CN108872891B - 测量比例电磁铁动作响应时间和速度的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量比例电磁铁动作响应时间和速度的装置，所述继电器用于控制接通/关闭电磁铁电源；所述参考信号采样电路用于记录电磁铁激发信号；所述振动信号采样电路用于采集振动传感器的振动信号；所述记录仪有两个通道，参考信号采样电路接入第一通道，振动信号采样电路接入第二通道，记录仪将采集的两路信号传递给中央处理器，通过上位机显示并分析信号曲线；所述单片机发出阶跃脉冲信号，控制继电器以及记录仪的动作。并公开了测量比例电磁铁动作响应时间和速度的方法。本发明可用于对电磁铁动作响应性能进行有效检测，为不同种类、不同批次、不同个体的电磁铁进行定量分析提供了依据。

Description

测量比例电磁铁动作响应时间和速度的装置及方法

技术领域

本发明涉及到一种测量比例电磁铁动作响应时间和衔铁速度的装置，属于电磁控制领域。

背景技术

常用的比例阀大都采用了比例电磁铁，比例电磁铁根据电磁原理设计，能使其产生的机械量(力或力矩和位移)与输入电信号(电流)的大小成比例，再连续控制液压阀阀心的位置，进而实现连续控制液压系统的压力、方向和流量。比例电磁铁由线圈、衔铁、推杆等组成，当有信号输入线圈时，线圈内磁场对衔铁产生作用力，衔铁在磁场中按信号电流的大小和方向成比例、连续地运动，再通过固连在一起的销钉带动推杆运动，从而控制滑阀阀心的运动。

对比例电磁铁的主要技术要求有：①水平的位移力特性，即在比例电磁铁有效工作行程内，当线圈电流一定时，其输出力保持恒定，与位移无关；②稳态电流力特性，具有良好的线性度，较小的死区及滞回；③动态特性阶跃响应快，频响高。

电磁铁从线圈加电到衔铁运动达到最大行程所用时间，即动作响应时间，表征了电磁铁响应的灵敏性，是其一项重要技术指标，比例电磁铁的动态响应特性之一便是衡量该指标。响应时间与速度在不同比例电磁铁间存在的个体差异比较大，因此，经常需要对比例电磁铁动作响应时间和速度进行测量。电磁铁动态响应特性测量，目前通常只做“力响应”测量，即给电磁铁上电到出现额定力输出时所用时间。而电磁铁动态响应另一个特性——“动作时间响应”，即从电磁铁上电到衔铁移动到最大位置(限位片，限位片一般均固定在壳体上)所用时间，由于难于预先掌握不同个体的电磁铁衔铁实际移动距离，采用一般的位置传感器常常被衔铁推杆顶坏、或存在较大测量误差并增加测量的复杂性，从而导致测量精度低，测量难度大，目前几乎不做“动作时间响应”这方面的测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量比例电磁铁动作响应时间和速度的装置。

本发明采用的技术方案为：一种测量比例电磁铁动作响应时间和速度的装置，包括：电源继电器、阶跃信号发生单元、参考信号采样电路、振动传感器、振动信号采样电路、记录仪、单片机系统、上位机，所述阶跃信号发生单元，产生阶跃脉冲信号，加载到电源继电器上；所述电源继电器用于控制接通/关闭电磁铁电源；所述参考信号采样电路与电磁铁线圈并联，用于采集激发电磁铁衔铁动作的电脉冲信号；所述振动传感器贴紧在电磁铁壳体任意位置上，由于振动传感器与衔铁推杆不直接接触，不会受到衔铁推杆撞击；所述振动信号采样电路用于采集振动传感器的振动信号，振动信号来自于衔铁在腔体中的移动及衔铁移动到最大位置时与限位片的撞击；所述记录仪有两个通道，参考信号采样电路接入第一通道，振动信号采样电路接入第二通道，记录仪将同步采集的两路信号传递给单片机系统；所述上位机，接收单片机系统传来的数据，显示并分析信号曲线，并向单片机发出控制指令；所述单片机系统，发出阶跃脉冲信号控制电源继电器，以及控制记录仪，接收记录仪数据，向上位机发送数据，接收上位机控制指令，控制功率电源输出，单片机控制的记录仪采样频率可以设定，基于单片机的记录仪采样频率高、采样周期短，从而提高了测量的时间分辨率，上述两种因素均导致了电磁铁的动作响应时间测量精度的提高。

本发明还公开了一种测量比例电磁铁动作响应时间和速度的方法，基于上述的装置实现，其步骤包括：

(1)、单片机产生阶跃脉冲信号，加载到电源继电器上；

(2)、电源继电器连接功率电源，控制接通电磁铁电源，从而激发电磁铁衔铁运动；

(3)、参考信号采样电路采集激发电磁铁衔铁运动的电压信号，并传送至记录仪第一通道；

(4)、振动传感器感应衔铁运动及衔铁撞击限位片产生的振动信号，其中撞击处对应衔铁最大行程位置，撞击时产生的振动信号幅度最大，振动信号采样电路采集该振动信号并传送至记录仪第二通道；振动传感器不与衔铁推杆接触，不会受到撞击。

(5)、记录仪将采集的两路信号通过单片机传递给上位机，上位机根据两路信号绘制出两条时域曲线。以电磁铁获得的电压激发信号作为参考信号，通过分析比较振动信号的峰值位置和参考信号跃变位置，即得到该电磁铁的动作响应时间和速度。

本发明的有益效果为：本发明通过单片机产生特定的电流激发信号加载至被测的电磁铁上，参考信号采样电路采集电磁铁所承受的激发信号，然后与振动传感器感应衔铁运动产生的振动信号进行参比，由于单片机控制的记录仪以固定的频率同步采集记录激发信号和振动信号，通过分析比较振动信号峰值位置和参考信号跃变位置，可以得到衔铁在确定行程内的运动时间，即可直接得到该电磁铁的动作响应时间和速度，不需要对两路信号的时间延迟进行测量与校准，提高了测量的精度。由于使用的振动传感器，不与衔铁推杆直接接触，不仅不易被撞击损坏，而且灵敏度高于一般的机械触发式传感器，最关键的是还有助于提高测量精度，既无光电式传感器光束大小影响测量精度,也无力传感器测量时对衔铁的反作用力带来的测量误差，因此感应信号更准确可靠、测量精度更高；并且基于单片机的记录仪采样频率高、采样周期短，从而提高了时间分辨率，上述两种因素均导致了电磁铁的动作响应时间测量精度的提高。速度可通过响应时间与运动行程直接得到。本发明测量比例电磁铁动作响应时间和速度的装置和方法可用于对电磁铁动作响应性能进行有效检测，为不同种类、不同批次、不同个体的电磁铁进行定量分析提供了依据，能够提供给生产企业和产品用户一种有效的检测手段，可以避免生产的盲目性和使用的随机性，保证了产品品质。

附图说明

图1为测量比例电磁铁动作响应时间和速度的装置结构示意图。

图2为测量比例电磁铁动作响应时间和速度的装置的测量电路原理图

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

具体实施方式

实施例1

本测量比例电磁铁动作响应时间和速度的装置，包括：电源继电器K1、阶跃信号发生单元Q1，参考信号采样电路R2、振动传感器LS1、振动信号采样电路U1、记录仪J1、单片机系统S1、上位机P1，所述阶跃信号发生单元Q1，产生阶跃脉冲信号，加载到电源继电器K1上；所述电源继电器K1用于控制接通/关闭电磁铁电源V1；所述参考信号采样电路R2与电磁铁MG1线圈并联，用于采集激发电磁铁MG1衔铁动作的电脉冲信号；所述振动传感器LS1贴紧在电磁铁MG1壳体上，所述振动信号采样电路U1用于采集振动传感器LS1的接收到振动信号，振动信号来自于衔铁在腔体中的移动及衔铁移动到最大位置时与限位片的撞击；所述记录仪J1有两个通道，参考信号采样电路R2接入第一通道，振动信号采样电路U1接入第二通道，记录仪J1将同步采集的两路信号传递给单片机系统S1；所述上位机P1，接收单片机系统S1传来的数据，显示并分析参考信号和振动信号曲线，并向单片机S1发出控制指令；所述单片机系统S1，指示阶跃信号发生单元Q1发出阶跃脉冲信号控制电源继电器K1，以及控制记录仪J1，接收记录仪J1数据，向上位机P1发送数据，接收上位机P1控制指令，控制功率电源V1输出。

实施例2

测量比例电磁铁动作响应时间和速度的方法，基于实施例1的装置实现，其步骤包括：

(1)、单片机产生阶跃脉冲信号，加载到电源继电器上；脉冲宽度10毫秒～5000毫秒，脉冲幅度0～5V，阶跃信号上升/下降时间<1微秒。

(2)、电源继电器连接功率电源，控制接通电磁铁电源，从而激发电磁铁衔铁运动；功率电源受单片机控制，输出功率可调。

(3)、参考信号采样电路采集激发电磁铁衔铁运动的电压信号，并传送至记录仪第一通道；通过取样电路，得到电磁铁线圈获得的电压数据，进而得到线圈上电的时刻，指示出衔铁开始运动的时刻。

(4)、振动传感器紧贴电磁铁壳体，不必与衔铁接触，感应衔铁运动及衔铁撞击限位片产生的振动信号，其中衔铁撞击处对应衔铁最大行程位置，撞击时产生的振动信号幅度最大，振动信号采样电路采集该振动信号并传送至记录仪第二通道；电磁铁线圈上电后，衔铁开始平稳滑动，采样信号基本稳定，当衔铁运动到最大行程处撞击到限位片，采样信号发生剧烈变化，指示出衔铁运动结束时刻。

(5)、记录仪将采集的两路信号通过单片机传递给上位机，上位机根据两路信号绘制出两条时域曲线。以电磁铁获得的电压激发信号作为参考信号，分析比较振动信号的峰值位置和参考信号跃变位置，得到衔铁在确定行程内的运动时间，即可得到该电磁铁在特定工作电压(或电流)下的动作响应时间。由电磁铁运动行程，通过计算，可以得到衔铁运动的平均速度。

上面对本申请的各种实施方式的描述以描述的目的提供给本领域技术人员。其不旨在是穷举的、或者不旨在将本发明限制于单个公开的实施方式。如上所述，本申请的各种替代和变化对于上述技术所属领域技术人员而言将是显而易见的。因此，虽然已经具体讨论了一些另选的实施方式，但是其它实施方式将是显而易见的，或者本领域技术人员相对容易得出。本申请旨在包括在此已经讨论过的本发明的所有替代、修改、和变化，以及落在上述申请的精神和范围内的其它实施方式。

Claims (1)

1.一种测量比例电磁铁动作响应时间和速度的方法，基于测量比例电磁铁动作响应时间和速度的装置实现，其步骤包括：

(1)、单片机系统指示阶跃信号发生单元产生阶跃脉冲信号，加载到电源继电器上；

(2)、电源继电器连接功率电源，控制接通电磁铁电源，从而激发电磁铁衔铁运动；

(3)、参考信号采样电路采集激发电磁铁衔铁运动的电压信号，并传送至记录仪第一通道；

(4)、振动传感器感应衔铁运动及衔铁撞击限位片产生的振动信号，其中撞击处对应衔铁最大行程位置，撞击时产生的振动信号幅度最大，振动信号采样电路采集该振动信号并传送至记录仪第二通道；振动传感器不与衔铁推杆接触，不会受到撞击；

(5)、记录仪将采集的两路信号通过单片机系统传递给上位机，上位机根据两路信号绘制出两条时域曲线，以电磁铁获得的电压激发信号作为参考信号，分析比较振动信号的峰值位置和参考信号跃变位置，得到衔铁在确定行程内的运动时间，即可得到该电磁铁的动作响应时间和速度；

其中采用的测量比例电磁铁动作响应时间和速度的装置，包括：电源继电器、阶跃信号发生单元、参考信号采样电路、振动传感器、振动信号采样电路、记录仪、单片机系统、上位机；

所述阶跃信号发生单元，产生阶跃脉冲信号，加载到电源继电器上；

所述电源继电器用于控制接通/关闭电磁铁电源；

所述参考信号采样电路与电磁铁线圈并联，用于采集激发电磁铁衔铁动作的电压信号；

所述振动传感器贴紧在电磁铁壳体上，不会受到衔铁推杆撞击；

所述振动信号采样电路用于采集振动传感器的振动信号，振动信号来自于衔铁在腔体中的移动及衔铁移动到最大位置时与限位片的撞击；

所述记录仪有两个通道，参考信号采样电路接入第一通道，振动信号采样电路接入第二通道，记录仪将同步采集的两路信号传递给单片机系统；

所述单片机系统，控制阶跃信号发生单元产生阶跃脉冲信号驱动电源继电器，以及控制记录仪，接收记录仪数据，向上位机发送数据，接收上位机控制指令，控制功率电源输出；

所述上位机，接收单片机系统传来的数据，显示并分析信号曲线，并向单片机发出控制指令。

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