專利名稱：集成化磁懸浮轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)位移測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)字化測(cè)量?jī)x器，具體涉及一種磁懸浮轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)位移測(cè)量裝置，特別適用于各種磁力軸承系統(tǒng)中測(cè)量磁懸浮轉(zhuǎn)子的動(dòng)態(tài)位移。
背景技術(shù)：
磁力軸承是一種利用電磁原理將被支承件穩(wěn)定懸浮在空間，使支承件和被支承件之間沒(méi)有機(jī)械接觸的新型高性能機(jī)電一體化軸承，它具有精度高、噪聲低、發(fā)熱少、功耗小等普通軸承不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。在磁力軸承系統(tǒng)中，磁懸浮轉(zhuǎn)子的位移信號(hào)是控制磁力軸承穩(wěn)定懸浮并能夠高速旋轉(zhuǎn)的重要依據(jù)，因此，位移測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性、穩(wěn)定性和精確性直接影響到磁力軸承的整體性能。磁懸浮轉(zhuǎn)子對(duì)位移測(cè)量裝置的要求是非接觸、體積小、靈敏度高、線性度好并且性能穩(wěn)定。
5自由度磁懸浮轉(zhuǎn)子由1個(gè)軸向磁力軸承和2個(gè)徑向磁力軸承組成支承系統(tǒng)，軸向磁力軸承至少需要安裝1個(gè)轉(zhuǎn)子軸向位移傳感器，每個(gè)徑向磁力軸承至少需要安裝4個(gè)轉(zhuǎn)子徑向位移傳感器(越多越好)，因此，5自由度磁懸浮轉(zhuǎn)子至少需要9個(gè)位移傳感器。
目前國(guó)內(nèi)外的磁懸浮轉(zhuǎn)子位移測(cè)量裝置大都采用渦流傳感器，渦流傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、靈敏度高、線性度好、易于制作且成本低等優(yōu)點(diǎn)，便于產(chǎn)業(yè)化推廣。
但目前的位移測(cè)量裝置都是采用9個(gè)獨(dú)立的測(cè)量通道，位移傳感器安裝在磁力軸承定子內(nèi)部，而測(cè)量電路安裝在磁力軸承外面的控制箱中，通過(guò)電纜將傳感器和測(cè)量電路相連接。這種結(jié)構(gòu)和測(cè)量方法有如下弊端位移傳感器輸出的微弱模擬信號(hào)在遠(yuǎn)距離傳輸過(guò)程中，容易串入各種干擾信號(hào)，使得測(cè)量信號(hào)誤差增加，可靠性下降；各通道激勵(lì)源的頻率很難做到完全相同，在長(zhǎng)線傳輸過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生通道間的相互干擾；各通道的A/D轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的測(cè)量誤差不一致，增大了信號(hào)處理和控制的難度；9個(gè)獨(dú)立的位移測(cè)量通道存在明顯的硬件冗余；位移傳感器安裝在磁力軸承定子外殼上，增加了機(jī)械加工的難度和安裝難度，再加上對(duì)連接電纜的嚴(yán)格要求，使得測(cè)量裝置的體積、硬件成本和維修難度都明顯增加。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決目前磁懸浮轉(zhuǎn)子位移測(cè)量裝置存在的弊端，本發(fā)明的目的在于提供一種測(cè)量精度高、可靠性好、成本低的集成化磁懸浮轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)位移測(cè)量裝置。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是集成化磁懸浮轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)位移測(cè)量裝置，它包括測(cè)量電路；測(cè)量電路包括徑向位移傳感器、軸向位移傳感器、正弦波發(fā)生器、驅(qū)動(dòng)模塊、全橋整流濾波模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、采樣保持器、多路模擬開(kāi)關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器；至少4個(gè)及以上的徑向位移傳感器和至少1個(gè)及以上的軸向位移傳感器的輸出端分別與至少5路及以上的全橋整流濾波模塊的輸入端一對(duì)一相對(duì)應(yīng)連接，至少5路及以上的全橋整流濾波模塊的輸出端分別與至少5路及以上的信號(hào)調(diào)理模塊的輸入端一對(duì)一相對(duì)應(yīng)連接，至少5路及以上的信號(hào)調(diào)理模塊的輸出端分別與至少5個(gè)及以上的采樣保持器的輸入端一對(duì)一相對(duì)應(yīng)連接，至少5個(gè)及以上的采樣保持器的輸出端分別與至少含有5個(gè)及以上的輸入通道的多路模擬開(kāi)關(guān)的輸入端一對(duì)一相對(duì)應(yīng)連接，多路模擬開(kāi)關(guān)的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端相連接，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端與微處理器的數(shù)據(jù)線相連接，微處理器通過(guò)串行口與控制器相聯(lián)接；微處理器的控制線分別與A/D轉(zhuǎn)換器、多路模擬開(kāi)關(guān)、采樣保持器的控制線相連接；其特征在于所述測(cè)量電路的驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端與正弦波發(fā)生器的輸出端相連接，驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端分別與至少4個(gè)及以上的徑向位移傳感器和至少1個(gè)及以上的軸向位移傳感器的輸入端相連接；所述測(cè)量電路為2個(gè)，第一測(cè)量電路的正弦波發(fā)生器、驅(qū)動(dòng)模塊、全橋整流濾波模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、采樣保持器、多路模擬開(kāi)關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器集成安裝在第一測(cè)量電路板上，第二測(cè)量電路的正弦波發(fā)生器、驅(qū)動(dòng)模塊、全橋整流濾波模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、采樣保持器、多路模擬開(kāi)關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器集成安裝在第二測(cè)量電路板上，第一測(cè)量電路板、第二測(cè)量電路板分別安裝在磁力軸承的定子內(nèi)部；第一測(cè)量電路板上固定連接有與第一測(cè)量電路的徑向位移傳感器和軸向位移傳感器數(shù)量相同的支撐架，第一測(cè)量電路的徑向位移傳感器和軸向位移傳感器與第一測(cè)量電路板上的支撐架一對(duì)一相對(duì)應(yīng)固定在支撐架上第二測(cè)量電路板上固定連接有與第二測(cè)量電路的徑向位移傳感器和軸向位移傳感器數(shù)量相同的支撐架，第二測(cè)量電路的徑向位移傳感器和軸向位移傳感器與第二測(cè)量電路板上的支撐架一對(duì)一相對(duì)應(yīng)固定在支撐架上；第一測(cè)量電路的徑向位移傳感器和軸向位移傳感器位于第一個(gè)徑向磁力軸承處，第二測(cè)量電路的徑向位移傳感器和軸向位移傳感器位于第二個(gè)徑向磁力軸承處；安裝在支撐架上的徑向位移傳感器在同一平面上，徑向位移傳感器軸對(duì)稱分布在磁懸浮轉(zhuǎn)子兩邊；軸向位移傳感器位于磁懸浮轉(zhuǎn)子中部。
本發(fā)明的有益效果是所述測(cè)量電路的驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端與正弦波發(fā)生器的輸出端相連接，驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端分別與至少4個(gè)及以上的徑向位移傳感器和至少1個(gè)及以上的軸向位移傳感器的輸入端相連接；同一塊電路板上的所有位移傳感器都是由同一個(gè)信號(hào)源激勵(lì)，并且信號(hào)源和位移傳感器都在同一塊電路板上，所以各測(cè)量通道相互之間不會(huì)因?yàn)樾盘?hào)源頻率不同而產(chǎn)生干擾。將第一測(cè)量電路集成在第一測(cè)量電路板上，將第二測(cè)量電路集成在第二測(cè)量電路板上，第一測(cè)量電路板、第二測(cè)量電路板分別安裝在磁力軸承的定子內(nèi)部；位移傳感器的輸出近距離傳輸給微處理器，極大提高了位移信號(hào)在傳送過(guò)程中的抗干擾能力。采用單信號(hào)源激勵(lì)多通道位移傳感器，消除了多信號(hào)源激勵(lì)產(chǎn)生的通道間的相互干擾。對(duì)多通道傳感器的位移信號(hào)同步采樣，有利于獲得完整的磁懸浮轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)位移信息，提高了采樣信號(hào)的實(shí)時(shí)性。多通道傳感器共享A/D轉(zhuǎn)換器，保證了磁懸浮轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)位移信號(hào)測(cè)量誤差的一致性，提高了測(cè)量精度和可靠性，減小了測(cè)量裝置的體積和成本，便于產(chǎn)業(yè)化。將位移信號(hào)經(jīng)微處理器處理后，以數(shù)字信號(hào)形式傳送給磁懸浮轉(zhuǎn)子的控制器，輸出信號(hào)數(shù)字化，極大提高了位移信號(hào)在傳送過(guò)程中的抗干擾能力和可靠性。
徑向位移傳感器的個(gè)數(shù)可以大于電磁線圈繞組的個(gè)數(shù)，并在360度范圍內(nèi)等角度等園心距分布，有利于獲得完整的磁懸浮轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)位移信息。
支撐架的作用是1、通過(guò)調(diào)整支撐架的高度，使安裝在支撐架上面的位移傳感器(包括徑向傳感器和軸向傳感器)盡量位于電磁線圈繞組磁場(chǎng)的中心；2、通過(guò)調(diào)整支撐架的前后位置，使各徑向位移傳感器到園心的距離相等；3、能適應(yīng)不同大小和結(jié)構(gòu)的磁力軸承和磁懸浮轉(zhuǎn)子。


圖1是本發(fā)明的磁懸浮轉(zhuǎn)子及其磁力軸承支承系統(tǒng)和測(cè)量電路板的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1的左視圖。
圖3是本發(fā)明的第一測(cè)量電路原理方框圖。
圖4是本發(fā)明的第二測(cè)量電路原理方框圖。
在圖1中0是磁懸浮轉(zhuǎn)子，1是磁懸浮轉(zhuǎn)子的軸向推力盤(pán)，2-1和2-2分別是軸向磁力軸承的第一電磁線圈繞組和第二電磁線圈繞組，2-1和2-2分別安裝在磁懸浮轉(zhuǎn)子推力盤(pán)1的兩邊。3-1、3-2、3-3、3-4(3-4在圖1中被磁懸浮轉(zhuǎn)子0擋住看不見(jiàn))分別是第一個(gè)徑向磁力軸承的4個(gè)電磁線圈繞組(即第三電磁線圈繞組、第四電磁線圈繞組、第五電磁線圈繞組、第六電磁線圈繞組)，4-1、4-2、4-3、4-4(4-4被磁懸浮轉(zhuǎn)子0擋住看不見(jiàn))分別是4個(gè)徑向位移傳感器(即第一徑向位移傳感器、第二徑向位移傳感器、第三徑向位移傳感器、第四徑向位移傳感器)，4-5是第一軸向位移傳感器，5-1、5-2、5-3、5-4(5-4被磁懸浮轉(zhuǎn)子0擋住看不見(jiàn))、5-5分別是4-1、4-2、4-3、4-4、4-5的支撐架(即第一支撐架5-1、第二支撐架5-2、第三支撐架5-3、第四支撐架5-4、第五支撐架5-5)，第一支撐架5-1、第二支撐架5-2、第三支撐架5-3、第四支撐架5-4、第五支撐架5-5分別安裝在第一測(cè)量電路板6-1上，圖3所示的第一測(cè)量電路全部安裝在測(cè)量電路板6-1上(其中包括1個(gè)軸向位移傳感器)，第一測(cè)量電路板6-1安裝在磁力軸承的定子內(nèi)部；上述部件組成第一個(gè)徑向磁力軸承。
3-5、3-6、3-7、3-8(3-8在圖1中被磁懸浮轉(zhuǎn)子0擋住看不見(jiàn))分別是第二個(gè)徑向磁力軸承的4個(gè)電磁線圈繞組(即第七電磁線圈繞組、第八電磁線圈繞組、第九電磁線圈繞組、第十電磁線圈繞組)，4-6、4-7、4-8、4-9(4-9被磁懸浮轉(zhuǎn)子0擋住看不見(jiàn))分別是4個(gè)徑向位移傳感器(即第五徑向位移傳感器、第六徑向位移傳感器、第七徑向位移傳感器、第八徑向位移傳感器)，4-0是第二軸向位移傳感器；5-6、5-7、5-8、5-9(5-9被磁懸浮轉(zhuǎn)子0擋住看不見(jiàn))、5-0分別是4-6、4-7、4-8、4-9、4-0的支撐架(第六支撐架5-6、第七支撐架5-7、第八支撐架5-8、第九支撐架5-9、第十支撐架5-0)，第六支撐架5-6、第七支撐架5-7、第八支撐架5-8、第九支撐架5-9、第十支撐架5-0分別安裝在第二測(cè)量電路板6-上，第二測(cè)量電路如圖4所示，第二測(cè)量電路全部安裝在第二測(cè)量電路板6-2上，第二測(cè)量電路板6-2安裝在磁力軸承的定子內(nèi)部；上述部件組成第二個(gè)徑向磁力軸承(其中包括1個(gè)軸向位移傳感器)。
兩個(gè)徑向磁力軸承的結(jié)構(gòu)完全相同，每個(gè)徑向磁力軸承的電磁線圈繞組和位移傳感器在空間是等距分布，各傳感器在360度范圍內(nèi)等角度等園心距分布；例如采用4個(gè)電磁線圈繞組和4個(gè)徑向位移傳感器，則4個(gè)徑向位移傳感器相互之間相距90度，如圖2所示。
徑向磁力軸承位移傳感器的個(gè)數(shù)可以大于電磁線圈繞組的個(gè)數(shù)。
圖3中7-1、7-2、7-3、7-4、7-5分別是第一全橋整流濾波模塊、第二全橋整流濾波模塊、第三全橋整流濾波模塊、第四全橋整流濾波模塊、第五全橋整流濾波模塊，8-1、8-2、8-3、8-4、8-5分別是第一信號(hào)調(diào)理模塊、第二信號(hào)調(diào)理模塊、第三信號(hào)調(diào)理模塊、第四信號(hào)調(diào)理模塊、第五信號(hào)調(diào)理模塊，9-1、9-2、9-3、9-4、9-5分別是第一采樣保持器、第二采樣保持器、第三采樣保持器、第四采樣保持器、第五采樣保持器，10是第一多路模擬開(kāi)關(guān)，11是第一A/D轉(zhuǎn)換器，12是第一微處理器，13是第一驅(qū)動(dòng)模塊，14是第一正弦波發(fā)生器，圖中箭頭表示信號(hào)的流向。
圖4中4-6、4-7、4-8、4-9是4個(gè)徑向位移傳感器(即第五徑向位移傳感器、第六徑向位移傳感器、第七徑向位移傳感器、第八徑向位移傳感器)，4-0是第二軸向位移傳感器；7-6、7-7、7-8、7-9、7-0分別是第六全橋整流濾波模塊、第七全橋整流濾波模塊、第八全橋整流濾波模塊、第九全橋整流濾波模塊、第十全橋整流濾波模塊，8-6、8-7、8-8、8-9、8-0分別是第六信號(hào)調(diào)理模塊、第七信號(hào)調(diào)理模塊、第八信號(hào)調(diào)理模塊、第九信號(hào)調(diào)理模塊、第十信號(hào)調(diào)理模塊，9-6、9-7、9-8、9-9、9-0分別是第六采樣保持器、第七采樣保持器、第八采樣保持器、第九采樣保持器、第十采樣保持器，15是第二多路模擬開(kāi)關(guān)，16是第二A/D轉(zhuǎn)換器，17是第二微處理器，18是第二驅(qū)動(dòng)模塊，19是第二正弦波發(fā)生器，圖中箭頭表示信號(hào)的流向。
具體實(shí)施例方式
為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。
集成化磁懸浮轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)位移測(cè)量裝置，它包括第一測(cè)量電路板、第二測(cè)量電路板、支撐架、徑向位移傳感器和軸向位移傳感器。
為了提高位移測(cè)量信號(hào)的實(shí)時(shí)性和測(cè)量精度，在本發(fā)明中，第一微處理器12、第二微處理器17選用高速DSP芯片TMS320VC5402PGE100，該芯片時(shí)鐘周期達(dá)10ns；第一A/D轉(zhuǎn)換器11、第二A/D轉(zhuǎn)換器16選用高速高精度芯片ADS5520，該芯片采樣速率高達(dá)125MSPS；分辨率達(dá)12位；第一多路模擬開(kāi)關(guān)10、第二多路模擬開(kāi)關(guān)15選用高速芯片ISL43681IR，該芯片為8選1；采樣保持器選用高速芯片HTS-0025，信號(hào)調(diào)理模塊選用高精度運(yùn)算放大器OPA335；全橋整流濾波模塊選用開(kāi)關(guān)二極管1SS400T1和鉭電容；正弦波發(fā)生器選用高頻精密函數(shù)波形發(fā)生器MAX038，驅(qū)動(dòng)模塊選用高頻功率運(yùn)算放大器OPA552。
一、下面以第一個(gè)徑向磁力軸承為例，并結(jié)合圖1、圖2和圖3進(jìn)行說(shuō)明。
第一測(cè)量電路包括徑向位移傳感器、軸向位移傳感器、正弦波發(fā)生器、驅(qū)動(dòng)模塊、全橋整流濾波模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、采樣保持器、多路模擬開(kāi)關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器，4個(gè)徑向位移傳感器(第一徑向位移傳感器4-1、第二徑向位移傳感器4-2、第三徑向位移傳感器4-3、第四徑向位移傳感器4-4、)和1個(gè)軸向位移傳感器(第一軸向位移傳感器4-5)的輸出端分別與5路全橋整流濾波模塊(第一全橋整流濾波模塊7-1、第二全橋整流濾波模塊7-2、第三全橋整流濾波模塊7-3、第四全橋整流濾波模塊7-4、第五全橋整流濾波模塊7-5)的輸入端一對(duì)一相對(duì)應(yīng)連接，5路全橋整流濾波模塊的輸出端分別與5路信號(hào)調(diào)理模塊(第一信號(hào)調(diào)理模塊8-1、第二信號(hào)調(diào)理模塊8-2、第三信號(hào)調(diào)理模塊8-3、第四信號(hào)調(diào)理模塊8-4、第五信號(hào)調(diào)理模塊8-5)的輸入端一對(duì)一相對(duì)應(yīng)連接，5路信號(hào)調(diào)理模塊的輸出端分別與5個(gè)采樣保持器(第一采樣保持器9-1、第二采樣保持器9-2、第三采樣保持器9-3、第四采樣保持器9-4、第五采樣保持器9-5)的輸入端一對(duì)一相對(duì)應(yīng)連接，5個(gè)采樣保持器的輸出端分別與含有8個(gè)輸入通道的第一多路模擬開(kāi)關(guān)10的任意5個(gè)輸入端一對(duì)一相對(duì)應(yīng)連接，第一多路模擬開(kāi)關(guān)10的輸出端與第一A/D轉(zhuǎn)換器11的模擬輸入端相連接，第一A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端與第一微處理器12的數(shù)據(jù)線相連接，第一微處理器12通過(guò)串行口與控制器相聯(lián)接；第一驅(qū)動(dòng)模塊13的輸入端與第一正弦波發(fā)生器14的輸出端相連接，第一驅(qū)動(dòng)模塊13的輸出端與第一徑向位移傳感器4-1、第二徑向位移傳感器4-2、第三徑向位移傳感器4-3、第四徑向位移傳感器4-4、第一軸向位移傳感器4-5的輸入端相連接，第一微處理器12的控制線分別與第一A/D轉(zhuǎn)換器11、第一多路模擬開(kāi)關(guān)10、第一采樣保持器9-1、第二采樣保持器9-2、第三采樣保持器9-3、第四采樣保持器9-4、第五采樣保持器9-5的控制線相連接。
第一測(cè)量電路的正弦波發(fā)生器、驅(qū)動(dòng)模塊、全橋整流濾波模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、采樣保持器、多路模擬開(kāi)關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器集成安裝在第一測(cè)量電路板上。
第一測(cè)量電路板安裝在磁力軸承的定子內(nèi)部，第一測(cè)量電路板上固定連接有與位移傳感器數(shù)量相同的支撐架(第一支撐架5-1、第二支撐架5-2、第三支撐架5-3、第四支撐架5-4、第五支撐架5-5)；第一測(cè)量電路的徑向位移傳感器和軸向位移傳感器位于第一個(gè)徑向磁力軸承處，安裝在支撐架上的徑向位移傳感器在同一平面上，徑向位移傳感器2個(gè)一組，軸對(duì)稱安裝在磁懸浮轉(zhuǎn)子兩邊，測(cè)量磁懸浮轉(zhuǎn)子的徑向位移，各徑向位移傳感器在360度范圍內(nèi)等角度等園心距分布；例如采用4個(gè)電磁線圈繞組和4個(gè)徑向位移傳感器，則4個(gè)徑向位移傳感器相互之間相距90度，如圖2所示。徑向位移傳感器的個(gè)數(shù)可以等于也可以大于電磁線圈繞組的個(gè)數(shù)。軸向位移傳感器位于磁懸浮轉(zhuǎn)子中部；軸向位移傳感器測(cè)量磁懸浮轉(zhuǎn)子中部的推力盤(pán)(也可測(cè)量安裝在磁懸浮轉(zhuǎn)子上的其它目標(biāo)盤(pán))的軸向位移。徑向位移傳感器也可以采用4個(gè)以上(如5個(gè)、6個(gè)、7個(gè)、8個(gè)、9個(gè)或10個(gè)，但最好為4的整倍數(shù))，第一測(cè)量電路板上也可以安裝1個(gè)以上的軸向位移傳感器(如2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)或5個(gè)，但不宜過(guò)多)。
在圖3中，工作原理如下第一正弦波發(fā)生器14產(chǎn)生的高頻振蕩信號(hào)，通過(guò)第一驅(qū)動(dòng)模塊13變換為有足夠驅(qū)動(dòng)能力的信號(hào)，同時(shí)激勵(lì)第一徑向位移傳感4-1、第二徑向位移傳感4-2、第三徑向位移傳感4-3、第四徑向位移傳感4-4、第一軸向位移傳感器4-5。因?yàn)樗形灰苽鞲衅鞫际怯赏粋€(gè)信號(hào)源激勵(lì)，并且信號(hào)源和位移傳感器都在同一塊電路板上，各測(cè)量通道相互之間不會(huì)因?yàn)樾盘?hào)源頻率不同而產(chǎn)生干擾，因此提高了測(cè)量精度和可靠性。5個(gè)位移傳感器測(cè)量的磁懸浮轉(zhuǎn)子位移信號(hào)分別經(jīng)第一全橋整流濾波模塊7-1、第二全橋整流濾波模塊7-2、第三全橋整流濾波模塊7-3、第四全橋整流濾波模塊7-4、第五全橋整流濾波模塊7-5整流濾波后輸入到第一信號(hào)調(diào)理模塊8-1、第二信號(hào)調(diào)理模塊8-2、第三信號(hào)調(diào)理模塊8-3、第四信號(hào)調(diào)理模塊8-4、第五信號(hào)調(diào)理模塊8-5的輸入端，第一信號(hào)調(diào)理模塊8-1、第二信號(hào)調(diào)理模塊8-2、第三信號(hào)調(diào)理模塊8-3、第四信號(hào)調(diào)理模塊8-4、第五信號(hào)調(diào)理模塊8-5將信號(hào)放大后分別輸入到第一采樣保持器9-1、第二采樣保持器9-2、第三采樣保持器9-3、第四采樣保持器9-4、第五采樣保持器9-5的輸入端，在微處理器12的控制下，經(jīng)第一采樣保持器9-1、第二采樣保持器9-2、第三采樣保持器9-3、第四采樣保持器9-4、第五采樣保持器9-5采樣并保持的位移測(cè)量信號(hào)，輸入到第一多路模擬開(kāi)關(guān)10的輸入端，第一微處理器12通過(guò)控制第一多路模擬開(kāi)關(guān)10，巡回選通各路位移信號(hào)，并通過(guò)控制第一A/D轉(zhuǎn)換器11獲得位移信號(hào)。由于位移傳傳感器和測(cè)量模塊在同一塊電路板上且距離很近，所以既省去了昂貴的電纜又避免了干擾信號(hào)的串入。本發(fā)明具有測(cè)量精度高、成本低、可靠性好的特點(diǎn)。
第一微處理器12的采樣過(guò)程是先通過(guò)控制線同時(shí)使各采樣保持器處于保持狀態(tài)，確保位移采樣信號(hào)的同時(shí)性，然后依次選通第一多路模擬開(kāi)關(guān)10，將各路位移采樣信號(hào)依次讀入并進(jìn)行處理，然后將經(jīng)過(guò)處理的位移信號(hào)以數(shù)字信號(hào)的形式，通過(guò)串行口傳送給控制器。因?yàn)閭魉偷氖菙?shù)字信號(hào)，所以具有很強(qiáng)的抗干擾能力，雖然傳送距離較遠(yuǎn)，仍然能保證信號(hào)的可靠性。
二、下面以第二個(gè)徑向磁力軸承為例，并結(jié)合圖1和圖4進(jìn)行說(shuō)明。
第二測(cè)量電路包括徑向位移傳感器、軸向位移傳感器、正弦波發(fā)生器、驅(qū)動(dòng)模塊、全橋整流濾波模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、采樣保持器、多路模擬開(kāi)關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器，4個(gè)徑向位移傳感器(第五徑向位移傳感器4-6、第六徑向位移傳感器4-7、第七徑向位移傳感器4-8、第八徑向位移傳感器4-9、)和1個(gè)軸向位移傳感器(第二軸向位移傳感器4-0)的輸出端分別與5路全橋整流濾波模塊(第六全橋整流濾波模塊7-6、第七全橋整流濾波模塊7-7、第八全橋整流濾波模塊7-8、第九全橋整流濾波模塊7-9、第十全橋整流濾波模塊7-0)的輸入端一對(duì)一相對(duì)應(yīng)連接，5路全橋整流濾波模塊的輸出端分別與5路信號(hào)調(diào)理模塊(第六信號(hào)調(diào)理模塊8-6、第七信號(hào)調(diào)理模塊8-7、第八信號(hào)調(diào)理模塊8-8、第九信號(hào)調(diào)理模塊8-9、第十信號(hào)調(diào)理模塊8-0)的輸入端一對(duì)一相對(duì)應(yīng)連接，5路信號(hào)調(diào)理模塊的輸出端分別與5個(gè)采樣保持器(第六采樣保持器9-6、第七采樣保持器9-7、第八采樣保持器9-8、第九采樣保持器9-9、第十采樣保持器9-0)的輸入端一對(duì)一相對(duì)應(yīng)連接，5個(gè)采樣保持器的輸出端分別與含有8個(gè)輸入通道的第二多路模擬開(kāi)關(guān)15的任意5個(gè)輸入端一對(duì)一相對(duì)應(yīng)連接，第二多路模擬開(kāi)關(guān)15的輸出端與第二A/D轉(zhuǎn)換器16的模擬輸入端相連接，第二A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端與第二微處理器17的數(shù)據(jù)線相連接，第二微處理器17通過(guò)串行口與控制器相聯(lián)接；第二驅(qū)動(dòng)模塊18的輸入端與第二正弦波發(fā)生器19的輸出端相連接，第二驅(qū)動(dòng)模塊18的輸出端與第五徑向位移傳感器4-6、第六徑向位移傳感器4-7、第七徑向位移傳感器4-8、第八徑向位移傳感器4-9、第二軸向位移傳感器4-0的輸入端相連接，第二微處理器17的控制線分別與第二A/D轉(zhuǎn)換器16、第二多路模擬開(kāi)關(guān)15、第六采樣保持器9-6、第七采樣保持器9-7、第八采樣保持器9-8、第九采樣保持器9-9、第十采樣保持器9-0的控制線相連接。
第二測(cè)量電路的正弦波發(fā)生器、驅(qū)動(dòng)模塊、全橋整流濾波模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、采樣保持器、多路模擬開(kāi)關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器集成安裝在第二測(cè)量電路板上。
第二測(cè)量電路板安裝在磁力軸承的定子內(nèi)部，第二測(cè)量電路板上固定連接有與位移傳感器數(shù)量相同的支撐架(第六支撐架5-6、第七支撐架5-7、第八支撐架5-8、第九支撐架5-9、第十支撐架5-0)；第二測(cè)量電路的徑向位移傳感器和軸向位移傳感器位于第二個(gè)徑向磁力軸承處，安裝在支撐架上的徑向位移傳感器在同一平面上，徑向位移傳感器2個(gè)一組，軸對(duì)稱安裝在磁懸浮轉(zhuǎn)子兩邊，測(cè)量磁懸浮轉(zhuǎn)子的徑向位移，各徑向位移傳感器在360度范圍內(nèi)等角度等園心距分布；例如采用4個(gè)電磁線圈繞組和4個(gè)徑向位移傳感器，則4個(gè)徑向位移傳感器相互之間相距90度。徑向位移傳感器的個(gè)數(shù)可以等于也可以大于電磁線圈繞組的個(gè)數(shù)。第二軸向位移傳感器位于磁懸浮轉(zhuǎn)子中部；第二軸向位移傳感器測(cè)量磁懸浮轉(zhuǎn)子中部的推力盤(pán)(也可測(cè)量安裝在磁懸浮轉(zhuǎn)子上的其它目標(biāo)盤(pán))的軸向位移。徑向位移傳感器也可以采用4個(gè)以上(如5個(gè)、6個(gè)、7個(gè)、8個(gè)、9個(gè)或10個(gè)，但最好為4的整倍數(shù))；如果第一測(cè)量電路板上已安裝了1個(gè)或1個(gè)以上的軸向位移傳感器，第二測(cè)量電路板上也可以不安裝軸向位移傳感器；第二測(cè)量電路板上和第一測(cè)量電路板上的軸向位移傳感器個(gè)數(shù)最好相同。
在本實(shí)施方式中，采用2個(gè)軸向位移傳感器可以相互補(bǔ)償，克服溫度的影響，提高測(cè)量精度。
權(quán)利要求
1.集成化磁懸浮轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)位移測(cè)量裝置，它包括測(cè)量電路；測(cè)量電路包括徑向位移傳感器、軸向位移傳感器、正弦波發(fā)生器、驅(qū)動(dòng)模塊、全橋整流濾波模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、采樣保持器、多路模擬開(kāi)關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器；至少4個(gè)及以上的徑向位移傳感器和至少1個(gè)及以上的軸向位移傳感器的輸出端分別與至少5路及以上的全橋整流濾波模塊的輸入端一對(duì)一相對(duì)應(yīng)連接，至少5路及以上的全橋整流濾波模塊的輸出端分別與至少5路及以上的信號(hào)調(diào)理模塊的輸入端一對(duì)一相對(duì)應(yīng)連接，至少5路及以上的信號(hào)調(diào)理模塊的輸出端分別與至少5個(gè)及以上的采樣保持器的輸入端一對(duì)一相對(duì)應(yīng)連接，至少5個(gè)及以上的采樣保持器的輸出端分別與至少含有5個(gè)及以上的輸入通道的多路模擬開(kāi)關(guān)的輸入端一對(duì)一相對(duì)應(yīng)連接，多路模擬開(kāi)關(guān)的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端相連接，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端與微處理器的數(shù)據(jù)線相連接，微處理器通過(guò)串行口與控制器相聯(lián)接；微處理器的控制線分別與A/D轉(zhuǎn)換器、多路模擬開(kāi)關(guān)、采樣保持器的控制線相連接；其特征在于所述測(cè)量電路的驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端與正弦波發(fā)生器的輸出端相連接，驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端分別與至少4個(gè)及以上的徑向位移傳感器和至少1個(gè)及以上的軸向位移傳感器的輸入端相連接；所述測(cè)量電路為2個(gè)，第一測(cè)量電路的正弦波發(fā)生器、驅(qū)動(dòng)模塊、全橋整流濾波模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、采樣保持器、多路模擬開(kāi)關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器集成安裝在第一測(cè)量電路板上，第二測(cè)量電路的正弦波發(fā)生器、驅(qū)動(dòng)模塊、全橋整流濾波模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、采樣保持器、多路模擬開(kāi)關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器集成安裝在第二測(cè)量電路板上，第一測(cè)量電路板、第二測(cè)量電路板分別安裝在磁力軸承的定子內(nèi)部；第一測(cè)量電路板上固定連接有與第一測(cè)量電路的徑向位移傳感器和軸向位移傳感器數(shù)量相同的支撐架，第一測(cè)量電路的徑向位移傳感器和軸向位移傳感器與第一測(cè)量電路板上的支撐架一對(duì)一相對(duì)應(yīng)固定在支撐架上；第二測(cè)量電路板上固定連接有與第二測(cè)量電路的徑向位移傳感器和軸向位移傳感器數(shù)量相同的支撐架，第二測(cè)量電路的徑向位移傳感器和軸向位移傳感器與第二測(cè)量電路板上的支撐架一對(duì)一相對(duì)應(yīng)固定在支撐架上；第一測(cè)量電路的徑向位移傳感器和軸向位移傳感器位于第一個(gè)徑向磁力軸承處，第二測(cè)量電路的徑向位移傳感器和軸向位移傳感器位于第二個(gè)徑向磁力軸承處；安裝在支撐架上的徑向位移傳感器在同一平面上，徑向位移傳感器軸對(duì)稱分布在磁懸浮轉(zhuǎn)子兩邊；軸向位移傳感器位于磁懸浮轉(zhuǎn)子中部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成化磁懸浮轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)位移測(cè)量裝置，其特征在于徑向位移傳感器2個(gè)一組，徑向位移傳感器在360度范圍內(nèi)等角度等園心距分布。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種磁懸浮轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)位移測(cè)量裝置。集成化磁懸浮轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)位移測(cè)量裝置，它包括測(cè)量電路；其特征在于所述測(cè)量電路的驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端與正弦波發(fā)生器的輸出端相連接，驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端分別與至少4個(gè)及以上的徑向位移傳感器和至少1個(gè)及以上的軸向位移傳感器的輸入端相連接；所述測(cè)量電路為2個(gè)，第一測(cè)量電路、第二測(cè)量電路的正弦波發(fā)生器、驅(qū)動(dòng)模塊、全橋整流濾波模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、采樣保持器、多路模擬開(kāi)關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器分別集成安裝在第一測(cè)量電路板、第二測(cè)量電路板上。本發(fā)明具有測(cè)量精度高、可靠性好、抗干擾能力強(qiáng)、輸出信號(hào)數(shù)字化、成本低的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01M13/00GK1928489SQ20061012460
公開(kāi)日2007年3月14日 申請(qǐng)日期2006年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月26日
發(fā)明者王春麟, 胡業(yè)發(fā), 王曉光, 周祖德, 江征風(fēng), 丁國(guó)平 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)