專利名稱：大型結(jié)構(gòu)框架非接觸式應(yīng)力測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于大型結(jié)構(gòu)框架如水壓機(jī)、軋機(jī)、擠壓機(jī)的非接觸式應(yīng)力測(cè)量裝置，屬傳感技術(shù)。
背景技術(shù)：
大型結(jié)構(gòu)框架如水壓機(jī)、軋機(jī)、擠壓機(jī)等在復(fù)雜工況下的應(yīng)力檢測(cè)可以為其安全、可靠運(yùn)行提供保證。傳統(tǒng)的應(yīng)力檢測(cè)方法存在損傷基體、容易脫離而不能長(zhǎng)期工作、抗干擾能力差、難于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化、不能消除零漂對(duì)檢測(cè)精度的影響以及維修和維護(hù)不便等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決大型結(jié)構(gòu)框架應(yīng)力檢測(cè)中存在的問(wèn)題，提高大型結(jié)構(gòu)框架的安全性能以及主機(jī)系統(tǒng)的工作效率和精度，本發(fā)明提供一種以電渦流傳感器作為基本元件的非接觸式應(yīng)力測(cè)量裝置。
本發(fā)明的具體內(nèi)容如下大型結(jié)構(gòu)框架非接觸式應(yīng)力測(cè)量裝置，主要包括傳感器、前置放大器、穩(wěn)壓電源與信號(hào)輸出裝置、A/D轉(zhuǎn)化裝置、PLC、計(jì)算機(jī)、指示與報(bào)警裝置，所述傳感器完成框架受載時(shí)微位移信號(hào)的高精度拾取，并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；所述前置放大器將傳感器輸出微電信號(hào)進(jìn)行放大至0-10或±5伏的電壓信號(hào)，傳感器與前置放大器必須匹配，并保證靈敏度系數(shù)在β＝20mv/μm以上，以便有足夠的分辨率；所述穩(wěn)壓電源與信號(hào)輸出裝置為多路傳感器提供24伏電源，并將多路輸出信號(hào)集成輸出，并可模擬顯示；所述A/D轉(zhuǎn)化裝置的完成模擬信號(hào)向數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)化，便于后續(xù)計(jì)算機(jī)等對(duì)數(shù)據(jù)的處理等；所述PLC和工控計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，進(jìn)行應(yīng)力狀態(tài)指示和當(dāng)應(yīng)力超限時(shí)的聲光報(bào)警。
大型結(jié)構(gòu)框架測(cè)位型立柱應(yīng)力測(cè)量裝置，以電渦流微位移傳感器作為基本元件，電渦流傳感器由被測(cè)體2、探頭3和前置放大器5組成。傳感器探頭3和前置器5之間由高頻電纜連接，前置器5中的高頻振蕩器給探頭中的線圈提供激勵(lì)電流，當(dāng)被測(cè)金屬導(dǎo)體2靠近傳感器探頭時(shí)，將在金屬導(dǎo)體2表面產(chǎn)生渦流，渦流損耗引起探頭3中的線圈電流值變化，經(jīng)前置器5轉(zhuǎn)換成電壓變化，這個(gè)電壓的變化與探頭線圈3到被測(cè)體2之間的距離δ成線性，實(shí)現(xiàn)由機(jī)械位移轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。當(dāng)受力件(立柱或框架)4受載后，產(chǎn)生應(yīng)力為σ，則有應(yīng)變?chǔ)牛溅?E。
受力件4(立柱或框架)表面上兩固定支架1之間的距離為L(zhǎng)，則兩支架間在應(yīng)力σ作用下的相對(duì)變形為ΔL＝ε*L。
同時(shí)，被測(cè)體2與探頭3之間的相對(duì)位移Δδ幾乎與ΔL等量。由電渦流微位移傳感的特性可知，當(dāng)靈敏度系數(shù)為β(mv/μm)，則系統(tǒng)的輸出值為ΔV0＝V-V0＝β·Δδ而系統(tǒng)的輸出值ΔV0可以從穩(wěn)壓電源的數(shù)字顯示屏上讀取的V值和V0值之差求得。于是可以得出立柱的應(yīng)力值，從而達(dá)到檢測(cè)受力件4(立柱或框架)所受應(yīng)力的目的。電渦流微位移傳感器的輸出特性如圖3所示。
所述傳感器安裝在大型結(jié)構(gòu)框架受力件(立柱或框架)上具有一定活動(dòng)空間，并易于防護(hù)的位置即可，圖4所示是一種使用實(shí)例(探頭與被測(cè)體的位置可實(shí)現(xiàn)互換)。為保證測(cè)試精度傳感器安裝尺寸要求L≥300毫米，L/H＞6，其中，L為受力件4表面上兩固定支架1之間的距離，H為受力件4與固定支架1之間的距離。
圖4中定位塊6通過(guò)電焊點(diǎn)固定于受力件4(立柱或框架)上，確定了檢測(cè)的標(biāo)距L(擬定標(biāo)距L＝300mm，L值太大則由于立柱活動(dòng)空間尺寸限制不能安裝，太小則影響分辨率，降低檢測(cè)精度)，再將帶有夾塊7的支架1通過(guò)螺栓安裝到定位塊6上，在夾塊6上裝好被測(cè)體2和探頭3，調(diào)整好兩者之間的距離(調(diào)整到傳感器線性輸出范圍的中點(diǎn)位置為最佳)，并將位置固定鎖住，即可進(jìn)行檢測(cè)。圖示支架1結(jié)構(gòu)具有安裝、調(diào)整、維修方便等特點(diǎn)。
檢測(cè)基準(zhǔn)零點(diǎn)的確定和零點(diǎn)溫度漂移的消除。為了確定大型結(jié)構(gòu)框架立柱應(yīng)力檢測(cè)與保護(hù)系統(tǒng)的報(bào)警值，首先必須知道主機(jī)空載時(shí)立柱應(yīng)力檢測(cè)系統(tǒng)的輸出值，即確定零點(diǎn)位?，F(xiàn)具體說(shuō)明確定的方法如下如果傳感器的兩固定支架間的間距為L(zhǎng)＝300mm，由計(jì)算可知，兩支架間的最大應(yīng)力(如1000Kg/cm2)下的相對(duì)位移ΔL＝0.146mm，由選定的傳感器類型和規(guī)格，根據(jù)其傳感器V-δ輸出特性曲線，選取包含0.146mm區(qū)間內(nèi)的最佳線性區(qū)間，以該區(qū)間的起點(diǎn)為零點(diǎn)V0，并以此為傳感器安裝的初始位置確定的依據(jù)。
由于主工作機(jī)工作的環(huán)境溫度變化范圍較大，而溫度的變化使立柱應(yīng)力檢測(cè)系統(tǒng)在主機(jī)空載狀態(tài)下的輸出值發(fā)生改變，即零點(diǎn)溫度漂移。為使應(yīng)力檢測(cè)準(zhǔn)確，系統(tǒng)報(bào)警可靠，必須消除零漂的影響。因此，本發(fā)明采用如下技術(shù)措施當(dāng)主機(jī)啟動(dòng)后，每一次工作前對(duì)空載輸出V0采樣，該采樣值作為“0”點(diǎn)輸出，也即為動(dòng)態(tài)零點(diǎn)值。同時(shí)將該值作為應(yīng)力檢測(cè)、信號(hào)分析與計(jì)算的基值。從而消除了環(huán)境溫度變化、模具更換等因素對(duì)應(yīng)力檢測(cè)精度的影響。
本發(fā)明以高精度電渦流微位移傳感器為核心，成功消除了常規(guī)應(yīng)力檢測(cè)設(shè)備存在的抗干擾差、零漂大、工作不穩(wěn)定、使用壽命短的缺陷，具有精度高、維護(hù)方便，在不損傷基體的前提下又能長(zhǎng)期穩(wěn)定工作和特點(diǎn)，適用于各種大型結(jié)構(gòu)框架的應(yīng)力在線檢測(cè)，具有廣泛推廣應(yīng)用價(jià)值。研制的系統(tǒng)使用于我國(guó)巨型模鍛水壓機(jī)立柱的應(yīng)力檢測(cè)，填補(bǔ)了在大型模鍛水壓機(jī)上實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期立柱應(yīng)力高精度檢測(cè)的空白。同時(shí)該應(yīng)力檢測(cè)裝置還具有靈敏度高、頻率響應(yīng)好，線形范圍大、結(jié)構(gòu)尺寸小、對(duì)環(huán)境及介質(zhì)影響不敏感、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。


圖1大型結(jié)構(gòu)框架應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)圖，圖2傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；圖3電渦流傳感器輸出特性；圖4傳感器使用安裝圖。
具體實(shí)施例方式
成功運(yùn)用于某鋁加工廠的1萬(wàn)噸和3萬(wàn)噸模鍛水壓機(jī)立柱的應(yīng)力檢測(cè)，經(jīng)過(guò)工業(yè)生產(chǎn)的長(zhǎng)期考證表明應(yīng)力檢測(cè)與保護(hù)系統(tǒng)工作可靠，檢測(cè)精度高，完全滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要以及自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的高精度檢測(cè)與實(shí)時(shí)性要求；與常規(guī)應(yīng)力檢測(cè)方法相比，其抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好，維護(hù)方便，并成功地消除了零點(diǎn)漂移對(duì)檢測(cè)精度的影響。使用效果如下電渦流微位移傳感器動(dòng)態(tài)性能優(yōu)良，傳感器輸出特性穩(wěn)定；立柱應(yīng)力檢測(cè)的18點(diǎn)斜對(duì)角布置形式能滿足現(xiàn)場(chǎng)要求，而且較全面反映了立柱受載的最危險(xiǎn)狀況；立柱應(yīng)力在線檢測(cè)與保護(hù)系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)零點(diǎn)的方法，消除了環(huán)境溫度及模具更換等因素對(duì)應(yīng)力檢測(cè)精度的影響；實(shí)現(xiàn)了對(duì)巨型水壓機(jī)全工況參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并與運(yùn)行操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了協(xié)同閉環(huán)工作；達(dá)到了對(duì)水壓機(jī)的工況實(shí)時(shí)監(jiān)控和對(duì)立柱應(yīng)力進(jìn)行檢測(cè)和保護(hù)的目的。
權(quán)利要求
1.大型結(jié)構(gòu)框架非接觸式應(yīng)力測(cè)量裝置，其特征在于主要包括傳感器、前置放大器、穩(wěn)壓電源與信號(hào)輸出裝置、A/D轉(zhuǎn)化裝置、PLC、計(jì)算機(jī)、指示與報(bào)警裝置，所述傳感器完成框架受載時(shí)微位移信號(hào)的高精度拾取，并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；所述前置放大器將傳感器輸出微電信號(hào)進(jìn)行放大至0-10或±5伏的電壓信號(hào)，傳感器與前置放大器必須匹配，并保證靈敏度系數(shù)在β＝20mv/μm以上，以便有足夠的分辨率；所述穩(wěn)壓電源與信號(hào)輸出裝置為多路傳感器提供24伏電源，并將多路輸出信號(hào)集成輸出，并可模擬顯示；所述A/D轉(zhuǎn)化裝置的完成模擬信號(hào)向數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)化，便于后續(xù)計(jì)算機(jī)等對(duì)數(shù)據(jù)的處理等；所述PLC和工控計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，進(jìn)行應(yīng)力狀態(tài)指示和當(dāng)應(yīng)力超限時(shí)的聲光報(bào)警。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量裝置，其特征在于所述傳感器安裝在大型結(jié)構(gòu)框架受力件上具有一定活動(dòng)空間，并且滿足L≥300毫米，L/H＞6，其中，L為受力件表面上兩固定支架之間的距離，H為受力件與固定支架之間的距離。
全文摘要
大型結(jié)構(gòu)框架非接觸式應(yīng)力測(cè)量裝置，主要包括傳感器、前置放大器、穩(wěn)壓電源與信號(hào)輸出裝置、A/D轉(zhuǎn)化裝置、PLC、計(jì)算機(jī)、指示與報(bào)警裝置。能消除零點(diǎn)漂移對(duì)檢測(cè)精度的影響。本發(fā)明以高精度電渦流微位移傳感器為核心，成功消除了常規(guī)應(yīng)力檢測(cè)設(shè)備存在的抗干擾差、零漂大、工作不穩(wěn)定、使用壽命短的缺陷，具有精度高、維護(hù)方便，在不損傷基體的前提下又能長(zhǎng)期穩(wěn)定工作和特點(diǎn)，適用于各種大型結(jié)構(gòu)框架的應(yīng)力在線檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01D5/12GK1657863SQ20051003121
公開日2005年8月24日 申請(qǐng)日期2005年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月31日
發(fā)明者黃明輝, 李曉謙, 胡仕成, 周俊峰, 吳運(yùn)新, 鐘掘 申請(qǐng)人:中南大學(xué)