專利名稱：一種特殊直線往復(fù)運動機構(gòu)的壽命測試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直線往復(fù)運動機構(gòu)的壽命測試系統(tǒng)，屬于測量裝備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在航空航天等高技術(shù)領(lǐng)域，特種運動機構(gòu)的應(yīng)用是非常廣泛的。由于這些領(lǐng)域的特殊性質(zhì)，此類運動機構(gòu)必須連續(xù)可靠地完成特定的復(fù)雜作業(yè)，這對于運動機構(gòu)的運動性質(zhì)的要求是非常的苛刻的。在滿足特定作業(yè)的前提下，從可靠性的角度來看，特種運動機構(gòu)的使用壽命也是一個需要著重考慮的重要因素。因而對于特種運動機構(gòu)的壽命測試，也是一個值得深入考慮的問題。特種運動機構(gòu)通常使用特種電機，因而有著非常規(guī)的運動方式， 對其壽命測試也具有著較高的復(fù)雜性。直線電機是一類特殊的電機，也稱為線性電機。直線電機與傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機相比，有著如下幾個不可比擬的特點一是結(jié)構(gòu)簡單，其重量和體積大大地下降；二是定位精度高；三是反應(yīng)速度快、靈敏度高、隨動性好；四是工作安全可靠、壽命長。直線電機能夠?qū)崿F(xiàn)無接觸傳遞力，機械摩擦損耗接近為零，所以故障少，免維修，因而其工作安全可靠、壽命長。正因為這些獨特的優(yōu)勢，直線電機在作為長期連續(xù)運行的驅(qū)動機構(gòu)方面有著廣泛的應(yīng)用。有這樣一類的特種運動機構(gòu)因其使用的直線電機而具有直線往復(fù)運動的特點，需要一個特定的壽命測試儀，來滿足測試特種直線運動機構(gòu)的使用特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種驅(qū)動和監(jiān)測特種直線往復(fù)運動機構(gòu)的壽命測試系統(tǒng)，對驅(qū)動特種直線往復(fù)運動機構(gòu)，并對其運動狀態(tài)進行實時監(jiān)測，以考核此類運動機構(gòu)壽命能否滿足在真實工作條件下連續(xù)可靠運行，同時可以實現(xiàn)故障報警并能引導(dǎo)工作人員進行人工干預(yù)以及時保護此類運動機構(gòu)。為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種特殊直線往復(fù)運動機構(gòu)的壽命測試系統(tǒng)，其特征在于包括微控制器模塊，微控制器模塊通過運動機構(gòu)驅(qū)動模塊驅(qū)動直線往復(fù)運動機構(gòu)；由運動機構(gòu)監(jiān)測模塊檢測直線往復(fù)運動機構(gòu)的運動狀態(tài)進行檢測，并將信號反饋至微控制器模塊；通過人機接口模塊實現(xiàn)微控制器模塊與操作人員交互；電源模塊分別為運動機構(gòu)驅(qū)動模塊、運動機構(gòu)監(jiān)測模塊及微控制器模塊提供電源。優(yōu)選地，所述人機接口模塊包括用于顯示直線往復(fù)運動機構(gòu)的當(dāng)前運動狀態(tài)及緊急報警信號的液晶顯示器、鍵盤輸入單元和GSM數(shù)據(jù)終端單元(DTU)，液晶顯示器、鍵盤輸入單元以及GSM數(shù)據(jù)終端單元(DTU)均與所述微控制器模塊連接。優(yōu)選地,所述鍵盤輸入單元采用5鍵位小鍵盤,居中的鍵位為用于確認和取消設(shè)置的復(fù)用鍵，兩個用于選擇功率驅(qū)動信號的頻率和幅值參數(shù)的選擇鍵，以及兩個用于遞增和遞減參數(shù)的設(shè)置鍵，均分布在復(fù)用鍵的四周。優(yōu)選地，所述運動機構(gòu)驅(qū)動模塊包括依次連接的直接數(shù)字合成器(DDS)、信號極性變換電路、可編程增益放大器(PGA)、隔離放大器(ISO)、功率放大器(PA)及電機電流檢測單元，其中直接數(shù)字合成器、可編程增益放大器和功率放大器均連接所述微控制器模塊 (MCU)，電機電流檢測單元分別連接所述直線往復(fù)運動機構(gòu)的直線電機及測量端子，直接數(shù)字合成器產(chǎn)生用于驅(qū)動直線電機的三角波形信號，并且其頻率受所述微控制器模塊(MCU) 控制而可調(diào)。優(yōu)選地，所述信號極性變換電路用于將所述直接數(shù)字合成器產(chǎn)生的三角波形單極性信號變換成雙極性信號輸出。優(yōu)選地，所述運動機構(gòu)監(jiān)測模塊至少兩路信號檢測電路及限位傳感器，限位傳感器依次連接第一磁隔離器及第一信號調(diào)理單元后與所述微控制器模塊相連，至少兩路信號檢測電路通過單刀多擲開關(guān)連接所述微控制器模塊。優(yōu)選地，每路所述信號檢測電路包括霍爾傳感器，霍爾傳感器依次連接磁隔離器和信號調(diào)理單元。優(yōu)選地，所述電源模塊包括交直流轉(zhuǎn)換電路，交直流轉(zhuǎn)換電路連接電源管理電路。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點是在電路上選擇簡單可靠的成熟設(shè)計和冗余設(shè)計 (霍爾傳感器雙備份)，在元器件上選擇工業(yè)級或者汽車級產(chǎn)品。對系統(tǒng)中強電和弱電部分使用信號隔離器進行必要的隔離，以保證系統(tǒng)整機的連續(xù)可靠運行。設(shè)計特種運動機構(gòu)失控急停保護和遠程報警裝置，以保護運動機構(gòu)失控不會損壞，充分地保證此類直線運動機構(gòu)壽命測試儀的可靠性。


圖I為直線往復(fù)運動機構(gòu)的壽命測試系統(tǒng)的示意圖
圖2為直線往復(fù)運動機構(gòu)的意圖3為人機接口模塊結(jié)構(gòu)框圖4為運動機構(gòu)驅(qū)動模塊結(jié)構(gòu)框圖5為運動機構(gòu)檢測模塊結(jié)構(gòu)框圖6為電源模塊結(jié)構(gòu)框圖7為系統(tǒng)工作主要流程圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明更明顯易懂，茲以一優(yōu)選實施例，并配合附圖作詳細說明如下。如圖I所示，本發(fā)明提供了一種直線往復(fù)運動機構(gòu)的壽命測試系統(tǒng)，由微控制器模塊MCU、人機接口模塊、運動機構(gòu)驅(qū)動模塊、運動機構(gòu)監(jiān)測模塊和電源模塊組成。微控制器模塊MCU分別控制人機接口模塊、運動機構(gòu)驅(qū)動模塊、運動機構(gòu)監(jiān)測模塊。直線往復(fù)運動機構(gòu)與運動機構(gòu)驅(qū)動模塊、運動機構(gòu)監(jiān)測模塊連接。電源模塊分別給微控制器模塊MCU、運動機構(gòu)驅(qū)動模塊及運動機構(gòu)監(jiān)測模塊供電。如圖2所示，為本發(fā)明中所要檢測的直線往復(fù)運動機構(gòu)示意圖，包括直線電機和運動機構(gòu)。該機構(gòu)的直線電機分別和運動機構(gòu)驅(qū)動模塊、運動監(jiān)測模塊連接。如圖3所示，為人機接口模塊結(jié)構(gòu)框圖，該人機接口模塊包括液晶顯示器、鍵盤及 GSM數(shù)據(jù)終端單元DTU。
液晶顯示器和鍵盤輸入單元均受微控制器模塊MCU控制。液晶顯示器用于顯示直線運動機構(gòu)的當(dāng)前運動狀態(tài)，并且能夠顯示緊急報警信號。鍵盤輸入單元采用5鍵位小鍵盤設(shè)計，居中的鍵位為“ESC/ETR”復(fù)用鍵，用于確認和取消設(shè)置?！?< ”選擇鍵和“ > ”選擇鍵用于選擇頻率和幅值參數(shù)設(shè)置；“ + ”設(shè)置鍵和設(shè)置鍵，用于遞增或遞減參數(shù)的設(shè)置， 四個鍵均分布在“ESC/ETR”復(fù)用鍵四周。GSM數(shù)據(jù)終端單元DTU實現(xiàn)遠程人機接口，在GSM 數(shù)據(jù)終端單元DTU中預(yù)設(shè)若干操作人員的手機號碼，定時將獲得的電機工作計數(shù)以及系統(tǒng)工作狀態(tài)以短信形式發(fā)送至預(yù)設(shè)號碼的手機中，方便操作人員進行數(shù)據(jù)記錄當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，及時將故障代碼以短信形式發(fā)送至預(yù)設(shè)號碼的手機中，及時導(dǎo)引操作人員進行人工干預(yù)。如圖4所示，為運動機構(gòu)驅(qū)動模塊結(jié)構(gòu)框圖，包括依次連接的直接數(shù)字合成器、信號極性變換電路、可編程增益放大器、隔離放大器、功率放大器包括光耦隔離部分、電機電流檢測單元。直接數(shù)字合成器和可編程增益放大器的信號線I和信號線2分別連接微控制器模塊MCU，由微控制器模塊MCU輸出控制信號。電機電流檢測單元的信號線3和信號線4 分別連接直線電機和測量頭。直接數(shù)字合成器用于產(chǎn)生驅(qū)動直線電機的三角波形信號，并且其頻率受微控制器模塊MCU控制而可調(diào)。信號極性變換電路用于將直接數(shù)字合成器產(chǎn)生的三角波形單極性信號改變成雙極性信號輸出?？删幊淘鲆娣糯笃饔糜谡{(diào)節(jié)輸出信號波形的幅值。隔離放大器用于對輸出的雙極性三角波形信號進行隔離，保證失真性，使線性度、 精度、隔離耐壓參數(shù)滿足系統(tǒng)性能要求。功率放大器用于放大輸出的三角波形信號，以滿足驅(qū)動電機的功率要求。另外，功率放大器與微控制器之間放置光耦隔離器，完全實現(xiàn)電氣隔離以防止信號干擾，由微控制器模塊MCU通過信號線5產(chǎn)生控制信號，實現(xiàn)對功率放大器使能和禁用。電機電流檢測單元用于提供和檢測驅(qū)動電機的電流信號的幅值、頻率等特征，也可以連接示波器進行實時觀察。如圖5所示，為運動機構(gòu)監(jiān)測模塊結(jié)構(gòu)框圖，包括第一霍爾傳感器A、第二霍爾傳感器B、限位傳感器、磁隔離器、信號調(diào)理單元、單刀雙擲開關(guān)。第一霍爾傳感器A、第二霍爾傳感器B分別和各自的磁隔離器及信號調(diào)理單元連接構(gòu)成兩路信號檢測電路。兩路信號檢測電路再連接單刀雙擲開關(guān)，單刀雙擲開關(guān)的通過信號線6連接微控制器模塊MCU，單刀雙擲開關(guān)向微控制器模塊MCU輸出一路霍爾傳感器的監(jiān)測信號，當(dāng)一路霍爾傳感器出現(xiàn)故障后，由微控制器模塊MCU反饋輸出控制信號來切換單刀雙擲開關(guān)，使得運動機構(gòu)能夠正常繼續(xù)工作。信號調(diào)理單元通過信號線7直接連接微控制器模塊MCU，當(dāng)直線往復(fù)運動機構(gòu)的動鏡運動超出預(yù)設(shè)的安全位置時，限位傳感器輸出信號給微控制器模塊MCU。其中，磁隔離能夠很好實現(xiàn)信號隔離，防止信號相互干擾，大大增加電路的穩(wěn)定性和可靠性?；魻杺鞲衅饔糜诟兄姍C往復(fù)推動的永磁鐵位移導(dǎo)致的局域磁場強度變化，若達到預(yù)設(shè)的測量閾值， 則輸出直線電機運動的有效計數(shù)脈沖。如圖6所示，為電源模塊結(jié)構(gòu)框圖，所述電源模塊包括交直流轉(zhuǎn)換電路AC/DC和電源管理電路，電源模塊的通過信號線8的一路輸出分別和運動機構(gòu)驅(qū)動模塊、運動機構(gòu)監(jiān)測模塊、微控制器模塊連接，并為其供電，電源管理電路提供所需系統(tǒng)電源的有效分配，最大程度地降低組件閑置時的能耗。同時，為以防萬一還提供電源模塊的備份，即電源模塊的信號線9輸出提供。如圖7所示，為系統(tǒng)工作主要流程圖，系統(tǒng)工作開始并且完成各個模塊的初始化工作之后，由微控制器模塊MCU負責(zé)檢查外部存儲器內(nèi)是否存有設(shè)置參數(shù)，若有則直接根據(jù)存儲的數(shù)據(jù)進行參數(shù)的設(shè)置；否則認為是系統(tǒng)第一次工作，通過人機接口模塊的按鍵單元進行直接數(shù)字合成器和可編程增益放大器的參數(shù)設(shè)置，設(shè)置完畢后由微控制器模塊MCU 負責(zé)存儲。接下來微控制器模塊MCU同樣檢查有關(guān)計數(shù)器的設(shè)置參數(shù)并且進行設(shè)置。一切準(zhǔn)備就緒后，微控制器模塊MCU通過使能功率放大器使能波形后，運動機構(gòu)驅(qū)動模塊便能成功產(chǎn)生所需的驅(qū)動波形，來驅(qū)動直線電機，從而使得直線往復(fù)運動機構(gòu)工作。直線運動機構(gòu)正常工作的狀態(tài)，可以從液晶顯示器上讀出。計數(shù)器則分別從驅(qū)動模塊中的電機電流檢測單元和監(jiān)測模塊中的霍爾傳感器輸出的脈沖進行計數(shù)。若微控制器模塊MCU檢測出二者差值出現(xiàn)大于規(guī)定的正常數(shù)值，或者出現(xiàn)其它諸如運動機構(gòu)超出正常位置由監(jiān)測模塊的限位傳感器檢測，則系統(tǒng)通過禁止功率放大器工作，立即停止直線運動機構(gòu)，并且將故障報警顯示在液晶顯示器上，同時啟動GSM數(shù)據(jù)終端單元DTU，將故障代碼以短信形式發(fā)送至預(yù)設(shè)號碼的手機中，及時導(dǎo)引操作人員進行人工干預(yù)，以保護直線運動機構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種特殊直線往復(fù)運動機構(gòu)的壽命測試系統(tǒng)，其特征在于包括微控制器模塊 (MCU)，微控制器模塊(MCU)通過運動機構(gòu)驅(qū)動模塊驅(qū)動直線往復(fù)運動機構(gòu)，由運動機構(gòu)監(jiān)測模塊檢測直線往復(fù)運動機構(gòu)的運動狀態(tài)進行檢測，并將信號反饋回微控制器模塊(MCU)， 微控制器模塊(MCU)通過人機接口模塊與外界交互，電源模塊分別為運動機構(gòu)驅(qū)動模塊、 運動機構(gòu)監(jiān)測模塊及微控制器模塊(MCU)提供電源。
2.如權(quán)利要求I所述的一種特殊直線往復(fù)運動機構(gòu)的壽命測試系統(tǒng)，其特征在于所述人機接口模塊包括用于顯示當(dāng)前直線往復(fù)運動機構(gòu)運動狀態(tài)及緊急報警信號的液晶顯示器、鍵盤輸入單元和GSM數(shù)據(jù)終端單元(DTU)，液晶顯示器、鍵盤輸入單元以及GSM數(shù)據(jù)終端單元(DTU)均與所述微控制器模塊(MCU)連接。
3.如權(quán)利要求2所述的一種特殊直線往復(fù)運動機構(gòu)的壽命測試系統(tǒng)，其特征在于所述鍵盤輸入單元采用5鍵位小鍵盤，居中的鍵位為用于確認和取消設(shè)置的復(fù)用鍵，兩個用于選擇頻率和幅值參數(shù)的選擇鍵及兩個用于遞增和遞減參數(shù)的設(shè)置鍵分布在復(fù)用鍵的四周。
4.如權(quán)利要求I所述的一種特殊直線往復(fù)運動機構(gòu)的壽命測試系統(tǒng)，其特征在于所述運動機構(gòu)驅(qū)動模塊包括依次連接的直接數(shù)字合成器、信號極性變換電路、可編程增益放大器、隔離放大器、功率放大器及電機電流檢測單元，直接數(shù)字合成器、可編程增益放大器和功率放大器連接所述微控制器模塊(MCU)，電機電流檢測單元分別連接所述直線往復(fù)運動機構(gòu)的直線電機及測量頭，直接數(shù)字合成器產(chǎn)生用于驅(qū)動直線電機的三角波形信號，并且其頻率受所述微控制器模塊(MCU)控制而可調(diào)節(jié)。
5.如權(quán)利要求4所述的一種特殊直線往復(fù)運動機構(gòu)的壽命測試系統(tǒng)，其特征在于所述信號極性變換電路用于將所述直接數(shù)字合成器產(chǎn)生的三角波形單極性信號改變成雙極性信號輸出。
6.如權(quán)利要求I所述的一種特殊直線往復(fù)運動機構(gòu)的壽命測試系統(tǒng)，其特征在于所述運動機構(gòu)監(jiān)測模塊至少兩路信號檢測電路及限位傳感器，限位傳感器依次連接第一磁隔離器及第一信號調(diào)理單元后與所述微控制器模塊(MCU)相連，至少兩路信號檢測電路通過單刀多擲開關(guān)連接所述微控制器模塊(MCU)。
7.如權(quán)利要求6所述的一種特殊直線往復(fù)運動機構(gòu)的壽命測試系統(tǒng)，其特征在于每路所述信號檢測電路包括霍爾傳感器，霍爾傳感器依次連接磁隔離器及信號調(diào)理單元。
8.如權(quán)利要求I所述的一種特殊直線往復(fù)運動機構(gòu)的壽命測試系統(tǒng)，其特征在于所述電源模塊包括交直流轉(zhuǎn)換電路，交直流轉(zhuǎn)換電路連接電源管理電路。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種特殊直線往復(fù)運動機構(gòu)的壽命測試系統(tǒng)，其特征在于包括微控制器模塊，微控制器模塊通過運動機構(gòu)驅(qū)動模塊驅(qū)動直線往復(fù)運動機構(gòu)，由運動機構(gòu)監(jiān)測模塊檢測直線往復(fù)運動機構(gòu)的運動狀態(tài)進行檢測，并將信號反饋至微控制器模塊，微控制器模塊通過人機接口模塊與外界交互，電源模塊分別為運動機構(gòu)驅(qū)動模塊、運動機構(gòu)監(jiān)測模塊及微控制器模塊提供電源。本發(fā)明的優(yōu)點是在電路上選擇簡單可靠的成熟設(shè)計和冗余設(shè)計。對電路系統(tǒng)中強電和弱電部分使用隔離器進行必要的隔離，以保證系統(tǒng)整機的連續(xù)穩(wěn)定運行。設(shè)計運動機構(gòu)失控急停保護和遠程報警裝置，以保護直線運動機構(gòu)不會失控導(dǎo)致?lián)p壞，充分地保證了此類直線運動機構(gòu)壽命測試儀的可靠性。
文檔編號G01M13/00GK102589870SQ20121006272
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月11日
發(fā)明者周明君, 徐慧軍, 范紅, 許武軍, 趙儒哲 申請人:東華大學(xué)