CN111693772B - 一种悬浮传感器间隙测量幅频响应测试***及测试方法 - Google Patents

一种悬浮传感器间隙测量幅频响应测试***及测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明的测试方法简单，易于操作，且测试准确度高；基于本方法很容易构建自动化测试***；将数据采集单元增加电子开关、DDS模块和功放模块，取代***中的选择开关、示波器和信号发生器，线圈模块输出最终连接到FPGA模块，由FPGA模块对工作频率进行测量，通过电子开关切换，FPGA模块控制DDS模块输出所需正弦波经功放模块放大后接入线圈模块，所有的控制在FPGA程序中执行，这也是本***的优选实施例。

Description

一种悬浮传感器间隙测量幅频响应测试***及测试方法
技术领域
本发明涉及电涡流位移传感器技术领域，尤其涉及一种悬浮传感器间隙测量幅频响应测试***及测试方法。
背景技术
磁浮列车悬浮传感器间隙测量采用电涡流位移传感器技术，不受雨水、灰尘的影响。典型的悬浮传感器重量约2.5kg，间隙测量量程达20mm，幅频响应带宽达0～1000Hz以上。计算频率1000Hz、振幅2mm条件下的正弦振动加速度值约为4024g。一般电涡流位移传感器幅频响应测试可通过在电磁振动台上振动测试完成。但要在电磁振动台进行悬浮传感器以上参数的振动测试，非常困难。因此，悬浮传感器间隙测量的幅频响应技术指标，是通过电路设计达到和制造过程中电路实验验证的，目前对生产后的成品进行幅频响应测试没有好的方法。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种测试***与方法，能够对悬浮传感器间隙测量幅频响应进行测试，操作简单，测试成本低。本方法还适用于所有它激式电涡流位移传感器的幅频响应测试。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：一种悬浮传感器间隙测量幅频响应测试***，包括工作频率测量与信号激励单元、悬浮传感器、数据采集单元、直流电源和上位机，其中：
所述工作频率测量与信号激励单元与所述悬浮传感器通过电磁信号连接；所述数据采集单元分别与所述悬浮传感器和上位机电连接，所述上位机读取所述悬浮传感器测量输出信号；所述直流电源与所述数据采集单元连接；
所述悬浮传感器用于测量磁浮列车的悬浮间隙，如高速磁浮列车长定子表面与电磁铁之间的间隙，中低速磁浮列车电磁铁磁极表面与F轨之间的间隙，所述悬浮传感器有多个间隙测量通道；
所述工作频率测量与信号激励单元包括线圈模块、选择开关、示波器和信号发生器，所述线圈模块通过选择开关连接示波器或信号发生器；所述信号发生器输出电信号激励线圈模块，所述示波器测量线圈模块输出的电压波形频率；
所述数据采集单元至少包括RS485模块、FPGA模块和通信模块，所述RS485模块的输入端与所述悬浮传感器的输出端连接，所述RS485模块输出端与所述FPGA模块的输入端连接，所述FPGA模块输出端连接到通信模块，所述通信模块将采集的悬浮传感器测量输出信号发送给上位机。
优选地，所述悬浮传感器内设置有间隙测量线圈，所述间隙测量线圈以恒定频率工作，产生一个恒频等幅正弦波，其频率为fa。
优选地，所述线圈模块平行贴近所述间隙测量线圈，当所述间隙测量线圈工作时，所述线圈模块感应输出电压并通过所述示波器测量输出电压波形的频率。
优选地，所述线圈模块包括电磁线圈、并联电容和串联电阻，所述并联电容与电磁线圈并联后再与所述串联电阻进行串联；电容与电磁线圈的谐振频率大于所述间隙测量线圈的工作频率；所述串联电阻用于信号发生器过载保护。
优选地，所述选择开关为单刀双掷型开关。
优选地，所述数据采集单元还包括电源模块，所述电源模块分别与所述RS485模块、FPGA模块、通信模块以及悬浮传感器连接用以提供工作电源。
优选地，所述RS485模块接收所述悬浮传感器的输出信号并对输出信号进行电平转换；所述FPGA模块对于对电平转换后的信号进行解码。
优选地，所述直流电源为24V。
优选地，所述上位机连接数据采集单元，用于接收悬浮传感器间隙测量数据，并对数据进行记录和分析计算，生成测试报告。
一种悬浮传感器间隙测量幅频响应测试方法，应用了上述的一种悬浮传感器间隙测量幅频响应测试***，该方法包括以下步骤：
S1:连接***，直流电源接入数据采集单元，数据采集单元与上位机电连接，悬浮传感器与数据采集单元电连接，所述上位机读取悬浮传感器测量输出，确保悬浮传感器处于正常工作状态；
S2:示波器读取线圈模块输出波形频率，该频率等于悬浮传感器间隙测量线圈的工作频率fa；
S3:设定信号发生器输出正弦波频率为fb＝fa-50,调整信号发生器输出正弦波的幅度，通过上位机读取悬浮传感器间隙测量输出幅度A，直到A等于预设值Aref；
S4:调整信号发生器输出正弦波频率fb，取fb＝fa-fs，所述fs按线性或对数递增，所述上位机分别读取和记录不同fs值条件下悬浮传感器间隙测量输出幅值Ai，直到Ai<＝0.707Aref；
S5:更换悬浮传感器间隙测量通道，重复步骤S1-S4的测试过程，完成所有间隙测量通道的测试；
S6：所述上位机根据所有通道的测试数据生成测试报告，测试结束。
本发明有益的技术效果：本发明整个测试***结构简单，无需大型电磁振动台，造价经济，测试成本低；测试方法简单，易于操作，且测试准确度高；基于本方法很容易构建自动化测试***，提高测试效率。本发明还适用于所有它激式电涡流位移传感器的幅频响应测试。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据附图获得其它的附图
图1为本发明的一种悬浮传感器间隙测量幅频响应测试***组成框图；
图2为工作频率测量与信号激励单元结构图；
图3为本发明的一种悬浮传感器间隙测量幅频响应测试方法流程图；
图4为悬浮传感器间隙测量幅频响应测试时激励与响应波形图；
图5为使用本测试***与方法的一组记录和计算数据；
图6为使用本测试***与方法的一份测试报告。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
首先为了更好地理解本实施例，对与本申请的一些专有名词进行解析，本申请中涉及的幅频响应是指输入信号幅度固定，输出信号的幅度随频率变化而变化的规律，信号通过***之后的输出信号的幅度与它输入时的信号的幅度的比值叫做幅频响应。本技术领域内输入信号常称为激励，输出信号常称为响应。
对应到本申请中指的是悬浮传感器测量间隙在量程范围内快速变化，变化产生的幅度固定不变，变化的快慢为频率，悬浮传感器的间隙测量输出随此频率变化而变化。在本申请中，线圈模块平行贴近悬浮传感器间隙测量线圈的距离不变，信号发生器输出连接到电磁线圈的电压幅度不变，基于电磁感应原理，使得悬浮传感器测量间隙幅度固定不变，通过调整信号发生器输出频率改变测量间隙的变化频率。
本发明实施例一种悬浮传感器间隙测量幅频响应测试***如图1所示，包括工作频率测量与信号激励单元1、悬浮传感器2、数据采集单元3、直流电源4、上位机5。
所述工作频率测量与信号激励单元1与所述悬浮传感器2通过电磁信号连接；所述数据采集单元3分别与所述悬浮传感器2和上位机5电连接，所述上位机5读取所述悬浮传感器2测量输出信号；所述直流电源4与所述数据采集单元3连接，所述直流电源为24V，用于提供供电；
所述悬浮传感器2用于测量长定子轨道齿槽(长定子铺设在磁浮列车轨道上)与磁浮列车电磁铁之间的间隙。所述悬浮传感器2内设置有间隙测量线圈，所述间隙测量线圈以恒定频率工作，产生一个恒频等幅正弦波，其频率为fa。
所述工作频率测量与信号激励单元1包括线圈模块11、选择开关12、示波器13和信号发生器14，所述线圈模块11通过选择开关12连接示波器13或信号发生器14，具体地，选择开关12为单刀双掷型开关，当线圈模块11通过选择开关12连接示波器13时，通过示波器13测量线圈模块11输出的电压波形频率，当线圈模块11通过选择开关12连接信号发生器14时，信号发生器14输出电信号激励线圈模块11。
所述线圈模块11平行贴近所述间隙测量线圈，当所述间隙测量线圈工作时，所述线圈模块11感应输出电压并通过所述示波器测量输出电压波形的频率。
进一步地，工作频率测量与信号激励单元1结构图如图2所示，线圈模块由电磁线圈111、并联电容112、串联电阻113组成，所述并联电容112与电磁线圈111并联后再与所述串联电阻113进行串联；并联电容112与电磁线圈111的谐振频率大于所述间隙测量线圈的工作频率；所述串联电阻113用于信号发生器过载保护。
所述数据采集单元3包括RS485模块31、FPGA模块32、通信模块33和电源模块34。电源模块34与其它模块相连接以提供工作电源，同时还与悬浮传感器2连接以提供工作电源。所述RS485模块31输出端与所述FPGA模块32的输入端连接，悬浮传感器2输出信号接入RS485模块31进行电平转换。所述FPGA模块32输出端连接到通信模块33，RS485模块31输出接入FPGA模块32进行解码。FPGA模块32输出连接到通信模块33。通信模块33将采集的悬浮传感器2测量输出信号发送给上位机5。
所述上位机5连接数据采集单元3，用于接收悬浮传感器间隙测量数据，并对数据进行记录和分析计算，生成测试报告。
一种悬浮传感器间隙测量幅频响应测试方法，应用了上述的一种悬浮传感器间隙测量幅频响应测试***，该方法包括以下步骤：
S1:连接***，直流电源接入数据采集单元，数据采集单元与上位机电连接，悬浮传感器与数据采集单元电连接，所述上位机读取悬浮传感器测量输出，确保悬浮传感器处于正常工作状态；
S2:示波器读取线圈模块输出波形频率，该频率等于悬浮传感器间隙测量线圈的工作频率fa；
S3:设定信号发生器输出正弦波频率为fb＝fa-50,调整信号发生器输出正弦波的幅度，通过上位机读取悬浮传感器间隙测量输出幅度A，直到A等于预设值Aref；
S4:调整信号发生器输出正弦波频率fb，取fb＝fa-fs，所述fs按线性或对数递增，所述上位机分别读取和记录不同fs值条件下悬浮传感器间隙测量输出幅值Ai，直到Ai<＝0.707Aref；
S5:更换悬浮传感器间隙测量通道，重复步骤S1-S4的测试过程，完成所有间隙测量通道的测试；
S6：所述上位机根据所有通道的测试数据生成测试报告，测试结束。
以下对本发明实施例***工作原理和测试方法步骤进一步说明。
对于已知悬浮传感器2间隙测量线圈，线圈模块11中的电磁线圈111可按相同结构尺寸制作；对于未知悬浮传感器2间隙测量线圈，线圈模块11中的电磁线圈111可根据悬浮传感器2探头面测量敏感区域确定结构尺寸，只要能使线圈模块11平行贴近悬浮传感器2间隙测量线圈时，感应输出足够大的电压幅度即可，通常电压幅度不小于0.5V。
并联电容112与电磁线圈111并联，并联电容112与电磁线圈111的谐振频率稍大于悬浮传感器2间隙测量线圈的工作频率，以提高灵敏度；串联电阻113用于对信号发生器14过载保护。
连接***，直流电源4接入数据采集单元3，数据采集单元3与上位机5电连接，悬浮传感器2与数据采集单元3电连接，上位机5读取悬浮传感器2测量输出，确保悬浮传感器2处于正常工作状态。
使用线圈模块11平行贴近悬浮传感器2间隙测量线圈，选择开关12将线圈模块11输出连接到示波器13，示波器13读取线圈模块11输出波形频率，该频率等于悬浮传感器2间隙测量线圈的工作频率fa。
通过选择开关12将信号发生器14输出连接到线圈模块11，设定信号发生器14输出正弦波频率为fb＝fa-50。
调整信号发生器14输出正弦波的幅度，通过上位机5读取悬浮传感器2间隙测量输出幅度A，直到A等于预设值Aref。Aref可取量程的50％，即10mm峰峰值。
结合图4进一步说明，波形1为悬浮传感器2正常测量工作时间隙测量线圈的工作波形，是一个恒频等幅正弦波，其频率为fa。当线圈模块11平行贴近悬浮传感器2间隙测量线圈且线圈模块11接入频率为fb＝fa-fs的正弦波电压时，由于电磁感应效应，间隙测量线圈的工作波形被激励调制，如图4中波形2所示。悬浮传感器检波电路对该波形检波后，得到波形3，波形3的频率与fs相等，波形3的幅度为间隙测量的输出幅度。本***依据这一原理实现幅频响应测试。
调整信号发生器14输出正弦波频率fb，取fb＝fa-fs，fs按线性或对数递增。上位机分别读取和记录不同fs值时悬浮传感器间隙测量输出幅值Ai，直到Ai<＝0.707Aref。若要求测试频率大于f-3db，适当增加fs值继续测试。
图5为采用上述测试方法对某一悬浮传感器间隙测量幅频响应测试的记录和计算数据。
更换悬浮传感器间隙测量通道，重复以上测试过程，完成所有间隙测量通道的测试，由上位机生成测试报告，测试结束。测试报告包含被测悬浮传感器产品型号和编号、测试人员和测试时间基本信息；包含工作频率测量值与合格判断结果；包含幅频响应测试数据与曲线。
本发明的测试方法简单，易于操作，且测试准确度高；基于本方法很容易构建自动化测试***；将数据采集单元增加电子开关、DDS模块和功放模块，取代***中的选择开关、示波器和信号发生器，线圈模块输出最终连接到FPGA模块，由FPGA模块对工作频率进行测量，通过电子开关切换，FPGA模块控制DDS模块输出所需正弦波经功放模块放大后接入线圈模块，所有的控制在FPGA程序中执行，这也是本***的优选实施例。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对发明构成任何限制。

Claims (9)

1.一种悬浮传感器间隙测量幅频响应测试***，其特征在于，包括工作频率测量与信号激励单元、悬浮传感器、数据采集单元、直流电源和上位机，其中：
所述工作频率测量与信号激励单元与所述悬浮传感器通过电磁信号连接；所述数据采集单元分别与所述悬浮传感器和上位机电连接，所述上位机读取所述悬浮传感器测量输出信号；所述直流电源与所述数据采集单元连接；
所述悬浮传感器用于测量磁浮列车的悬浮间隙，所述悬浮传感器有多个间隙测量通道；
所述工作频率测量与信号激励单元包括线圈模块、选择开关、示波器和信号发生器，所述线圈模块通过选择开关连接示波器或信号发生器；所述信号发生器输出电信号激励线圈模块，所述示波器测量线圈模块输出的电压波形频率；
所述线圈模块包括电磁线圈、并联电容和串联电阻，所述并联电容与电磁线圈并联后再与所述串联电阻进行串联；并联电容与电磁线圈的谐振频率大于悬浮传感器的间隙测量线圈的工作频率；所述串联电阻用于信号发生器过载保护；
所述数据采集单元至少包括RS485模块、FPGA模块和通信模块，所述RS485模块的输入端与所述悬浮传感器的输出端连接，所述RS485模块输出端与所述FPGA模块的输入端连接，所述FPGA模块输出端连接到通信模块，所述通信模块将采集的悬浮传感器测量输出信号发送给上位机。
2.如权利要求1所述的一种悬浮传感器间隙测量幅频响应测试***，其特征在于，所述悬浮传感器内设置有间隙测量线圈，所述间隙测量线圈以恒定频率工作，产生一个恒频等幅正弦波，其频率为fa。
3.如权利要求2所述的一种悬浮传感器间隙测量幅频响应测试***，其特征在于，所述线圈模块平行贴近所述间隙测量线圈，当所述间隙测量线圈工作时，所述线圈模块感应输出电压并通过所述示波器测量输出电压波形的频率。
4.如权利要求1所述的一种悬浮传感器间隙测量幅频响应测试***，其特征在于，所述选择开关为单刀双掷型开关。
5.如权利要求1所述的一种悬浮传感器间隙测量幅频响应测试***，其特征在于，所述数据采集单元还包括电源模块，所述电源模块分别与所述RS485模块、FPGA模块、通信模块以及悬浮传感器连接用以提供工作电源。
6.如权利要求5所述的一种悬浮传感器间隙测量幅频响应测试***，其特征在于，所述RS485模块接收所述悬浮传感器的输出信号并对输出信号进行电平转换；所述FPGA模块用于对电平转换后的信号进行解码。
7.如权利要求1所述的一种悬浮传感器间隙测量幅频响应测试***，其特征在于，所述直流电源为24V。
8.如权利要求1所述的一种悬浮传感器间隙测量幅频响应测试***，其特征在于，所述上位机连接数据采集单元，用于接收悬浮传感器间隙测量数据，并对数据进行记录和分析计算，生成测试报告。
9.一种悬浮传感器间隙测量幅频响应测试方法，应用了所述权利要求1-8任一所述的一种悬浮传感器间隙测量幅频响应测试***，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1:连接***，直流电源接入数据采集单元，数据采集单元与上位机电连接，悬浮传感器与数据采集单元电连接，所述上位机读取悬浮传感器测量输出，确保悬浮传感器处于正常工作状态；
S2:示波器读取线圈模块输出电压波形频率，该频率等于悬浮传感器间隙测量线圈的工作频率fa；
S3:设定信号发生器输出正弦波频率为fb＝fa-50,调整信号发生器输出正弦波的幅度，通过上位机读取悬浮传感器间隙测量输出幅度A，直到A等于预设值Aref；
S4:调整信号发生器输出正弦波频率fb，取fb＝fa-fs，所述fs按线性或对数递增，所述上位机分别读取和记录不同fs值条件下悬浮传感器间隙测量输出幅度Ai，直到Ai<＝0.707Aref；
S5:更换悬浮传感器间隙测量通道，重复步骤S1-S4的测试过程，完成所有间隙测量通道的测试；
S6：所述上位机根据所有通道的测试数据生成测试报告，测试结束。
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