋转并通过齿轮箱同时使光电编码器和待检测的旋转变压器运转；上位机将光电编码器、旋转变压器的位置信息进行比较，进行误差分析和评估。
【专利说明】
旋转变压器检测评估系统
技术领域
[0001] 本发明涉及角度检测系统技术领域，具体而言涉及一种旋转变压器检测评估系 统。
【背景技术】
[0002] 对于角度的测量一般选用旋转变压器、光电编码器或者磁性编码器，对于工作环 境比较恶劣的情形下，尤其是强磁、高速、重载的工作条件，上述三种角度传感器往往只有 旋转变压器能胜任这种环境。
[0003] 在这些恶劣的工作环境下，对旋转变压器的精度和误差的要求都比较高，需要对 旋转变压器的测量误差进行检测。
【发明内容】
[0004] 本发明目的在于提供一种旋转变压器检测评估系统，实现单、双通道旋转变压器 的检测、误差评估，数据实时存储。
[0005] 本发明的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现，从属权利要求以另选或有 利的方式发展独立权利要求的技术特征。
[0006] 为达成上述目的，本发明提出一种旋转变压器检测评估系统，包括旋转变压器检 测装置、光电编码器、齿轮箱、步进电机、PCI-1710U型数据采集卡以及上位机，其中：
[0007] 所述上位机被设置用于控制旋转变压器检测评估的执行，包括:控制步进电机动 作，从而驱动齿轮箱动作;接收旋转变压器检测装置以及光电编码器的检测数据并进行比 较和误差分析与评估；
[0008] 所述上位机通过PCI-1710U型数据采集卡对步进电机发出运转指令；
[0009] 所述步进电机根据运转指令旋转，该步进电机的输出轴与齿轮箱的输入轴刚性连 接并驱动齿轮箱的输入轴旋转；
[0010] 所述齿轮箱的输出轴的一端与光电编码器连接，另一端与待检测的旋转变压器的 旋转轴通过联轴器刚性连接，并且该齿轮箱的输出轴被驱动旋转时同时使光电编码器和待 检测的旋转变压器运转；
[0011]所述光电编码器的位置信息通过串口传输至上位机，待检测的旋转变压器的位置 信息经由所述旋转变压器检测装置处理后通过PCI-1710U型数据采集卡的I/O 口传输到上 位机，所述上位机将前述两个位置信息进行比较，进行误差分析和评估。
[0012] 进一步的实施例中，所述上位机还设置有显示模块和存储模块，用于实现对误差 分析结果的显示与存储。
[0013] 本发明的旋转变压器检测评估系统，与现有技术相比，其显著优点在于：
[0014] 1)本发明的误差评估采用了一种逐点比较，且对旋转变压器的整个量程进行测试 性能评估；
[0015] 2)高精度的位置测量，采用高精度的单圈绝对式光电编码器，具有被测量精度高， 长期稳定性好的特点；
[0016] 3)利用本发明看分别对单双通道的旋转变压器进行检测评估，对正反旋转方向进 行测量，旋转变压器安装完成后，可自动完成测试；
[0017] 4)系统具有一键存储功能，支持同一传感器多次测量的功能且同时具有查询、打 印合格证的功能，操作十分方便；
[0018] 5)从数据采集到数据处理、存储、查询、打印，构成一整套完备的系统功能，可操作 性强。
[0019] 应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这 样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保 护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。
[0020] 结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实 施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面 的描述中显见，或通过根据本发明教导的【具体实施方式】的实践中得知。
【附图说明】
[0021 ]附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组 成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。 现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：
[0022] 图1为本发明旋转变压器检测评估系统总体示意图。
[0023] 图2为本发明位置信息的数据走向流程图。
[0024]图3为系统设置流程图。
[0025]图4为采集位置信号流程图。
[0026]图5为文件查询流程。
[0027]图6为操作总流程图。
【具体实施方式】
[0028] 为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
[0029] 在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。 本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实 施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实 施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一 些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
[0030] 结合图1-图6所示，根据本发明的实施例，一种旋转变压器检测评估系统，包括旋 转变压器检测装置、光电编码器、齿轮箱、步进电机、PCI-1710U型数据采集卡以及上位机。
[0031] 所述上位机被设置用于控制旋转变压器检测评估的执行，包括:控制步进电机动 作，从而驱动齿轮箱动作;接收旋转变压器检测装置以及光电编码器的检测数据并进行比 较和误差分析与评估。
[0032] 所述上位机通过PCI-1710U型数据采集卡对步进电机发出运转指令。
[0033] 所述步进电机，例如57系列步进电机，根据运转指令旋转，该步进电机的输出轴与 齿轮箱的输入轴刚性连接并驱动齿轮箱的输入轴旋转。
[0034] 所述齿轮箱的输出轴的一端与光电编码器连接，另一端与待检测的旋转变压器的 旋转轴通过联轴器刚性连接，并且该齿轮箱的输出轴被驱动旋转时同时使光电编码器和待 检测的旋转变压器运转。
[0035] 所述光电编码器的位置信息通过串口传输至上位机，待检测的旋转变压器的位置 信息经由所述旋转变压器检测装置处理后通过PCI-1710U型数据采集卡的I/O 口传输到上 位机，所述上位机将前述两个位置信息进行比较，进行误差分析和评估。
[0036] 在一些优选的例子中，所述上位机还设置有显示模块和存储模块，用于实现对误 差分析结果的显示与存储。
[0037] 结合图1、图2和图6所示，在进行检测和评估时，上位机通过研华PCI-1710U型数据 采集卡的I/O数据接口对步进电机驱动器发出运转指令，步进电机驱动器接受到上位机的 指令后驱动步进电机开始旋转。步进电机的机械轴与旋转变压器检测专用齿轮箱的输入轴 通过联轴器刚性连接，同时旋转变压器检测专用齿轮箱的输出轴一端与高精度光电编码器 的旋转轴通过联轴器刚性连接，另外一端与待检测的旋转变压器的旋转轴通过联轴器刚性 连接。步进电机旋转，带动旋转变压器检测专用齿轮箱运转，同时使高精度光电编码器和待 检测旋转变压器运转。高精度光电编码器的位置信息串口传送到上位机，待检测旋转变压 器的位置信息通过旋转变压器检测装置处理后通过数据采集卡的I/O 口传输到上位机，上 位机将两者的位置进行比较，进行误差分析与评估判断旋转变压器是否合格。上位机具有 数据实时显示、保存、查找、打印合格证等功能。
[0038]具体地，我们先将旋转变压器的整个测量过程分正转一圈，反转一圈两个过程，在 测试过程中，对正转，反转都分别均匀的取4000个测试点，然后将待检测的旋转变压器和光 电编码器的测量角度在上位机中解算出来，求其绝对误差，再和给定的最大误差值比较得 出结论。
[0039] 对于旋转变压器的位置解算方式如下：
[0040] 单双通道的RDC解算模块中的数字输出接口，通过74LS573锁存器连接到上位机的 研华数据采集卡上，通过控制74LS573锁存器的工作状态来控制传输到上位机的数据。完成 旋转变压器数据的上行传输。
[0041] 双通道旋转变压器经过RDC模块，解算得到16位数字量直接通过数据采集卡的并 行传输接口，传输到上位机中，分别为：
[0042] ao, ai, a2, a3, a4, a5, a6, a7, as, ag, aio, an, ai2, ai3, ai4, ai5
[0043] 对于上述的ai取值，只有两种取值非O即1的数字量。
[0044] 对应的位置0a解算公式为：
[0046] 其中：03的单位为俄制的密位制(mil)，俄制的mil与通常的角度制的转换关系是 360°=6000mil，ai为双通道旋转变压器经过RDC模块结算出来的数字量，上式中的3000就 相当于角度制中的180°。
[0047] 对于单通道旋转变压器的解算与双通道的类似，只不过解算精度没有双通道的16 位那么高，只有12位。
[0048]单通道旋转变压器经过RDC模块，解算得到12位数字量分别为：
[0049 ] bo，bi，b2，b3，b4，b5，b6，b7，b8，bg，bio，bn
[0050]其中bi取值，也只有0或者1两种状态的数字量。
[0051 ]对应单通道旋转变压的位置0b解算公式为：
[0053]对于光电编码器位置信息的解算如下：
[0054]光电编码器的位置信号并不是直接通过数据采集卡的I/O数据接口，直接传输到 上位机的，而是通过串行通信接口 RS485将其传输到上位机，串行通信接口具有自己的通信 协议，本发明中采取的通信协议如下A5 5A XX XX XX XX，其中A5 5A是通信协议的帧头，后 面8个16进制的数据，其中前12位为数据位，分为低中高三个字段的数据，为低8位，中8位， 高8位，真实有效的数据位为低8位，中8位，高1位，刚好17个数据位，这17个数据位表示如 下：
[0055] CO，Cl，C2，C3，C4，C5，C6，C7，C8，C9，CIO，Cll，C12，C13，C14，C15，C16
[0056] ci的取值也是非OSPl;
[0057] 对于光电编码器的角度Θ。解算如下
[0059] 在解算出位置信息后，上位机根据设定的规则来判定待测试旋转变压器是否合 格。具体地，上位机将光电编码器的角度信息与待测旋转变压器的角度信息做差，并且取绝 对值，得到绝对误差，将所有点的绝对误差，与给定的误差允许值比较，得出测试结论。
[0060] 在一些实施例中，当待测旋转变压器为双通道变压器的时候，判断规则如下：
[0061 ] 当max( I 0ai-0ci| )〈厶0』寸，待测旋转变压器合格
[0062]其中i的取值为0~3999，八03为本批产品的最大允许绝对误差值，0ai，0 ci为同一时 刻待检测旋转变压器和光电编码器检测到的角度值；
[0063] 当max( I 9ai-0ci| )>八03时，待测旋转变压器不合格；
[0064]同理，待检测的旋转变压器为单通道变压器的时候，判断规则如下 [0065] 当max( | 0bi-0ci| )〈厶0时，待测旋转变压器合格。
[0066] 其中i的取值为0~3999，A0b*本批产品的最大允许绝对误差值，0 bi，0ci为同一时 刻待检测旋转变压器和光电编码器检测到的角度值；
[0067] 当max( I 9bi-0ci| )>ΛΘ[^，待测旋转变压器不合格。
[0068] 根据本发明的一些实施方式，作为高精度位置测量装置的光电编码器，优选测量 范围0~6000mi 1，全量程测量精度〈0.045mi 1，且长期稳定性高，可以满足对旋转变压器(测 量角度范围0~6000mil，要求精度为0.091mil)误差的检测。
[0069] 同时，上位机界面程序，上位机界面是在MFC平台上用VC++编写，可对单，双通道旋 转变压器分别检测，判断旋转变压器是否合格，同时上位机界面还可以设置数据实时显示、 保存、查找、打印合格证等功能，结合图5、图6所示，示例性地给出了查询、打印的流程说明。
[0070] 例如，上位机还可以设置显示模块和存储模块，用于实现对误差分析结果的显示 与存储。
[0071] 在一些例子中，上位机界面实时显示旋转变压器，光电编码器的位置信息及旋转 变压器的相对误差。每个旋转变压器都有自己的产品编号，测量前输入要测量的旋转变压 器的产品编号，测量完一个旋转变压器后数据可以保存，并自动生成产品合格证。本系统也 支持同一个旋转变压器进行多次测量验证，同一旋转变压器多次重复测量的数据文件以后 缀名区分，如:第一次测量后缀名为_1〇〇,第二次测量后缀名为_1〇1，第三次测量后缀名为_ 102等；同时上位机程序还具有查询功能，点击查询按钮，在弹出的查询窗口的产品编号编 辑框中输入要查询的旋转变压器的产品编号，就可以查询到以前保存的对应的旋转变压器 产品编号的所有数据。
[0072] 虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技 术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因 此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
【主权项】
1. 一种旋转变压器检测评估系统，其特征在于，包括旋转变压器检测装置、光电编码 器、齿轮箱、步进电机、PCI-1710U型数据采集卡W及上位机，其中： 所述上位机被设置用于控制旋转变压器检测评估的执行，包括:控制步进电机动作，从 而驱动齿轮箱动作;接收旋转变压器检测装置W及光电编码器的检测数据并进行比较和误 差分析与评估； 所述上位机通过PCI-1710U型数据采集卡对步进电机发出运转指令； 所述步进电机根据运转指令旋转，该步进电机的输出轴与齿轮箱的输入轴刚性连接并 驱动齿轮箱的输入轴旋转； 所述齿轮箱的输出轴的一端与光电编码器连接，另一端与待检测的旋转变压器的旋转 轴通过联轴器刚性连接，并且该齿轮箱的输出轴被驱动旋转时同时使光电编码器和待检测 的旋转变压器运转； 所述光电编码器的位置信息通过串口传输至上位机，待检测的旋转变压器的位置信息 经由所述旋转变压器检测装置处理后通过PCI-1710U型数据采集卡的I/O 口传输到上位机， 所述上位机将前述两个位置信息进行比较，进行误差分析和评估。2. 根据权利要求1所述的旋转变压器检测评估系统，其特征在于，所述上位机还设置有 显示模块和存储模块，用于实现对误差分析结果的显示与存储。3. 根据权利要求1所述的旋转变压器检测评估系统，其特征在于，所述上位机控制将待 测旋转变压器的整个测量过程分正转一圈、反转一圈两个过程，在测试过程中，对正转和反 转都分别均匀的取4000个测试点，然后将待检测旋转变压器和光电编码器的测量角度在上 位机中解算出来W得到位置信息，求其绝对误差，再和给定的最大误差值比较得到旋转变 压器的检测结果。4. 根据权利要求3所述的旋转变压器检测评估系统，其特征在于，待检测旋转变压器和 光电编码器的位置信息的解算包括： 对于待测旋转变压器的位置解算方式如下： 对于双通道的待测旋转变压器，经过RDC模块，解算得到16位数字量直接通过PCI- 1710U型数据采集卡的并行传输接口，传输到上位机中，分别为： 过0 ,过1,过2 ,过3 ,过4,过自，过6 ,过7 ,过8 ,过9 , aio , ail,过12 ,过13 ,过14,过化 对于上述的曰1取值，i = 1，2，.. 15，具有两种取值，即0、1两个数字量； 对应的位置θ3解算公式为：其中：03的单位为俄制的密位制mil,俄制的mil与通常的角度制的转换关系是360° = 6000mil，ai为双通道旋转变压器经过RDC模块结算出来的数字量，上式中的3000就相当于 角度制中的180% 对于单通道旋转变压器，经过RD对莫块，解算得到12位数字量分别为： bo，bi，b2，b3，b4，bs，bs，b?，bs，bg，bio，bn 其中bi取值，只有0或者1两种状态的数字量； 对应单通道旋转变压的位置0b解算公式为：对于光电编码器位置信息的解算如下： 光电编码器的位置信号并不是直接通过PCI-1710U型数据采集卡的I/O数据接口，直接 传输到上位机的，而是通过串行通信接口RS485将其传输到上位机，采取的通信协议如下A5 5A XX XX XX XX，其中A5 5A是通信协议的帖头，后面8个16进制的数据，其中前12位为数据 位，分为低中高立个字段的数据，分别为低8位，中8位，高8位，真实有效的数据位为低8位， 中8位W及高1位，为17个数据位，运17个数据位表示如下： C0 , C1, C2，C3，C4，C己,C6，C7，C8，C9，CIO , C11, C12，C13，C14，C1己,C16 Cl的取值只有0或者1两种状态的数字量； 对于光电编码器的角度Θ。解算如下5.根据权利要求3所述的旋转变压器检测评估系统，其特征在于，上位机根据下述设定 判定待测旋转变压器的检测结果： 当待测旋转变压器为双通道变压器的时候，判断规则如下： 当max( I 9ai-0ci I )< Δ 03时，待测旋转变压器合格； 其中i的取值为0~3999, Δ Θ。为本批产品的最大允许绝对误差值，0ai，0d为同一时刻待 检测旋转变压器和光电编码器检测到的角度值，即前述结算得到的角度信息； 当max( I 0ai-0ci I )〉Δ 03时，待测旋转变压器不合格； 待检测的旋转变压器为单通道变压器的时候，判断规则如下： 当max( I目bi-目ci I )< A 0b时，待测旋转变压器合格； 其中i的取值为0~3999, Δ 0b为本批产品的最大允许绝对误差值，0bi，0d为同一时刻待 检测旋转变压器和光电编码器检测到的角度值，即前述结算得到的角度信息； 当max( I 0bi-目ci I )〉Δ 0b时，待测旋转变压器不合格。
【文档编号】G01B7/30GK106091917SQ201610458030
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月22日
【发明人】陈机林, 刘超, 侯远龙, 王超, 陈梦, 余世航, 侯润民, 汤巧戈, 孙浩, 姚松坡
【申请人】南京理工大学