專利名稱：精密彈簧片性能測試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及彈簧片性能測試儀器，尤其是需要高精度測量彈簧在彈性范圍內(nèi)任意位置所受的彈力值及勁度系數(shù)的場合，比如測試地震檢波器中上下兩片對稱微壓力彈簧的性能。
背景技術(shù)：
石油勘探、地震測量中大量使用地震檢波器。地震檢波器中對稱彈簧的性能是影響測量精度的主要因素。國內(nèi)生產(chǎn)地震檢波器的企業(yè)大都缺少必要的檢測手段，往往采用經(jīng)驗法人工篩選，使精度無法保證，導(dǎo)致產(chǎn)品的一致性不好。或采用高精度測量天平，通過氣動壓緊的方式確定彈簧彈力的最大值。后一種方法由于零點定位問題及彈簧勁度系數(shù)的非線性，導(dǎo)致產(chǎn)品的誤差較大且重復(fù)性不好。在現(xiàn)有的機械加工誤差無法提高的基礎(chǔ)上，采用好的檢測手段是提高檢波器精度的唯一方法。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型針對上述問題，研制了一種精密彈簧片性能測試儀，測試儀能對多批次彈簧的性能實現(xiàn)動態(tài)快速自動測量，可以測量出彈簧在彈性范圍內(nèi)的任意位置所受到的彈力值，并能根據(jù)彈力與位移的對應(yīng)關(guān)系計算出任意位置的勁度系數(shù)。通過對彈簧勁度系數(shù)的非線性分析，找出最佳匹配點，然后對加工的彈簧進行后期分類，來提高地震檢波器的測量精度。本實用新型的設(shè)計思路及工作流程如下:精密彈簧片性能測試儀，至少包括機械結(jié)構(gòu)、傳動機構(gòu)和檢測與控制電路三部分，其特征是:機械結(jié)構(gòu)包括支架和底座；傳動機構(gòu)包括步進電機、步進電機細(xì)分驅(qū)動器和直線導(dǎo)軌；檢測與控制電路包括檢測角位移的編碼器、檢測直線位移的磁柵尺、檢測彈力的壓力測量模塊、光電位置傳感器、四細(xì)分辨向計數(shù)電路和主控單元。測試儀中步進電機和直線導(dǎo)軌垂直安裝，壓力測量模塊水平安裝，步進電機驅(qū)動直線導(dǎo)軌上的滑塊做上下往復(fù)運動，滑塊連接的壓盤壓縮彈簧至預(yù)設(shè)位置，壓力測量模塊實時檢測當(dāng)前彈力值，進而精確測量出彈簧在彈性范圍內(nèi)任意位置所受的彈力值及勁度系數(shù)。測試儀采用雙閉環(huán)控制策略提高位移測試精度，內(nèi)環(huán)選用增量編碼器檢測角位移實現(xiàn)快速位置標(biāo)定，外環(huán)選用磁柵尺檢測直線位移對重復(fù)性誤差進行校正，壓力測量模塊選擇24位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器提高采樣信號分辨率，采用去極值平均濾波算法提高壓力測量精度。主控核心選用16位低功耗微控制器MSP430提高響應(yīng)速度，選擇高精度24位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器CS5532提高壓力采集電路的分辨率，并采用去極值平均濾波算法提高壓力測量精度。測試儀測量的位移誤差為±2μπι，壓力誤差為± Imgf，精度等級0.5級。測試裝置精度高，控制穩(wěn)定性好，抗干擾能力強，操作簡便。

圖1為測試儀原理圖；[0006]圖2為檢測與控制電路原理框圖；圖3為測試儀結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
在圖1中，測試儀位移測量控制策略采用雙閉環(huán)控制，內(nèi)環(huán)為增量編碼器檢測角位移，用于消除步進電機失步帶來的誤差，外環(huán)為磁柵檢測直線位移，用于消除導(dǎo)軌絲杠間隙及機械傳動帶來的誤差。內(nèi)環(huán)實現(xiàn)快速位置標(biāo)定，外環(huán)對重復(fù)性誤差進行校正。在圖2中，主控單元采用TI公司的16位低功耗微控制器MSP430F149，用于控制步進電機驅(qū)動器，步進電機為兩相混合式步進電機。內(nèi)環(huán)檢測回路中的增量式編碼器套緊在步進電機驅(qū)動軸上，經(jīng)過四細(xì)分辨向電路將角位移所對應(yīng)的4倍脈沖數(shù)據(jù)送入主控單元。外環(huán)檢測回路中的磁柵尺經(jīng)四細(xì)分辨向電路將4倍頻的脈沖送入主控單元，確定導(dǎo)軌移動的直線位移。壓力傳感器經(jīng)過24位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器CS5532將采樣的壓力數(shù)據(jù)送入控制核心，通過數(shù)字濾波實現(xiàn)彈力檢測。主控單元通過MAX3232轉(zhuǎn)換芯片將TTL邏輯電平轉(zhuǎn)換為RS-232C邏輯電平，實現(xiàn)與上位機的串行通信。位置傳感器選用光電開關(guān)用以限定導(dǎo)軌滑塊的移動范圍，避免導(dǎo)軌滑塊堵死。在圖3中，待測彈簧(12)放置于壓力測量模塊(11)上，根據(jù)鍵盤(9)各種模式按鍵確定工作模式，并在液晶顯示模塊(7)上顯示。檢測與控制電路(10)控制步進電機(2)，步進電機(2)使直線導(dǎo)軌(3)中的滑塊(5)做上下往復(fù)運動。內(nèi)環(huán)步進角位移由增量編碼器(I)檢測，內(nèi)環(huán)步進直線位移由磁柵尺(4)檢測，磁柵尺(4)、壓盤(6)和滑塊(5)通過螺栓固定為一體。壓盤(6)壓縮彈簧的過程中壓力測量模塊(11)實時檢測彈力值。光電限位開關(guān)(14)和(15)限定導(dǎo)軌滑塊的移動范圍，避免導(dǎo)軌滑塊堵死。支架(13)、底座(8)和各模塊通過螺釘連接避免振動，保證壓盤(6)穩(wěn)定地伸縮運動。
權(quán)利要求1.精密彈簧片性能測試儀，至少包括機械結(jié)構(gòu)、傳動機構(gòu)和檢測與控制電路三部分，其特征是:機械結(jié)構(gòu)包括支架和底座；傳動機構(gòu)包括步進電機、步進電機細(xì)分驅(qū)動器和直線導(dǎo)軌；檢測與控制電路包括檢測角位移的編碼器、檢測直線位移的磁柵尺、檢測彈力的壓力測量模塊、光電位置傳感器、四細(xì)分辨向計數(shù)電路和主控單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精密彈簧片性能測試儀，其特征是:測試儀中步進電機和直線導(dǎo)軌垂直安裝，壓力測量模塊水平安裝，步進電機驅(qū)動直線導(dǎo)軌上的滑塊做上下往復(fù)運動，滑塊連接的壓盤壓縮彈簧至預(yù)設(shè)位置，壓力測量模塊檢測當(dāng)前彈力值，測量出彈簧所受的彈力值及勁度系數(shù)。
專利摘要本實用新型公開了一種精密彈簧片性能測試儀，被測彈簧片為地震檢波器中所用微壓力彈簧片。該測試儀由機械結(jié)構(gòu)、傳動機構(gòu)和檢測與控制電路三部分組成，步進電機和線性導(dǎo)軌垂直安裝，壓力測量模塊水平安裝，測試儀中步進電機驅(qū)動直線導(dǎo)軌上的滑塊做上下往復(fù)運動時，完成待測彈簧性能的動態(tài)測試。測試儀采用雙閉環(huán)控制驅(qū)動滑塊連接的壓盤壓縮彈簧至預(yù)設(shè)位置，壓力測量模塊實時檢測當(dāng)前彈力值，進而精確測量出彈簧在彈性范圍內(nèi)任意位置所受的彈力值及勁度系數(shù)。精密彈簧片性能測試儀精度高，重復(fù)性好，能顯著提高地震檢波器的測量精度。
文檔編號G01N3/00GK202974629SQ20122056981
公開日2013年6月5日 申請日期2012年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月1日
發(fā)明者王亭嶺, 熊軍華, 陳建明, 邱道尹, 趙明明, 陳鵬, 沈媛雪, 張星 申請人:王亭嶺, 熊軍華, 陳建明