[发明专利]一种信息感知与被测部件融合的容栅式位移测试装置

说明书

本发明公开了一种信息感知与被测部件融合的容栅式位移测试装置，该装置包括信息感知结构和数字化测试电路；所述信息感知结构包括：动栅轴和静栅环，动栅轴由轴向运动部件与轴向运动部件外侧的绝缘层组成，静栅环与智能装备的固定部件刚性连接，轴向运动部件是智能装备直线往复运动的功能部件，同时也是被测试部件；所述数字化测试电路包括稳压电路、模拟开关、电容数字化模块、MCU、协议转换模块及光电转换模块。本发明装置可用于机械装备的机械进给结构位移测试，对狭小紧凑空间下信息感知与被测运动部件融合的位移测试具有重要意义。

技术领域

本发明涉及一种信息感知与被测部件融合的容栅式位移测试装置，属于动力机械装置位移测试领域。

背景技术

近年来，信息技术与智能装备制造技术深度融合的电气化智能化装备快速发展，智能装备运行状态信息感知对于智能装备的在线运维、寿命预测和健康管理日益重要。位移是智能装备直线往复运动部件的重要动态参数，在智能装备结构紧凑、电磁环境复杂情况下轴向运动部件位移的准确测试对于智能装备的智能控制尤为重要。位移传感器种类众多，但是在狭小紧凑空间下LVDT位移传感器安装受限，油污环境下光栅传感器应用受限，随轴运动的信息感知部分供电困难条件下电感式位移传感器、霍尔式位移传感器和电阻应变式位移传感器应用受限。

为了克服现有位移传感器不能在狭小紧凑空间环境下与被测试部件有效融为一体的测试问题，本发明提供一种信息感知与被测部件融合的容栅式位移测试装置。

发明内容

本发明旨在提供一种信息感知与被测部件融合的容栅式位移测试装置，用于智能装备轴向运动部件的位移测试。

本发明所述的轴向运动部件是智能装备直线往复运动的功能部件，本发明将轴向运动部件作为信息感知结构的一部分，在轴向运动部件上设置半径规律性变化的环形凹槽结构、并设置绝缘层填充凹槽实现轴向位移传感，实现了信息感知与功能部件融合；当设置有轴向运动部件凹槽并在轴向运动部件外侧包覆有绝缘层的动栅轴相对于静栅环直线往复运动时候，静栅环与静栅环正对的轴向运动部件凹槽间的间距发生变化并且静栅环正对的绝缘层的厚度同时变化，从而引起静栅环与轴向运动部件构成的、与轴向位移相关的电容变化；在轴向运动部件 L区域设置节和段，每一节设置标志段（标志段的半径与 L区域内任一段的半径不相等），而且任意一节内任意两段的半径不相等，采用这样编码的方式实现动栅轴相对于静栅环移动过程中轴向运动部件运动位置解算。

本发明提供了一种信息感知与被测部件融合的容栅式位移测试装置，该装置包括信息感知结构和数字化测试电路；

所述信息感知结构包括：动栅轴和静栅环，动栅轴由轴向运动部件与轴向运动部件外侧的绝缘层组成，静栅环与智能装备的固定部件刚性连接，轴向运动部件是智能装备的运动部件或者轴向运动部件与智能装备的运动部件刚性连接；绝缘层用于填充轴向运动部件上的凹槽，使动栅轴表面光滑、耐磨损、增大轴向运动部件和静栅环之间的介电常数，而且实现轴向运动部件和静栅环之间的绝缘；动栅轴置于静栅环的内侧，动栅轴和静栅环同轴心配合，优选间隙配合（动栅轴与静栅环之间可有间隙也可不留间隙），静栅环内表面与动栅轴外表面的距离在公差范围内一致，动栅轴可以是圆柱状的轴，也可以是矩形杆；动栅轴相对于静栅环在 L区域内直线往复运动（其中动栅轴的长度大于等于 L），轴向运动部件和静栅环形成电容，电容值与轴向运动部件相对于静栅环运动的直线位移相关。