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CN111197955B - 一种电感传感器校准装置及电感传感器校准方法 - Google Patents

一种电感传感器校准装置及电感传感器校准方法 Download PDF

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CN111197955B CN202010029796.9A CN202010029796A CN111197955B CN 111197955 B CN111197955 B CN 111197955B CN 202010029796 A CN202010029796 A CN 202010029796A CN 111197955 B CN111197955 B CN 111197955B
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段章领
张立银
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Hefei Hegong Anchi Intelligent Technology Co ltd
Xian University of Posts and Telecommunications
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Abstract

本发明涉及一种电感传感器校准装置及电感传感器校准方法，电感传感器校准装置包括装置座，定义空间内垂直相交的三个方向分别为X方向、Y方向和Z方向，装置座上设置有导向方向沿X方向延伸的导轨，导轨上导向移动装配有用于相应电感传感器沿Y方向布置安装的传感器座，装置座上于所述传感器座的一侧设置有标准块，标准块具有用于与电感传感器的测量端相对布置的标准平面，标准平面垂直于X方向和Y方向所在平面，标准平面与Z方向和X方向所在平面倾斜相交。本发明实现了对非常温工作环境下的电感传感器的校准。

Description

一种电感传感器校准装置及电感传感器校准方法
技术领域
本发明涉及检定校准领域中的电感传感器校准装置及电感传感器校准方法。
背景技术
传感器作为获取自然界信息的源头，是进行工业生产，科学研究等领域不可或缺的重要元件。电感传感器是线位移传感器的一种，得益于其结构简单、灵敏度高、输出功率大、输出阻抗小、抗干扰能力强及测量精度高等一系列优点，在工业、科研、军事、航空航天等领域发挥着重要作用。
电感传感器的使用过程中，校准是保证电感传感器精度的关键步骤，电感传感器本身通常输出的值为电压值，通过外在基准和待校准的电感传感器进行比对，才能将电感传感器输出电压值和对应位移量的关系确定。
目前，我国已经提出《线位移传感器校准规范》(JJF 1305-2011)，对包括电感传感器在内的线位移传感器校准方法进行了规定，但其所用的方法只适用于常温的实验室环境中。对于一些温度无法保证恒温的应用场合，比如工厂，野外，太空等，其温度的变化，会造成电感传感器线圈发生热变形及阻抗变化，影响其电磁性能，使输出特性发生变化，最终造成精度的大幅下降。
现有的校准方法无法在不同温度下对电感传感器进行重新校准，因为校准所依赖的基准，比如更高精度的线位移传感器，在温度变化时同样会发生精度失效的问题。因此，高低温下电感传感器的校准问题亟待提出有效的解决方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电感传感器校准装置，以实现对非常温工作环境下的电感传感器进行校准；本发明的目的还在于该电感传感器校准装置的电感传感器校准方法。
为解决上述技术问题，本发明中位移传感器校准装置的技术方案如下：
一种电感传感器校准装置，包括装置座，定义空间内垂直相交的三个方向分别为X方向、Y方向和Z方向，装置座上设置有导向方向沿X方向延伸的导轨，导轨上导向移动装配有用于相应电感传感器沿Y方向布置安装的传感器座，装置座上于所述传感器座的一侧设置有标准块，标准块具有用于与电感传感器的测量端相对布置的标准平面，标准平面垂直于X方向和Y方向所在平面，标准平面与Z方向和X方向所在平面倾斜相交。
装置座、导轨、标准块的均由因瓦合金、大理石或石英石材料制成。
装置座上设置有与传感器座传动连接以驱动传感器座沿X方向往复移动的驱动机构。
所述驱动机构包括电机和与电机传动连接的轴线沿X方向延伸的传动丝杠，传感器座上设置有与传动丝杠传动配合的丝母结构。
传感器座包包括下侧座体部分和通过螺栓连接于下侧座体部分上的上侧座体部分，上侧座体部分、下侧座体部分的相对侧面上开设有沿Y方向延伸的供电传感器定位安装的V形定位槽。
装置座上开设有两个轴线沿Z方向延伸的同心设置的弧形调节孔，各弧形调节孔的底部开设有弧形螺母安装槽，标准块上开设有与弧形调节孔对应布置的螺栓穿孔，螺栓穿孔与对应的弧形调节孔中穿装有轴线沿上下方向延伸的固定螺栓，固定螺栓的一端旋有位于所述弧形螺母安装槽中的螺母。
本发明中电感传感器校准方法的技术方案为：
该方法包括以下步骤，
1)、调整电感传感器校准装置所处环境温度至常温，电感传感器的测量端朝向标准块的标准平面，传感器座带着电感传感器沿导轨移动，电感传感器的移动范围使得电感传感器的输出覆盖电感传感器的整个量程范围，在标准平面上沿电感传感器的移动范围内均匀设置N各个校准点，在电感传感器每移动至一个校准点时，记录电感传感器的输出值，分别即为V0，V1，…，VN；
2)、测量V0，V1，…，VN所对应的校准点位置，标准平面上各点相对于V0校准点在Y方向上的位置变化量，分别记为L0，L1，…，LN；
3)、调整电感传感器校准装置所处的环境温度至所需校准的温度值，传感器座带着电感传感器重新经过所述校准点，来回往复M个循环，将每个循环从V0至VN记为正行程，从VN至V0记为反行程，
将各正行程各校准点，电感传感器的输出值记为：
VZ1,0，VZ1,1…VZ1,N；
VZ2,0，VZ2,1…VZ2,N；
…
VZM,0，VZM,1…VZM,N；
将各反行程各校准点，电感传感器的输出值记为：
VF1,0，VF1,1…VF1,N；
VF2,0，VF2,1…VF2,N；
…
VFM,0，VFM,1…VFM,N；
4)，采用最小二乘法计算获取校准结果参比直线方程，计算公式如下：
参比直线方程
L＝KV+L0(1)
其中V为电感传感器电压值，作为输入，L为位移值，作为输出
Figure BDA0002363850220000041
Figure BDA0002363850220000042
Figure BDA0002363850220000043
Figure BDA0002363850220000044
本发明的有益效果为：在需要在某一设定温度对电感传感器进行校准时，首先通过方法的第一步获得常温环境下，待校准电传感器各校准点所对应的测量位移值，然后，调整环境温度至设定温度，获得待校准电传感器各校准点所对应的测量位移值，通过计算获取校准结果。利用待校准的电感传感器在常温下的现有高精度测量结果作为校准基础数据，无需借助外部基准，因此适用性强，同时也避免了外部基准高低温环境下的精度失效问题。
附图说明
图1是本发明中电感传感器校准装置的一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
一种电感传感器校准装置的实施例如图1所示：定义空间内垂直相交的三个方向分别为X方向、Y方向和Z方向。包括装置座11，装置座11整体为具有高位1和低位13的台阶结构，装置座的低位处设置有导向方向沿X方向延伸的导轨14，导轨14上导向移动装配有用于相应电感传感器安装的传感器座，装置座上还设置有驱动传感器座沿导轨往复移动的驱动机构，在本实施例中，驱动机构包括电机9和与电机传动连接的轴线沿X方向延伸的传动丝杠16，传感器座上设置有与传动丝杠16传动配合的丝母结构。装置座的低位处沿X方向间隔固定有电机座12和轴承架17，电机9固定于电机座12上，传动丝杠16的两端分别通过对应的滚珠轴承转动装配于电机座12和轴承架17上，传动丝杠16与电机9的电机轴之间通过联轴器相连，电机座和轴承架上通过螺栓连接有轴承端盖10。
传感器座包括下侧座体部分和通过螺栓连接于下侧座体部分15上的上侧座体部分18，上侧座体部分、下侧座体部分的相对侧面上开设有沿Y方向延伸的供电传感器定位安装的V形定位槽19。使用时将待检定的电感传感器7布置于V形定位槽19中，电感传感器7的轴线沿Y方向设置，通过螺栓将上侧座部分固定于下侧座部分上，就实现了对电感传感器的固定。图中项5表示电感传感器的测量端。
装置座的高位处设置有标准块3，本实施例的标准块为一个长方体块，标准块朝向传感器座的一侧侧面形成了用于与电感传感器的测量端相对布置的标准平面4，标准平面垂直于X方向和Y方向所在平面，标准平面与Z方向和X方向所在平面倾斜相交。在本实施例中，装置座上开设有两个轴线沿Z方向延伸的同心设置的弧形调节孔8，各弧形调节孔的底部开设有弧形螺母安装槽，标准块上开设有与弧形调节孔对应布置的螺栓穿孔，螺栓穿孔与对应的弧形调节孔中穿装有轴线沿上下方向延伸的固定螺栓，固定螺栓的一端旋有位于所述弧形螺母安装槽中的螺母，松开螺母，可以调整标准平面的倾斜角度。在本实施例中，装置座、标准块、导轨、传感器座均由因瓦合金、大理石或石英石这类的低热膨胀材料制成。这类材料属于低热膨胀材料，在温度变化时，自身涨缩变形极小，也就是说温度变化时，其自身不会发生涨缩变形。
电感传感器校准装置的基本使用过程为，将待校准的电感传感器固定于传感器座的V形定位槽中，电感传感器的轴线沿Y方向布置，电感传感器的测量端朝向标准平面。电机通过传动丝杠带动传感器座沿X方向往复移动，电感传感器的测量端为一个伸缩测量头，伸缩测量头与标准平面接触，在标准平面的顶推作用下，伸缩测量头的伸缩量产生变化，会产生不同输出电压，电感传感器测标准平面上各校准点在Y方向上的位移变化量。在本发明的其它实施例中，驱动机构与传感器座之间的传动也可以不通过丝杠丝母来实现，比如说驱动机构包括电动推杆，电动推杆与传感器座相连而带着传感器座往复移动；弧形调节孔也可以不设，此时标准块可以直接通过螺栓固定于装置座上，只是标准块的倾斜角度是不能调整的。
电感传感器校准方法的实施例如图1所示，该方法包括以下步骤：1)、调整电感传感器校准装置所处环境温度至常温，具体操作时，可以将电感传感器置于恒温实验室中，通过恒温试验室调整电感传感器的环境温度，恒温试验室为现有技术，在此不再详述，电感传感器校准装置的具体结构与上述各电感传感器校准装置实施例相同，在此不再详述，电感传感器的测量端朝向标准块的标准平面，传感器座带动电感传感器沿导轨移动，电感传感器的移动范围使得电感传感器的输出覆盖电感传感器的整个量程范围，在标准平面上将电感传感器的移动范围内均匀设置N个校准点，分别即为V0，V1，…，VN，本实施例中N＝11；
2)、测量V0，V1，…，VN所对应的校准点位置，标准平面上各校准点相对于V0校准点在Y方向上的位移变化量，分别记为L0，L1，…LN，该位移变化量即电感传感器在每个校准点位置时的位移测量值；
3)、调整电感传感器校准装置所处的环境温度至所需校准的温度值，传感器座带着电感传感器重新经过所述校准点，来回往复M个循环，将每个循环从V0至VN记为正行程，从VN至V0记为反行程，在本实施例中，M＝3；
将各正行程各校准点，电感传感器的输出值记为：
VZ1,0，VZ1,1…VZ1,N；
VZ2,0，VZ2,1…VZ2,N；
…
VZM,0，VZM,1…VZM,N；
将各反行程各校准点，电感传感器的输出值记为：
VF1,0，VF1,1…VF1,N；
VF2,0，VF2,1…VF2,N；
…
VFM,0，VFM,1…VFM,N；
4)，采用最小二乘法计算获取校准结果参比直线方程，计算公式如下：
参比直线方程
L＝KV+L0(1)
其中V为电感传感器在第三步时各对应校准点所输出的电压值，作为输入，L为电感传感器在第三步时各对应校准点所测量的位移值，作为输出
Figure BDA0002363850220000071
Figure BDA0002363850220000072
Figure BDA0002363850220000073
Figure BDA0002363850220000074
本发明基于高低温环境下电感传感器校准的实际需求，将低热膨胀材料自身在温度变化条件下的结构稳定性，和电感传感器在常温环境下的现有高精度特性结合，提出了非常温环境下的校准硬件系统和相应的校准方法。本发明中的电感传感器校准方法，完全利用待校准的电感传感器在常温环境下的现有高精度校准结果，无需借助外部基准，因此适用性强，同时也避免了外部基准高低温环境下的精度失效问题，校准结果可靠性高。

Claims (6)

1.一种电感传感器校准方法，该方法包括以下步骤，
1)、调整电感传感器校准装置所处环境温度至常温，电感传感器的测量端朝向标准块的标准平面，传感器座带着电感传感器沿导轨移动，电感传感器的移动范围使得电感传感器的输出覆盖电感传感器的整个量程范围，在标准平面上沿电感传感器的移动范围内均匀设置N各个校准点，在电感传感器每移动至一个校准点时，记录电感传感器的输出值，分别即为V0，V1，…，VN；
2)、测量V0，V1，…，VN所对应的校准点位置，标准平面上各点相对于V0校准点在Y方向上的位置变化量，分别记为L0，L1，…，LN；
3)、调整电感传感器校准装置所处的环境温度至所需校准的温度值，传感器座带着电感传感器重新经过所述校准点，来回往复M个循环，将每个循环从V0至VN记为正行程，从VN至V0记为反行程，
将各正行程各校准点，电感传感器的输出值记为：
VZ1,0，VZ1,1…VZ1,N；
VZ2,0，VZ2,1…VZ2,N；
…
VZM,0，VZM,1…VZM,N；
将各反行程各校准点，电感传感器的输出值记为：
VF1,0，VF1,1…VF1,N；
VF2,0，VF2,1…VF2,N；
…
VFM,0，VFM,1…VFM,N；
4)，采用最小二乘法计算获取校准结果参比直线方程，计算公式如下：
参比直线方程
L＝KV+L0 (1)
其中V为电感传感器电压值，作为输入，L为位移值，作为输出
Figure FDA0002995101200000021
Figure FDA0002995101200000022
Figure FDA0002995101200000023
Figure FDA0002995101200000024
电感传感器校准装置包括装置座，定义空间内垂直相交的三个方向分别为X方向、Y方向和Z方向，装置座上设置有导向方向沿X方向延伸的导轨，导轨上导向移动装配有用于相应电感传感器沿Y方向布置安装的传感器座，装置座上于所述传感器座的一侧设置有标准块，标准块具有用于与电感传感器的测量端相对布置的标准平面，标准平面垂直于X方向和Y方向所在平面，标准平面与Z方向和X方向所在平面倾斜相交。
2.根据权利要求1所述的电感传感器校准方法，其特征在于：装置座、导轨、标准块均由因瓦合金、大理石或石英石材料制成。
3.根据权利要求1所述的电感传感器校准方法，其特征在于：装置座上设置有与传感器座传动连接以驱动传感器座沿X方向往复移动的驱动机构。
4.根据权利要求3所述的电感传感器校准方法，其特征在于：所述驱动机构包括电机和与电机传动连接的轴线沿X方向延伸的传动丝杠，传感器座上设置有与传动丝杠传动配合的丝母结构。
5.根据权利要求1所述的电感传感器校准方法，其特征在于：传感器座包括下侧座体部分和通过螺栓连接于下侧座体部分上的上侧座体部分，上侧座体部分、下侧座体部分的相对侧面上开设有沿Y方向延伸的供电感传感器定位安装的V形定位槽。
6.根据权利要求1～5任意一项所述的电感传感器校准方法，其特征在于：装置座上开设有两个轴线沿Z方向延伸的同心设置的弧形调节孔，各弧形调节孔的底部开设有弧形螺母安装槽，标准块上开设有与弧形调节孔对应布置的螺栓穿孔，螺栓穿孔与对应的弧形调节孔中穿装有轴线沿上下方向延伸的固定螺栓，固定螺栓的一端旋有位于所述弧形螺母安装槽中的螺母。
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