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新的位移测量方法在电磁振动系统中的应用研究

1引言

位移的测量在工业生产中被大量采用,而且在许多场合是非常必要的。电磁振动台是一种以磁场能为媒介,可以实现由电能到机械能转换的大功率换能 器。在控制系统控制下,超大功率放大器驱动振动台工作,振动台可以产生位移范围达51mm,频率从5一300Hz的正弦振动,并且其推动力可以达数吨。因 此电磁振动台在国防工业、航空航天工业振动环境试验中得到了广泛的应用。然而,电磁振动台在围绕台面中心作大位移快速振动实验时,由于机械设计或其它偶然 因素的影响,台面经常偏离中心,如果偏心严重,则会损坏振动台上试验品和振动台本身,造成重大经济损失。针对这一问题,国际和国内采用了各种各样的对中方 法,有机械的,有激光的,有充放气的,但效果并不理想。针对电磁振动台中的这一问题,本文发展了一种新型的大位移测量方法,并将这一方法应用到国产电磁振 动台的自动对中调节中,成功地在国内首次从技术上解决了电磁振动台的电对中问题,扩大了电磁振动系统的有效位移长度。

2新型大位移测量原理

基于电涡流效应的接近传感器在国内外大量采用,它的原理是:当涡流线圈接近金属导体时,线圈电感会发生变化,由这一原理,制成了各种各样的接近传感器。理论分析与实践证明,在几毫米的微小距离内,经过精心的设计与加工,可以制作出线性非常优越的接近传感器。

图1是接近传感器示意图,它由电涡流头和放大器两部分组成,该放大器应加入负电源。当电涡流头与金属铝板之间的距离在0.5二6~之间线性变化时,输出电压在一0.84一一10V之间线性变化,图2为在工厂实测数据示意图,纵坐标为距离,横坐标为输出电压。

其中,距离利用塞规测定。由图可以看出,在0.5一6mm之间,该传感器的线性非常好。这一线性接近传感器为我们提供了一种很好的大位移测量方 法的物质基础。具体思路是这样的:如图3,让工厂加工一块如图所示的金属铝三角形劈,其中八B长度由所测量的位移大小决定,BC长为5.smm,保证电涡 流头到达底部BC处时,距劈为0.smm;在顶部A处时,距劈为6mm。实际测量位移时,由于电涡流头连接外测量电路,可以将三角劈与运动体相连,将电涡 流头与台座相连。于是,电涡流头输出电压值可以反映运动体的位移。综上所述,采用三角劈,并结合线性接近传感器可以很好地实现大位移无接触测量。

3 基于该位移测量方法的电磁振动台对中方法

有了上述测量大位移的新方法,我们可以很容易地解决电磁振动台的对中间题。具体思路是这样的:如图3,考虑到振动台最大位移为51~,并留有裕 度。取AB长为60mm,按上面所设置的间距,台面振动过程中,由于留有足够空隙,不会发生碰撞。把劈固定在振动台上,将电涡头固定在台座上,当台面上下 振动时,电涡头与三角劈之间的距离发生了变化,后面相连的放大器输出电压就可以反映台面的位移。我们已经知道当间距在0.5一6mm之间变化时,电涡头所 带的单电源放大器输出在一0.82一一10.07V之间变化。平常振动台未加电时,调节电涡头指向台体机械零位,该位置设置在平行于底边Bc的中线DE 处,然后,采用图4电路检测振动台台面中心的偏移情况。

如图4所示,在机械零位时,让电涡头对准AB和AC的中线(参见图3),调节电位器VR,使Al输出为0,如果振动台在台面中心上下振动,则输 出上下对称的正弦波。这样加在u;与u:之间为绝对值相等的正负电压,RS与R6中间点的电位尸为。。如果台体不在台面中心振动,则尸不为O。尸的大小和 正负可以分别反映振动台振动过程中,偏离台面中心的程度和偏离方向。通过运算放大器气引出该电压值。然后再如图5所示,将该偏差电压引入振动台闭环控制系 统中,用VR调节反馈量大小。实践证明,采用该电路的对中方法很好地解决了振动台台面振动过程中的动态对中问题。

图6是振动台在下交越点11.6H:,振幅为slmm做正弦振动时,图4中运放Al的输出示波图。可见波形是上下幅值为4.38v;上下对称的正弦波,这表明对中效果良好。

4结束语

本文提出了一种基于线性接近传感器的大范围位移测量方法,该方法测量位移范围大、线性好、非接触,并且该方法已经成功地应用于电磁振动台动态对 中系统中,在国内首次解决了电磁振动台的电对中问题。而且推广该方法,可形成一种新型有效的位移测量方法,比较好地解决工程中的实际间题。

摘自:中国计量测控网


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