CN110186370B - 桨叶角测量传感器动态测试设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种桨叶角测量传感器动态测试设备及方法，桨叶角测量传感器动态测试设备包括底座、转动连接在底座上并用于模拟螺旋桨桨毂的转盘、设置于底座上并用于驱动转盘转动的驱动机构、设置于底座上用于安装桨叶角测量传感器和驱动桨叶角测量传感器沿转盘的轴向移动并反馈移动距离的定位机构、设置于转盘上并用于与桨叶角测量传感器配合以进行测量的感应盘以及用于采集定位机构反馈的移动距离和桨叶角测量传感器输出的电压值并获取桨叶角测量传感器的线性度的控制机构。控制机构通过多点采集定位机构反馈的桨叶角测量传感器的移动距离和桨叶角测量传感器输出的电压值，并以移动距离为输入、以电压值为输出计算桨叶角测量传感器的线性度。

Description

桨叶角测量传感器动态测试设备及方法

技术领域

本发明涉及航空发动机传感器测试技术领域，特别地，涉及一种桨叶角测量传感器动态测试设备。此外，本发明还涉及一种采用上述桨叶角测量传感器动态测试设备的桨叶角测量传感器动态测试方法。

背景技术

随着发动机性能的提高，需要用到桨叶角测量传感器来准确测量桨叶角的变化，以实现发动机转速的闭环控制。桨叶角测量传感器的测量原理参见专利201510815877.0：桨叶角测量装置主要包括凸轮、顶杆、桨叶角测量传感器等。桨轴转动使桨叶角发生变化时，安装在桨轴上的凸轮随桨轴转动，推动顶杆作直线运动，安装在顶杆端部的被测体也随顶杆作直线运动。直线运动的距离与桨叶角成比例，通过桨叶角测量传感器测量与被测体之间的距离并输出与距离成比例的电压值，电压值可以反映桨叶角的大小。

但是目前，没有一种能够模拟螺旋桨桨毂的实际工况对桨叶角测量传感器进行性能测试的测试设备，导致桨叶角测量传感器无法按实际装机状态进行性能测试，严重影响了产品的交付以及发动机转速的闭环控制。

发明内容

本发明提供了一种桨叶角测量传感器动态测试设备及方法，以解决桨叶角测量传感器无法按实际装机状态进行性能测试的问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明一方面提供了一种桨叶角测量传感器动态测试设备，包括底座、转动连接在底座上并用于模拟螺旋桨桨毂的转盘、设置于底座上并用于驱动转盘转动的驱动机构、设置于底座上用于安装桨叶角测量传感器和驱动桨叶角测量传感器沿转盘的轴向移动并反馈移动距离的定位机构、设置于转盘上并用于与桨叶角测量传感器配合以进行测量的感应盘以及用于采集定位机构反馈的移动距离和桨叶角测量传感器输出的电压值并获取桨叶角测量传感器的线性度的控制机构。

进一步地，定位机构包括用于安装桨叶角测量传感器的传感器支架、与传感器支架螺纹配合的螺杆、设置于底座上并用于驱动螺杆转动的步进电机、用于驱动步进电机转动的驱动器以及用于测量和反馈桨叶角测量传感器的移动距离的光栅尺。

进一步地，控制机构包括用于控制驱动器工作和采集光栅尺反馈的移动距离的控制器以及用于控制控制器工作和采集控制器反馈的移动距离和桨叶角测量传感器输出的电压值并获取桨叶角测量传感器的线性度的工控机。

进一步地，驱动机构包括与转盘连接的转轴、设置于底座上且套设于转轴上的轴承以及设置于底座上并用于驱动转轴转动的电机。

进一步地，底座上设有用于测量和反馈转轴的转速的转速传感器，电机上连接有用于控制电机的转速的变频器，转速传感器与工控机连接，变频器与工控机连接，以便于工控机根据转轴的转速调节电机的转速。

进一步地，转轴为导磁体，转速传感器采用霍尔式转速传感器，转轴上开设有用于与霍尔式转速传感器配合以进行测量的凹槽。

进一步地，电机上连接有用于使电机断电的急停按钮；急停按钮与工控机连接，以便于电机超转时工控机启动急停按钮。

进一步地，底座上设有导杆，导杆上套设有用于防止转盘和感应盘脱出的防护罩；底座上设有用于在防护罩松动时触发以启动急停按钮的行程开关。

进一步地，感应盘设置为两个，两个感应盘对称布设在转盘的两端。

本发明另一方面提供了一种桨叶角测量传感器动态测试方法，采用上述的桨叶角测量传感器动态测试设备，包括以下步骤：a、将桨叶角测量传感器安装在定位机构上，采用定位机构驱动桨叶角测量传感器沿转盘的轴向移动，使桨叶角测量传感器紧靠感应盘；b、采用定位机构驱动桨叶角测量传感器沿转盘的轴向移动，使桨叶角测量传感器远离感应盘，采用驱动机构驱动转盘转动，采用控制机构采集定位机构反馈的移动距离和桨叶角测量传感器输出的电压值；c、重复进行步骤b；d、采用控制机构获取桨叶角测量传感器的线性度。

本发明具有以下有益效果：

本发明的桨叶角测量传感器动态测试设备，包括底座、转盘、驱动机构、定位机构、感应盘以及控制机构。底座形成底部支撑，可以保证设备的稳定性。转盘转动连接在底座上，感应盘安装在转盘上，驱动机构可以驱动转盘转动，使转盘带动感应盘转动。桨叶角测量传感器安装在定位机构上，定位机构可以驱动桨叶角测量传感器沿转盘的轴向移动并反馈桨叶角测量传感器的移动距离，桨叶角测量传感器可以测量桨叶角测量传感器与感应盘之间的距离并输出与距离对应的电压值。控制机构可以通过多点采集定位机构反馈的桨叶角测量传感器的移动距离和桨叶角测量传感器输出的电压值，并以移动距离为输入、以电压值为输出计算桨叶角测量传感器的线性度，从而衡量桨叶角测量传感器的性能。转盘可以制作成与螺旋桨桨毂相同的大小，通过控制转盘转动来模拟螺旋桨桨毂的实际工况；通过控制桨叶角测量传感器移动以调整桨叶角测量传感器与感应盘之间的距离，来模拟桨叶角测量传感器在实际装机状态下桨叶角发生变化时，桨叶角测量传感器与被测体之间的距离变化，从而实现桨叶角测量传感器的动态性能测试，同时也为类似原理传感器的动态测试提供设计思路。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的桨叶角测量传感器动态测试设备的示意图之一；

图2是本发明优选实施例的桨叶角测量传感器动态测试设备的示意图之二；

图3是本发明优选实施例的桨叶角测量传感器动态测试设备的示意图之三；

图4是本发明优选实施例的距离闭环控制的流程示意图。

附图标记说明：

1、底座；2、转盘；3、桨叶角测量传感器；4、感应盘；5、传感器支架；6、螺杆；7、步进电机；8、驱动器；9、控制器；10、工控机；11、转轴；12、轴承；13、电机；14、转速传感器；15、变频器；16、导杆；17、防护罩；18、行程开关。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1是本发明优选实施例的桨叶角测量传感器动态测试设备的示意图之一；图2是本发明优选实施例的桨叶角测量传感器动态测试设备的示意图之二；图3是本发明优选实施例的桨叶角测量传感器动态测试设备的示意图之三；图4是本发明优选实施例的距离闭环控制的流程示意图。

如图1、图2和图3所示，本实施例的桨叶角测量传感器动态测试设备，包括底座1、转动连接在底座1上并用于模拟螺旋桨桨毂的转盘2、设置于底座1上并用于驱动转盘2转动的驱动机构、设置于底座1上用于安装桨叶角测量传感器3和驱动桨叶角测量传感器3沿转盘2的轴向移动并反馈移动距离的定位机构、设置于转盘2上并用于与桨叶角测量传感器3配合以进行测量的感应盘4以及用于采集定位机构反馈的移动距离和桨叶角测量传感器3输出的电压值并获取桨叶角测量传感器3的线性度的控制机构。

本发明的桨叶角测量传感器动态测试设备，包括底座1、转盘2、驱动机构、定位机构、感应盘4以及控制机构。底座1形成底部支撑，可以保证设备的稳定性。转盘2转动连接在底座1上，感应盘4安装在转盘2上，驱动机构可以驱动转盘2转动，使转盘2带动感应盘4转动。桨叶角测量传感器3安装在定位机构上，定位机构可以驱动桨叶角测量传感器3沿转盘2的轴向移动并反馈桨叶角测量传感器3的移动距离，桨叶角测量传感器3可以测量桨叶角测量传感器3与感应盘4之间的距离并输出与距离对应的电压值。控制机构可以通过多点采集定位机构反馈的桨叶角测量传感器3的移动距离和桨叶角测量传感器3输出的电压值，并以移动距离为输入、以电压值为输出计算桨叶角测量传感器3的线性度，从而衡量桨叶角测量传感器3的性能。转盘2可以制作成与螺旋桨桨毂相同的大小，通过控制转盘2转动来模拟螺旋桨桨毂的实际工况；通过控制桨叶角测量传感器3移动以调整桨叶角测量传感器3与感应盘4之间的距离，来模拟桨叶角测量传感器3在实际装机状态下桨叶角发生变化时，桨叶角测量传感器与被测体之间的距离变化，从而实现桨叶角测量传感器3的动态性能测试，同时也为类似原理传感器的动态测试提供设计思路。可选地，底座1采用地脚螺栓固定在地面上，可以保证设备的稳定性，避免转盘2转动时产生的振动影响设备的测试精度。可选地，桨叶角测量传感器3的探头端的中心与感应盘4的中心对齐，可以保证测试精度。可选地，桨叶角测量传感器3采用直流稳压电源供电。

如图1和图2所示，本实施例中，定位机构包括用于安装桨叶角测量传感器3的传感器支架5、与传感器支架5螺纹配合的螺杆6、设置于底座1上并用于驱动螺杆6转动的步进电机7、用于驱动步进电机7转动的驱动器8以及用于测量和反馈桨叶角测量传感器3的移动距离的光栅尺。桨叶角测量传感器3安装在传感器支架5上，驱动器8可以驱动步进电机7转动，步进电机7驱动螺杆6转动，螺杆6与传感器支架5螺纹配合，使螺杆6的转动转化为传感器支架5的直线运动，从而带动桨叶角测量传感器3移动。光栅尺可以准确地测量出桨叶角测量传感器3的移动距离并反馈给控制机构。可选地，底座1上设有支架，步进电机7安装在支架上。可选地，也可以采用伸缩气缸来驱动桨叶角测量传感器3移动。

如图3所示，本实施例中，控制机构包括用于控制驱动器8工作和采集光栅尺反馈的移动距离的控制器9以及用于控制控制器9工作和采集控制器9反馈的移动距离和桨叶角测量传感器3输出的电压值并获取桨叶角测量传感器3的线性度的工控机10。工控机10可以控制控制器9发送脉冲信号，驱动器8接收脉冲并转化为角位移，使步进电机7转动，进而驱动桨叶角测量传感器3移动。桨叶角测量传感器3的移动距离由光栅尺反馈给控制器9，再由控制器9反馈给工控机10。工控机10还可以采集桨叶角测量传感器3输出的电压值，以便获取桨叶角测量传感器3的线性度。可选地，工控机10连接有显示器、键盘和鼠标，便于对工控机10进行操作。

如图1和图2所示，本实施例中，驱动机构包括与转盘2连接的转轴11、设置于底座1上且套设于转轴11上的轴承12以及设置于底座1上并用于驱动转轴11转动的电机13。电机13可以通过螺栓固定在底座1上，轴承12可以对转轴11进行定位，电机13驱动转轴11转动，使转轴11带动转盘2转动。

如图1、图2和图3所示，本实施例中，底座1上设有用于测量和反馈转轴11的转速的转速传感器14，电机13上连接有用于控制电机13的转速的变频器15，转速传感器14与工控机10连接，变频器15与工控机10连接，以便于工控机10根据转轴11的转速调节电机13的转速。转速传感器14可以测量转轴11的转速并反馈给工控机10，工控机10可以调节变频器15的频率，变频器15控制电机13的转速，使转盘2按照不同的转速转动，可以模拟螺旋桨桨毂转速的变化，实现转盘2转速的闭环控制。通过工控机10同时控制转盘2转速的变化和桨叶角测量传感器3的移动来模拟螺旋桨桨毂的实际工况和桨叶角测量传感器3的实际装机状态，实现桨叶角测量传感器3的动态性能测试。可选地，控制器9、工控机10、变频器15、直流稳压电源等均安装在控制柜内，工控机10与控制器9、控制器9与驱动器8、转速传感器14与工控机10、桨叶角测量传感器3与工控机10以及桨叶角测量传感器3与直流稳压电源之间均通过电缆连接。

本实施例中，转轴11为导磁体，转速传感器14采用霍尔式转速传感器，转轴11上开设有用于与霍尔式转速传感器配合以进行测量的凹槽。在转轴11上加工出凹槽，将霍尔式转速传感器的探头端对准凹槽，霍尔式转速传感器内的霍尔元件感应凹槽并转变成交变电压信号，经内部电路的处理输出方波脉冲信号实现转速测量。

本实施例中，电机13上连接有用于使电机13断电的急停按钮。急停按钮连接在电机13的控制电路上，当发生紧急情况时启动急停按钮可以使电机13断电，保证设备的安全性。可选地，急停按钮与工控机10连接，以便于电机13超转时工控机10启动急停按钮。当转速传感器14测得的转轴11的转速过大，即电机13超转时，工控机10可以启动急停按钮使电机13断电，保证设备的安全性。

如图1和图2所示，本实施例中，底座1上设有导杆16，导杆16上套设有用于防止转盘2和感应盘4脱出的防护罩17。导杆16安装在底座1上，防护罩17套设于导杆16上，防护罩17可以沿导杆16移动。等转盘2、感应盘4以及桨叶角测量传感器3安装完成后，将防护罩17沿导杆16移动至转盘2和感应盘4外围，可以进行外部防护，防止转盘2和感应盘4脱出伤人。可选地，底座1上设有用于在防护罩17松动时触发以启动急停按钮的行程开关18。行程开关18安装在防护罩17一侧，当防护罩17松动时，可以触动行程开关18，使电机13断电，保证设备的安全性。

如图1和图2所示，本实施例中，感应盘4设置为两个，两个感应盘4对称布设在转盘2的两端。两个感应盘4对称安装在转盘2的两端，可以使转盘2保持平衡，保证转盘2的动不平衡量≯0.5g.m。

本发明的优选实施例还提供了一种桨叶角测量传感器动态测试方法，采用上述的桨叶角测量传感器动态测试设备，包括以下步骤：a、将桨叶角测量传感器3安装在定位机构上，采用定位机构驱动桨叶角测量传感器3沿转盘2的轴向移动，使桨叶角测量传感器3紧靠感应盘4；b、采用定位机构驱动桨叶角测量传感器3沿转盘2的轴向移动，使桨叶角测量传感器3远离感应盘4，采用驱动机构驱动转盘2转动，采用控制机构采集定位机构反馈的移动距离和桨叶角测量传感器3输出的电压值；c、重复进行步骤b；d、采用控制机构获取桨叶角测量传感器3的线性度。桨叶角测量传感器3紧靠感应盘4时，桨叶角测量传感器3与感应盘4之间的距离等于零。桨叶角测量传感器3远离感应盘4时，桨叶角测量传感器3与感应盘4之间的距离等于桨叶角测量传感器3的移动距离。控制机构可以通过多点采集定位机构反馈的桨叶角测量传感器3的移动距离和桨叶角测量传感器3输出的电压值，得到桨叶角测量传感器3与感应盘4之间的距离以及桨叶角测量传感器3输出的电压值，进而获取桨叶角测量传感器3的线性度。

具体实施时，某个桨叶角测量传感器3的距离测量范围为4.5mm～25.5mm，输出的电压值范围为4.5V～0.5V。取整点采集桨叶角测量传感器3的移动距离和桨叶角测量传感器3输出的电压值，共21个距离点。以移动距离为X轴，以电压值为Y轴，将距离点对应的电压值拟合成一条直线，此时实际电压值与拟合直线对应的电压值有差别，找出差别最大的距离点，即可计算出桨叶角测量传感器3的线性度。

线性度δ的计算公式为：

其中，ΔV_max为实际电压值与拟合直线对应的电压值之间的最大偏差，V_Fs为满量程。

如图4所示，步进电机7可以实现距离闭环控制，控制桨叶角测量传感器3的移动距离，使桨叶角测量传感器3处于特定的距离点：

根据螺杆6的导程、步进电机7的步距角和驱动器8的细分可以计算步进电机7的分辨率：

根据桨叶角测量传感器3需要运动的距离和步进电机7的分辨率可以计算控制器9需要发送的脉冲数：

反馈的脉冲数可以根据实际测量到的步进电机7的进动步数换算得到：

工控机10可以根据反馈的脉冲数与发送的脉冲数之间的差值控制控制器9发送正向或反向脉冲，使桨叶角测量传感器3正向或反向移动，最终使桨叶角测量传感器3移动至特定的距离点。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种桨叶角测量传感器动态测试设备，其特征在于，

包括底座(1)、转动连接在所述底座(1)上并用于模拟螺旋桨桨毂的转盘(2)、设置于所述底座(1)上并用于驱动所述转盘(2)转动的驱动机构、设置于所述底座(1)上用于安装桨叶角测量传感器(3)和驱动所述桨叶角测量传感器(3)沿所述转盘(2)的轴向移动并反馈移动距离的定位机构、设置于所述转盘(2)上并用于与所述桨叶角测量传感器(3)配合以进行测量的感应盘(4)以及用于采集所述定位机构反馈的移动距离和所述桨叶角测量传感器(3)输出的电压值并获取所述桨叶角测量传感器(3)的线性度的控制机构；

所述定位机构包括用于安装所述桨叶角测量传感器(3)的传感器支架(5)、与所述传感器支架(5)螺纹配合的螺杆(6)、设置于所述底座(1)上并用于驱动所述螺杆(6)转动的步进电机(7)、用于驱动所述步进电机(7)转动的驱动器(8)以及用于测量和反馈所述桨叶角测量传感器(3)的移动距离的光栅尺；

所述控制机构包括用于控制所述驱动器(8)工作和采集所述光栅尺反馈的移动距离的控制器(9)以及用于控制所述控制器(9)工作和采集所述控制器(9)反馈的移动距离和所述桨叶角测量传感器(3)输出的电压值并获取所述桨叶角测量传感器(3)的线性度的工控机(10)；

所述驱动机构包括与所述转盘(2)连接的转轴(11)、设置于所述底座(1)上且套设于所述转轴(11)上的轴承(12)以及设置于所述底座(1)上并用于驱动所述转轴(11)转动的电机(13)。

2.根据权利要求1所述的桨叶角测量传感器动态测试设备，其特征在于，

所述底座(1)上设有用于测量和反馈所述转轴(11)的转速的转速传感器(14)，所述电机(13)上连接有用于控制所述电机(13)的转速的变频器(15)，

所述转速传感器(14)与所述工控机(10)连接，所述变频器(15)与所述工控机(10)连接，以便于所述工控机(10)根据所述转轴(11)的转速调节所述电机(13)的转速。

3.根据权利要求2所述的桨叶角测量传感器动态测试设备，其特征在于，

所述转轴(11)为导磁体，所述转速传感器(14)采用霍尔式转速传感器，所述转轴(11)上开设有用于与所述霍尔式转速传感器配合以进行测量的凹槽。

4.根据权利要求2所述的桨叶角测量传感器动态测试设备，其特征在于，

所述电机(13)上连接有用于使所述电机(13)断电的急停按钮；

所述急停按钮与所述工控机(10)连接，以便于所述电机(13)超转时所述工控机(10)启动所述急停按钮。

5.根据权利要求4所述的桨叶角测量传感器动态测试设备，其特征在于，

所述底座(1)上设有导杆(16)，所述导杆(16)上套设有用于防止所述转盘(2)和所述感应盘(4)脱出的防护罩(17)；

所述底座(1)上设有用于在所述防护罩(17)松动时触发以启动所述急停按钮的行程开关(18)。

6.根据权利要求1～5任一项所述的桨叶角测量传感器动态测试设备，其特征在于，

所述感应盘(4)设置为两个，两个所述感应盘(4)对称布设在所述转盘(2)的两端。

7.一种桨叶角测量传感器动态测试方法，其特征在于，采用权利要求1～6任一项所述的桨叶角测量传感器动态测试设备，包括以下步骤：

a、将桨叶角测量传感器(3)安装在定位机构上，采用所述定位机构驱动所述桨叶角测量传感器(3)沿转盘(2)的轴向移动，使所述桨叶角测量传感器(3)紧靠感应盘(4)；

b、采用所述定位机构驱动所述桨叶角测量传感器(3)沿所述转盘(2)的轴向移动，使所述桨叶角测量传感器(3)远离所述感应盘(4)，采用驱动机构驱动所述转盘(2)转动，采用控制机构采集所述定位机构反馈的移动距离和所述桨叶角测量传感器(3)输出的电压值；

c、重复进行所述步骤b；

d、采用所述控制机构获取所述桨叶角测量传感器(3)的线性度。

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