电涡流传感器动静态特性一体化自动校准装置的研究

摘要

本论文针对计量部门对提高电涡流传感器静态与动态校准效率的需求，研究了一种电涡流传感器动静态特性一体化自动校准装置的设计技术。 第一章介绍了本论文的研究目的和意义。主要介绍了电涡流传感器的应用与特点、工作原理及校准方法。通过分析国内外电涡流传感器静态和动态校准的研究现状，提出了本文研究的目的和内容。 第二章研究了电涡流传感器动静态特性一体化自动校准装置的总体设计方案。首先，根据需求确定了装置的技术指标，然后将整个装置划分为机械系统、下位机控制系统和上位机软件系统三个主要部分。基于校准装置的总体结构介绍了其工作原理，并根据装置各组成部分需完成的功能，进行模块划分。 第三章研究了电涡流传感器动静态特性一体化自动校准装置机械系统的设计方案。分别研究了机械系统静态校准部分和动态校准部分的设计方法。在静态校准部分中，完成了驱动部件、传动导向部件的选型，传感器夹具的设计和位移测量元件的选择与安装，同时对感应盘进行了静力学分析。在动态校准部分中，对振动台中工作气隙磁场分布进行了分析，完成了运动部件的动力学仿真和电涡流传感器的涡流场仿真。 第四章研究了电涡流传感器动静态特性一体化校准装置下位机控制系统的设计方案。静态校准部分下位机控制系统主要完成对步进电机的控制和传感器位移的测量，并且设计了电涡流传感器校准时最佳安装位置的确定方法。动态校准部分主要介绍了振动台振级控制的方法、信号发生模块、数据采集模块、数据存储模块的设计，同时还设计了与上位机通讯的串口通讯模块。 第五章研究了电涡流传感器动静态特性一体化校准装置上位机控制软件的设计方法。首先按照上位机所需完成的功能，设计了上位机软件的总体结构;然后分别设计了上位机的数据发送模块、数据接收模块、数据处理模块和控制修正模块。 第六章对电涡流传感器动静态特性一体化自动校准装置部分功能模块进行了实验研究。对上位机软件与下位机控制系统的通讯模块，静态校准部分位移测量模块和电压测量模块，动态校准部分正弦电压信号测量模块、信号发生器输出信号失真度、数据采集器采集信号的精度以及数据存储器数据读写的正确性进行验证。实验结果表明，各功能模块达到了设计要求。 第七章总结了全文取得的研究成果，并对后续研究工作进行了展望。

目录

声明

致谢

摘要

1绪论

1．1电涡流传感器及其校准

1．1．1概述

1．1．2电涡流传感器的工作原理

1．1．3电涡流传感器的校准

1．2国内外电涡流传感器校准装置的研究现状

1．2．1国外电涡流传感器校准装置的研究现状

1．2．2国内电涡流传感器校准装置的研究现状

1．2．3电涡流传感器校准装置研究现状评述

1．3论文的研究目的和内容

1．3．1论文的研究目的

1．3．2论文的研究内容

2装置总体方案的设计

2．1技术指标

2．2总体结构

2．2工作原理

2．3装置的组成

2．3．1机械系统

2．3．2下位机控制系统

2．3．3上位机软件系统

2．4本章小结

3装置机械系统的设计

3．1静态校准机械系统的设计

3．1．1驱动部件

3．1．2传动导向机构

3．1．3电涡流传感器夹具

3．1．4位移测量装置的选择与安装

3．1．5机械结构的静力学分析

3．2动态校准机械系统的设计

3．2．1概述

3．2．2静磁场分析

3．2．3电涡流径向分布规律的研究

3．2．4运动部件的动力学分析

3．2．5谐响应分析

3．3本章小结

4装置下位机控制系统的设计

4．1系统设计方法

4．2系统总体结构

4．3静态校准控制系统的设计

4．3．1步进电机控制模块

4．3．2位移信号测量模块

4．3．3电涡流传感器最佳安装位置的控制

4．4动态校准控制系统的设计

4．4．1标准振动台振级的控制

4．4．2正弦信号发生模块

4．4．2数据采集模块

4．4．3数据存储模块

4．4．4通讯模块

4．5本章小结

5装置上位机软件系统的设计

5．1软件总体结构

5．2数据发送与接收模块

5．3控制修正模块

5．4数据处理模块

5．5本章小结

6实验研究

6．1通讯模块的实验研究

6．2位移测量模块的实验研究

6．3信号采集模块的实验研究

6．3．1静态校准部分电压测量模块的实验研究

6．3．2动态校准部分正弦电压采集模块的实验研究

6．4信号发生模块的实验研究

6．5数据存储模块的实验研究

6．6本章小结

7总结和展望

7．1总结

7．2展望

参考文献

附录

作者简历