专利名称：一种特殊直线往复运动机构的寿命测试系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种直线往复运动机构的寿命测试系统，属于测量装备技术领域。
背景技术：
在航空航天等高技术领域，特种运动机构的应用是非常广泛的。由于这些领域的特殊性质，此类运动机构必须连续可靠地完成特定的复杂作业，这对于运动机构的运动性质的要求是非常的苛刻的。在满足特定作业的前提下，从可靠性的角度来看，特种运动机构的使用寿命也是一个需要着重考虑的重要因素。因而对于特种运动机构的寿命测试，也是一个值得深入考虑的问题。特种运动机构通常使用特种电机，因而有着非常规的运动方式， 对其寿命测试也具有着较高的复杂性。直线电机是一类特殊的电机，也称为线性电机。直线电机与传统的旋转电机相比，有着如下几个不可比拟的特点一是结构简单，其重量和体积大大地下降；二是定位精度高；三是反应速度快、灵敏度高、随动性好；四是工作安全可靠、寿命长。直线电机能够实现无接触传递力，机械摩擦损耗接近为零，所以故障少，免维修，因而其工作安全可靠、寿命长。正因为这些独特的优势，直线电机在作为长期连续运行的驱动机构方面有着广泛的应用。有这样一类的特种运动机构因其使用的直线电机而具有直线往复运动的特点，需要一个特定的寿命测试仪，来满足测试特种直线运动机构的使用特性。
发明内容
本发明的目的是提供一种驱动和监测特种直线往复运动机构的寿命测试系统，对驱动特种直线往复运动机构，并对其运动状态进行实时监测，以考核此类运动机构寿命能否满足在真实工作条件下连续可靠运行，同时可以实现故障报警并能引导工作人员进行人工干预以及时保护此类运动机构。为达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种特殊直线往复运动机构的寿命测试系统，其特征在于包括微控制器�？椋⒖刂破髂？橥ü硕骨？榍毕咄丛硕梗挥稍硕辜嗖饽？榧觳庵毕咄丛硕沟脑硕刺屑觳猓⒔藕欧蠢≈廖⒖刂破髂？椋煌ü嘶涌谀？槭迪治⒖刂破髂？橛氩僮魅嗽苯换ィ坏缭茨？榉直鹞硕骨？�、运动机构监测�？榧拔⒖刂破髂？樘峁┑缭�。优选地，所述人机接口�？榘ㄓ糜谙允局毕咄丛硕沟牡鼻霸硕刺敖艏北ň藕诺囊壕允酒�、键盘输入单元和GSM数据终端单元(DTU)，液晶显示器、键盘输入单元以及GSM数据终端单元(DTU)均与所述微控制器模块连接。优选地,所述键盘输入单元采用5键位小键盘,居中的键位为用于确认和取消设置的复用键，两个用于选择功率驱动信号的频率和幅值参数的选择键，以及两个用于递增和递减参数的设置键，均分布在复用键的四周。优选地，所述运动机构驱动�？榘ㄒ来瘟拥闹苯邮趾铣善�(DDS)、信号极性变换电路、可编程增益放大器(PGA)、隔离放大器(ISO)、功率放大器(PA)及电机电流检测单元，其中直接数字合成器、可编程增益放大器和功率放大器均连接所述微控制器�？� (MCU)，电机电流检测单元分别连接所述直线往复运动机构的直线电机及测量端子，直接数字合成器产生用于驱动直线电机的三角波形信号，并且其频率受所述微控制器�？�(MCU) 控制而可调。优选地，所述信号极性变换电路用于将所述直接数字合成器产生的三角波形单极性信号变换成双极性信号输出。优选地，所述运动机构监测�？橹辽倭铰沸藕偶觳獾缏芳跋尬淮衅鳎尬淮衅饕来瘟拥谝淮鸥衾肫骷暗谝恍藕诺骼淼ピ笥胨鑫⒖刂破髂？橄嗔辽倭铰沸藕偶觳獾缏吠üサ抖嘀揽亓铀鑫⒖刂破髂？�。优选地，每路所述信号检测电路包括霍尔传感器，霍尔传感器依次连接磁隔离器和信号调理单元。优选地，所述电源�？榘ń恢绷髯坏缏罚恢绷髯坏缏妨拥缭垂芾淼缏�。与现有技术相比，本发明的优点是在电路上选择简单可靠的成熟设计和冗余设计 (霍尔传感器双备份)，在元器件上选择工业级或者汽车级产品。对系统中强电和弱电部分使用信号隔离器进行必要的隔离，以保证系统整机的连续可靠运行。设计特种运动机构失控急停保护和远程报警装置，以保护运动机构失控不会损坏，充分地保证此类直线运动机构寿命测试仪的可靠性。
图I为直线往复运动机构的寿命测试系统的示意图
图2为直线往复运动机构的意图3为人机接口�？榻峁箍蛲�4为运动机构驱动�？榻峁箍蛲�5为运动机构检测�？榻峁箍蛲�6为电源�？榻峁箍蛲�7为系统工作主要流程图。
具体实施例方式为使本发明更明显易懂，兹以一优选实施例，并配合附图作详细说明如下。如图I所示，本发明提供了一种直线往复运动机构的寿命测试系统，由微控制器�？镸CU、人机接口�？�、运动机构驱动�？�、运动机构监测�？楹偷缭茨？樽槌伞Ｎ⒖刂破髂？镸CU分别控制人机接口�？�、运动机构驱动�？椤⒃硕辜嗖饽？�。直线往复运动机构与运动机构驱动�？椤⒃硕辜嗖饽？榱�。电源�？榉直鸶⒖刂破髂？镸CU、运动机构驱动�？榧霸硕辜嗖饽？楣┑�。如图2所示，为本发明中所要检测的直线往复运动机构示意图，包括直线电机和运动机构。该机构的直线电机分别和运动机构驱动�？�、运动监测�？榱�。如图3所示，为人机接口�？榻峁箍蛲迹萌嘶涌谀？榘ㄒ壕允酒�、键盘及 GSM数据终端单元DTU。
液晶显示器和键盘输入单元均受微控制器�？镸CU控制。液晶显示器用于显示直线运动机构的当前运动状态，并且能够显示紧急报警信号。键盘输入单元采用5键位小键盘设计，居中的键位为“ESC/ETR”复用键，用于确认和取消设置。“ < ”选择键和“ > ”选择键用于选择频率和幅值参数设置；“ + ”设置键和设置键，用于递增或递减参数的设置， 四个键均分布在“ESC/ETR”复用键四周。GSM数据终端单元DTU实现远程人机接口，在GSM 数据终端单元DTU中预设若干操作人员的手机号码，定时将获得的电机工作计数以及系统工作状态以短信形式发送至预设号码的手机中，方便操作人员进行数据记录当系统出现故障时，及时将故障代码以短信形式发送至预设号码的手机中，及时导引操作人员进行人工干预。如图4所示，为运动机构驱动�？榻峁箍蛲迹ㄒ来瘟拥闹苯邮趾铣善�、信号极性变换电路、可编程增益放大器、隔离放大器、功率放大器包括光耦隔离部分、电机电流检测单元。直接数字合成器和可编程增益放大器的信号线I和信号线2分别连接微控制器模块MCU，由微控制器�？镸CU输出控制信号。电机电流检测单元的信号线3和信号线4 分别连接直线电机和测量头。直接数字合成器用于产生驱动直线电机的三角波形信号，并且其频率受微控制器模块MCU控制而可调。信号极性变换电路用于将直接数字合成器产生的三角波形单极性信号改变成双极性信号输出。可编程增益放大器用于调节输出信号波形的幅值。隔离放大器用于对输出的双极性三角波形信号进行隔离，保证失真性，使线性度、 精度、隔离耐压参数满足系统性能要求。功率放大器用于放大输出的三角波形信号，以满足驱动电机的功率要求。另外，功率放大器与微控制器之间放置光耦隔离器，完全实现电气隔离以防止信号干扰，由微控制器�？镸CU通过信号线5产生控制信号，实现对功率放大器使能和禁用。电机电流检测单元用于提供和检测驱动电机的电流信号的幅值、频率等特征，也可以连接示波器进行实时观察。如图5所示，为运动机构监测�？榻峁箍蛲迹ǖ谝换舳衅鰽、第二霍尔传感器B、限位传感器、磁隔离器、信号调理单元、单刀双掷开关。第一霍尔传感器A、第二霍尔传感器B分别和各自的磁隔离器及信号调理单元连接构成两路信号检测电路。两路信号检测电路再连接单刀双掷开关，单刀双掷开关的通过信号线6连接微控制器�？镸CU，单刀双掷开关向微控制器�？镸CU输出一路霍尔传感器的监测信号，当一路霍尔传感器出现故障后，由微控制器�？镸CU反馈输出控制信号来切换单刀双掷开关，使得运动机构能够正常继续工作。信号调理单元通过信号线7直接连接微控制器模块MCU，当直线往复运动机构的动镜运动超出预设的安全位置时，限位传感器输出信号给微控制器�？镸CU。其中，磁隔离能够很好实现信号隔离，防止信号相互干扰，大大增加电路的稳定性和可靠性。霍尔传感器用于感知电机往复推动的永磁铁位移导致的局域磁场强度变化，若达到预设的测量阈值， 则输出直线电机运动的有效计数脉冲。如图6所示，为电源�？榻峁箍蛲迹龅缭茨？榘ń恢绷髯坏缏稟C/DC和电源管理电路，电源模块的通过信号线8的一路输出分别和运动机构驱动�？�、运动机构监测�？�、微控制器�？榱樱⑽涔┑纾缭垂芾淼缏诽峁┧柘低车缭吹挠行Х峙洌畲蟪潭鹊亟档妥榧兄檬钡哪芎�。同时，为以防万一还提供电源�？榈谋阜荩吹缭茨？榈男藕畔�9输出提供。如图7所示，为系统工作主要流程图，系统工作开始并且完成各个�？榈某跏蓟ぷ髦螅晌⒖刂破髂？镸CU负责检查外部存储器内是否存有设置参数，若有则直接根据存储的数据进行参数的设置；否则认为是系统第一次工作，通过人机接口�？榈陌醇ピ兄苯邮趾铣善骱涂杀喑淘鲆娣糯笃鞯牟问柚茫柚猛瓯虾笥晌⒖刂破髂？镸CU 负责存储。接下来微控制器�？镸CU同样检查有关计数器的设置参数并且进行设置。一切准备就绪后，微控制器�？镸CU通过使能功率放大器使能波形后，运动机构驱动�？楸隳艹晒Σ璧那ㄐ危辞毕叩缁佣沟弥毕咄丛硕构ぷ�。直线运动机构正常工作的状态，可以从液晶显示器上读出。计数器则分别从驱动�？橹械牡缁缌骷觳獾ピ图嗖饽？橹械幕舳衅魇涑龅穆龀褰屑剖�。若微控制器�？镸CU检测出二者差值出现大于规定的正常数值，或者出现其它诸如运动机构超出正常位置由监测�？榈南尬淮衅骷觳猓蛳低惩ü构β史糯笃鞴ぷ鳎⒓赐Ｖ怪毕咴硕梗⑶医收媳ň允驹谝壕允酒魃希逼舳疓SM数据终端单元DTU，将故障代码以短信形式发送至预设号码的手机中，及时导引操作人员进行人工干预，以保护直线运动机构。
权利要求
1.一种特殊直线往复运动机构的寿命测试系统，其特征在于包括微控制器�？� (MCU)，微控制器模块(MCU)通过运动机构驱动�？榍毕咄丛硕梗稍硕辜嗖饽？榧觳庵毕咄丛硕沟脑硕刺屑觳猓⒔藕欧蠢』匚⒖刂破髂？�(MCU)， 微控制器�？�(MCU)通过人机接口�？橛胪饨缃换ィ缭茨？榉直鹞硕骨？�、 运动机构监测�？榧拔⒖刂破髂？�(MCU)提供电源。
2.如权利要求I所述的一种特殊直线往复运动机构的寿命测试系统，其特征在于所述人机接口模块包括用于显示当前直线往复运动机构运动状态及紧急报警信号的液晶显示器、键盘输入单元和GSM数据终端单元(DTU)，液晶显示器、键盘输入单元以及GSM数据终端单元(DTU)均与所述微控制器�？�(MCU)连接。
3.如权利要求2所述的一种特殊直线往复运动机构的寿命测试系统，其特征在于所述键盘输入单元采用5键位小键盘，居中的键位为用于确认和取消设置的复用键，两个用于选择频率和幅值参数的选择键及两个用于递增和递减参数的设置键分布在复用键的四周。
4.如权利要求I所述的一种特殊直线往复运动机构的寿命测试系统，其特征在于所述运动机构驱动�？榘ㄒ来瘟拥闹苯邮趾铣善�、信号极性变换电路、可编程增益放大器、隔离放大器、功率放大器及电机电流检测单元，直接数字合成器、可编程增益放大器和功率放大器连接所述微控制器�？�(MCU)，电机电流检测单元分别连接所述直线往复运动机构的直线电机及测量头，直接数字合成器产生用于驱动直线电机的三角波形信号，并且其频率受所述微控制器�？�(MCU)控制而可调节。
5.如权利要求4所述的一种特殊直线往复运动机构的寿命测试系统，其特征在于所述信号极性变换电路用于将所述直接数字合成器产生的三角波形单极性信号改变成双极性信号输出。
6.如权利要求I所述的一种特殊直线往复运动机构的寿命测试系统，其特征在于所述运动机构监测模块至少两路信号检测电路及限位传感器，限位传感器依次连接第一磁隔离器及第一信号调理单元后与所述微控制器�？�(MCU)相连，至少两路信号检测电路通过单刀多掷开关连接所述微控制器�？�(MCU)。
7.如权利要求6所述的一种特殊直线往复运动机构的寿命测试系统，其特征在于每路所述信号检测电路包括霍尔传感器，霍尔传感器依次连接磁隔离器及信号调理单元。
8.如权利要求I所述的一种特殊直线往复运动机构的寿命测试系统，其特征在于所述电源�？榘ń恢绷髯坏缏罚恢绷髯坏缏妨拥缭垂芾淼缏�。
全文摘要
本发明提供了一种特殊直线往复运动机构的寿命测试系统，其特征在于包括微控制器�？椋⒖刂破髂？橥ü硕骨？榍毕咄丛硕梗稍硕辜嗖饽？榧觳庵毕咄丛硕沟脑硕刺屑觳猓⒔藕欧蠢≈廖⒖刂破髂？椋⒖刂破髂？橥ü嘶涌谀？橛胪饨缃换ィ缭茨？榉直鹞硕骨？�、运动机构监测�？榧拔⒖刂破髂？樘峁┑缭�。本发明的优点是在电路上选择简单可靠的成熟设计和冗余设计。对电路系统中强电和弱电部分使用隔离器进行必要的隔离，以保证系统整机的连续稳定运行。设计运动机构失控急停保护和远程报警装置，以保护直线运动机构不会失控导致损坏，充分地保证了此类直线运动机构寿命测试仪的可靠性。
文档编号G01M13/00GK102589870SQ20121006272
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月11日 优先权日2012年3月11日
发明者周明君, 徐慧军, 范红, 许武军, 赵儒哲 申请人:东华大学
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