本發(fā)明屬于非接觸測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種獲取運(yùn)動(dòng)體位置的測(cè)試系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前測(cè)試運(yùn)動(dòng)體的關(guān)鍵位置的方法較多，比如利用霍爾效應(yīng)的位移傳感器，可以測(cè)量附加在軸或者運(yùn)動(dòng)體上磁體的運(yùn)動(dòng)來(lái)得到被測(cè)體運(yùn)動(dòng)參數(shù)，不過(guò)，由于霍爾元件是一種磁敏元件，要求被測(cè)對(duì)象必須是磁性材料，因而，很容易受到強(qiáng)電磁干擾影響。另外，目前還有利用激光、光柵或光柵尺等基于光學(xué)原理的測(cè)試系統(tǒng)，它們特別適用于強(qiáng)電磁干擾的工作場(chǎng)合，不過(guò)，也正是受制于它們的光學(xué)測(cè)試原理，其最高工作環(huán)境溫度，大多要求低于50℃，況且它們很容易受到冰雹、暴雨、大霧(包括軍事上面的人造煙霧、煙塵)等惡劣天氣等的不良影響。

因此，需要研究一種測(cè)試運(yùn)動(dòng)體關(guān)鍵位置的新型、高可靠系統(tǒng)，它既要能夠適應(yīng)如日平均溫差特別大、冰雹、暴雨、大霧(包括軍事上面的人造煙霧、煙塵)和空氣飄浮物以及油污等惡劣環(huán)境，還要具有較強(qiáng)的抗電磁干擾的能力、較強(qiáng)的抗鹽霧等能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種獲取運(yùn)動(dòng)體位置的測(cè)試系統(tǒng)，旨在解決不能適應(yīng)惡劣工作環(huán)境、抗電磁干擾能力不強(qiáng)、測(cè)試運(yùn)動(dòng)體關(guān)鍵位置準(zhǔn)確度低、可靠性不高等不足。

本發(fā)明提供了一種獲取運(yùn)動(dòng)體位置的測(cè)試系統(tǒng)，包括：至少一套設(shè)置在待測(cè)運(yùn)動(dòng)體上的敏感體、位置傳感單元、光電單元、位置信號(hào)傳輸光纜和位置數(shù)據(jù)處理單元；所述位置傳感單元包括盒體以及三個(gè)型號(hào)相同、按照一定間距呈“品字形”方式排列的傳感器；傳感器放置在盒體中，且盒體固定在與敏感體距離為探測(cè)距離的位置處；所述光電單元設(shè)置在盒體中，用于將位置傳感單元輸出的反應(yīng)運(yùn)動(dòng)體位置的電信號(hào)進(jìn)行光電隔離和電平轉(zhuǎn)換后，獲得可以經(jīng)由光纜遠(yuǎn)距離傳輸反應(yīng)運(yùn)動(dòng)體位置的光信號(hào)；所述位置信號(hào)傳輸光纜用于將光電單元輸出的反應(yīng)運(yùn)動(dòng)體位置的光信號(hào)傳送到位置數(shù)據(jù)處理單元；所述位置數(shù)據(jù)處理單元用于根據(jù)所述光信號(hào)獲得待測(cè)運(yùn)動(dòng)體的位置。

更進(jìn)一步地，光電單元包括：光電隔離處理電路和電光變換電路；所述光電隔離處理電路包括：光電耦合隔離芯片a1，光電耦合隔離芯片a2，光電耦合隔離芯片a3，反相跟隨芯片a4，反相跟隨芯片a5，反相跟隨芯片a6，電阻rl1，電阻rl2，電阻rl3，電阻rl4，電阻rl5，電阻rl6，電阻rl7，電阻rl8，電阻rl9，電容c1，電容c2，電容c3，電容c4，電容c5，電容c6，電容cs1，電容cs2，電容cs3，電阻rx1，電阻rx2，電阻rx3，二極管dx1，二極管dx2，二極管dx3，二極管dz1，二極管dz2和二極管dz3；所述光電隔離處理電路與位置傳感單元的9個(gè)接線端子t1～t9相接，接線端子t1接電阻rl1的一端，電阻rl1的該端同時(shí)接電容cs1的一端，電容cs1的該端同時(shí)接參考電壓us1+，電容cs1的另一端接地線gnd1，電阻rl1的另一端接電阻rx1的一端，接線端子t2接電阻rx1的該端，電阻rx1的該端同時(shí)接二極管dz1的陰極，電阻rx1的另一端接二極管dx1的陰極，二極管dx1的陰極同時(shí)接芯片a1的第2腳，電容c1的并接在電阻rx1的兩端，接線端子t3接二極管dz1的陽(yáng)極，二極管dz1的陽(yáng)極同時(shí)接二極管dx1的陽(yáng)極，二極管dx1的陽(yáng)極同時(shí)接芯片a1的第3腳，芯片a1的第3腳接地線gnd1，芯片a1的第8腳接電容c4的一端，電容c4的該端同時(shí)接電源us2+，電容c4的另一端接地線gnd2，芯片a1的第7腳和第6腳接電阻rl7的一端，電阻rl7的該端同時(shí)接芯片a4的第3腳，電阻rl7的另一端接電源us2+，芯片a1的第5腳接地線gnd2，芯片a4的第1腳接電源us2+，芯片a4的第8腳接地線gnd2，芯片a4的第2腳接接線端子t10，接線端子t11接地線gnd2；接線端子t4接電阻rl2的一端，電阻rl2的該端同時(shí)接電容cs2的一端，電容cs2的該端同時(shí)接參考電壓us1+，電容cs2的另一端接地線gnd1，電阻rl2的另一端接電阻rx2的一端，接線端子t5接電阻rx2的該端，電阻rx2的該端同時(shí)接二極管dz2的陰極，電阻rx2的另一端接二極管dx2的陰極，二極管dx2的陰極同時(shí)接芯片a2的第2腳，電容c2的并接在電阻rx2的兩端，接線端子t6接二極管dz2的陽(yáng)極，二極管dz2的陽(yáng)極同時(shí)接二極管dx2的陽(yáng)極，二極管dx2的陽(yáng)極同時(shí)接芯片a2的第3腳，芯片a2的第3腳接地線gnd1，芯片a2的第8腳接電容c5的一端，電容c5的該端同時(shí)接電源us2+，電容c5的另一端接地線gnd2，芯片a2的第7腳和第6腳接電阻rl8的一端，電阻rl8的該端同時(shí)接芯片a5的第3腳，電阻rl8的另一端接電源us2+，芯片a2的第5腳接地線gnd2，芯片a5的第1腳接電源us2+，芯片a5的第8腳接地線gnd2，芯片a5的第2腳接接線端子t12，接線端子t13接地線gnd2；接線端子t7接電阻rl3的一端，電阻rl3的該端同時(shí)接電容cs3的一端，電容cs3的該端同時(shí)接參考電壓us1+，電容cs3的另一端接地線gnd1，電阻rl3的另一端接電阻rx3的一端，接線端子t8接電阻rx3的該端，電阻rx3的該端同時(shí)接二極管dz3的陰極，電阻rx3的另一端接二極管dx3的陰極，二極管dx3的陰極同時(shí)接芯片a3的第2腳，電容c3的并接在電阻rx3的兩端，接線端子t9接二極管dz3的陽(yáng)極，二極管dz3的陽(yáng)極同時(shí)接二極管dx3的陽(yáng)極，二極管dx3的陽(yáng)極同時(shí)接芯片a3的第3腳，芯片a3的第3腳接地線gnd1，芯片a3的第8腳接電容c6的一端，電容c6的該端同時(shí)接電源us2+，電容c6的另一端接地線gnd2，芯片a3的第7腳和第6腳接電阻rl9的一端，電阻rl9的該端同時(shí)接芯片a6的第3腳，電阻rl9的另一端接電源us2+，芯片a3的第5腳接地線gnd2，芯片a6的第1腳接電源us2+，芯片a6的第8腳接地線gnd2，芯片a6的第2腳接接線端子t14，接線端子t15接地線gnd2；經(jīng)由接線端子t10、t11、t12、t13、t14和t15，將經(jīng)光電隔離電路處理獲得的信號(hào)傳輸給電光變換電路；電光變換電路包括：發(fā)送光纖頭芯片op1，發(fā)送光纖頭芯片op2，發(fā)送光纖頭芯片op3，電阻rp1，電阻rp2，電阻rp3，電容cp1，電容cp2，電容cp3，電容cp4，電容cp5，電容cp6；其中接線端子t10接芯片op1的1，2，3腳，且與電阻rp1的一端相連，電阻rp1的另一端與電源us2+相連，電源us2+接電容cp1，電容cp1的另一端與地線gnd2、接線端子t11相連，gnd2接芯片op1的第4腳與電容cp2的一端，電容cp2的另一端與芯片op1的1，2，3腳相連，通過(guò)芯片op1的接線端子t16連接位置信號(hào)傳輸光纜4，經(jīng)由位置信號(hào)傳輸光纜4的light1的t19端子將處理過(guò)的光信號(hào)發(fā)給位置數(shù)據(jù)處理單元5；接線端子t12接芯片op2的1，2，3腳，且與電阻rp2的一端相連，rp2的另一端與電源us2+相連，電源us2+接電容cp3，電容cp3的另一端與地線gnd2、接線端子t13相連，gnd2接芯片op2的第4腳與電容cp4的一端，電容cp4的另一端與芯片op2的1，2，3腳相連，通過(guò)芯片op2的接線端子t17連接位置信號(hào)傳輸光纜4，經(jīng)由位置信號(hào)傳輸光纜4的light2的t20端子將處理過(guò)的光信號(hào)發(fā)給位置數(shù)據(jù)處理單元5；接線端子t14接芯片op3的1，2，3腳，且與電阻rp3的一端相連，rp3的另一端與電源us2+相連，電源us2+接電容cp5，電容cp6的另一端與地線gnd2、接線端子t15相連，gnd2接芯片op3的第4腳與電容cp6的一端，電容cp6的另一端與芯片op3的1，2，3腳相連，通過(guò)芯片op3的接線端子t18連接位置信號(hào)傳輸光纜4，經(jīng)由位置信號(hào)傳輸光纜4的light3的t21端子將處理過(guò)的光信號(hào)發(fā)給位置數(shù)據(jù)處理單元5。

更進(jìn)一步地，位置數(shù)據(jù)處理單元包括：光電變換電路和位置數(shù)據(jù)采集電路；光電變換電路包括接收光纖頭芯片op4，接收光纖頭芯片op5，接收光纖頭芯片op6，電阻rp4，電阻rp5，電阻rp6，電容cp7，電容cp8和電容cp9；光電變換電路與位置信號(hào)傳輸光纜的接線端子t19～t21相接，芯片op4的第1腳接電源us3+，電阻rp4的一端接電源us3+，電阻rp4的另一端接芯片op4的第2腳，電容cp7的一端接芯片op4的第2腳，電容cp7的另一端接地線gnd3，芯片op4的第3腳和第4腳接地線gnd3，接線端子t22接芯片op4的第2腳；芯片op5的第1腳接電源us3+，電阻rp5的一端接電源us3+，電阻rp5的另一端接芯片op5的第2腳，電容cp8的一端接芯片op5的第2腳，電容cp8的另一端接地線gnd3，芯片op5的第3腳和第4腳接地線gnd3，接線端子t23接芯片op5的第2腳；芯片op6的第1腳接電源us3+，電阻rp6的一端接電源us3+，電阻rp6的另一端接芯片op6的第2腳，電容cp9的一端接芯片op6的第2腳，電容cp9的另一端接地線gnd3，芯片op6的第3腳和第4腳接地線gnd3，接線端子t24接芯片op6的第2腳，經(jīng)由接線端子t22、t23和t24；位置數(shù)據(jù)采集電路用于接收來(lái)自光電變換電路處理的待測(cè)運(yùn)動(dòng)體位置的電信號(hào)pw1。

更進(jìn)一步地，敏感體的材料為金屬，具體為鋁、鋼或銅。

更進(jìn)一步地，敏感體的寬度a大于等于傳感器測(cè)試端面直徑d，所述敏感體的深度b大于等于探測(cè)距離x，所述敏感體的高度h大于等于傳感器測(cè)試端面直徑d。

更進(jìn)一步地，相鄰傳感器之間的中心間距c大于等于探測(cè)間距x的2倍。

本發(fā)明具有如下技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：

(1)本測(cè)試系統(tǒng)采用電渦流接近開(kāi)關(guān)，充當(dāng)位置檢測(cè)用傳感器，它能夠適應(yīng)日平均溫差特別大的惡劣天氣，對(duì)包括軍事上面的人造煙霧、煙塵、空氣飄浮物和油污等環(huán)境條件不敏感；

(2)本測(cè)試系統(tǒng)采用“品字形”方式，布置傳感器，能夠有效降低傳感器盒體尺寸，壓縮傳感器盒體的安裝空間，尤其適合于那些安裝位置狹小而對(duì)位置測(cè)量要求又極為苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合；

(3)本測(cè)試系統(tǒng)將位置傳感單元與光電單元集成安裝在一個(gè)傳感器盒體中，最大限度縮短兩者之間的傳輸距離，降低受干擾的概率；

(4)本測(cè)試系統(tǒng)采用光纖傳輸反映待測(cè)運(yùn)動(dòng)體位置的光信號(hào)，既可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，還不容易受到電磁干擾，尤其適合于那些具有強(qiáng)電磁干擾的工作環(huán)境。

總之，本發(fā)明測(cè)試系統(tǒng)由于采用光纜作為信號(hào)傳輸介質(zhì)，能夠遠(yuǎn)距離傳輸信號(hào)，且抗電磁干擾能力強(qiáng)。本發(fā)明測(cè)試系統(tǒng)由于三通道均采用了電渦流傳感器，可靠性高，能夠適應(yīng)人造煙霧、煙塵和空氣飄浮物、油污等惡劣工作環(huán)境。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明測(cè)試系統(tǒng)的一種具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為說(shuō)明本發(fā)明測(cè)試系統(tǒng)的待測(cè)運(yùn)動(dòng)體與敏感體之間的布置方式以及敏感體的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為說(shuō)明本發(fā)明測(cè)試系統(tǒng)的位置傳感單元呈現(xiàn)“品字形”排列的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為說(shuō)明本發(fā)明測(cè)試系統(tǒng)的位置傳感單元輸出的反映運(yùn)動(dòng)參數(shù)的方波波形示意圖。

圖5為說(shuō)明本發(fā)明測(cè)試系統(tǒng)的圖1中的光電單元中的光電隔離處理電路的原理圖。

圖6為說(shuō)明本發(fā)明測(cè)試系統(tǒng)的圖1中的光電單元中的電光變換電路的原理圖。

圖7為說(shuō)明本發(fā)明測(cè)試系統(tǒng)的圖1中的位置數(shù)據(jù)處理單元中的光電變換電路的原理圖。

圖8為說(shuō)明本發(fā)明測(cè)試系統(tǒng)的待測(cè)運(yùn)動(dòng)體與敏感體之間的另外一種布置方式以及敏感體的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明屬于非接觸測(cè)量技術(shù)，具體涉及一種獲取運(yùn)動(dòng)體位置的高可靠測(cè)試系統(tǒng)，適用于包括以下方面的關(guān)鍵位置檢測(cè)系統(tǒng)中：如電磁發(fā)射裝置、直線電機(jī)、快速直線移動(dòng)體、旋轉(zhuǎn)電機(jī)以及旋轉(zhuǎn)物體等方面。本發(fā)明所提供的獲取運(yùn)動(dòng)體位置的高可靠測(cè)試系統(tǒng)，能夠應(yīng)用于工作環(huán)境條件惡劣、電磁干擾強(qiáng)度大、安裝位置嚴(yán)格約束的場(chǎng)合，它還具有可靠性高、安裝方便、易于調(diào)試等優(yōu)勢(shì)。

本發(fā)明所提供的獲取運(yùn)動(dòng)體位置的高可靠測(cè)試系統(tǒng)包括：至少一套安裝在待測(cè)運(yùn)動(dòng)體的敏感體、位置傳感單元、光電單元、位置信號(hào)傳輸光纜和位置數(shù)據(jù)處理單元五個(gè)部分。

敏感體可以是鋁、鋼、銅等不同金屬材料，將其安裝在待測(cè)運(yùn)動(dòng)體上，需要牢靠緊固，以免高速時(shí)脫落。

位置傳感單元，要求將三個(gè)相同型號(hào)的傳感器按照一定的間距呈“品字形”方式排列，安裝在傳感器盒體中，有利于減小傳感器盒體尺寸。將安裝有傳感器的傳感器盒體固定在與敏感體距離為探測(cè)距離的位置處。

光電單元，將位置傳感單元輸出的反應(yīng)運(yùn)動(dòng)體位置的電信號(hào)進(jìn)行光電隔離和電平轉(zhuǎn)換后，轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢越?jīng)由光纜傳輸?shù)墓庑盘?hào)，有利于遠(yuǎn)距離傳輸反應(yīng)運(yùn)動(dòng)體位置的信號(hào)，為了最大限度縮短位置傳感單元與光電單元之間的傳輸距離，特將它們集成安裝在一個(gè)傳感器盒體中。

位置信號(hào)傳輸光纜，是將來(lái)自于光電單元輸出的反應(yīng)運(yùn)動(dòng)體位置的光信號(hào)，傳送到位置數(shù)據(jù)處理單元，并采集獲得反應(yīng)運(yùn)動(dòng)體位置的光信號(hào)，最后經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單計(jì)算，便可以得到待測(cè)運(yùn)動(dòng)體的位置和其它運(yùn)動(dòng)參數(shù)。

本發(fā)明裝置利用安裝在待測(cè)運(yùn)動(dòng)體上的敏感體進(jìn)入和離開(kāi)傳感器的感知范圍時(shí)，傳感器能夠輸出反映運(yùn)動(dòng)體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的高低電平的方波信號(hào)，利用該方波信號(hào)，很容易計(jì)算獲得待測(cè)運(yùn)動(dòng)體的位置和其它運(yùn)動(dòng)參數(shù)，還可以判斷運(yùn)動(dòng)方向。

在測(cè)試系統(tǒng)正常工作時(shí)，某通道傳感器一旦探測(cè)到安裝在待測(cè)運(yùn)動(dòng)體的敏感體時(shí)，都會(huì)相應(yīng)輸出一個(gè)高電平(或者低電平，這取決于設(shè)計(jì)者的習(xí)慣，既可以假設(shè)當(dāng)傳感器探測(cè)到敏感體時(shí)輸出高電平，也可以假設(shè)當(dāng)傳感器探測(cè)到敏感體時(shí)輸出低電平)的方波信號(hào)。

為了后面分析方便起見(jiàn)，在本發(fā)明中，傳感器測(cè)試端面與敏感體之間的探測(cè)距離為x；傳感器之間的中心間距為c，傳感器測(cè)試端面的直徑為d；將三路傳感器布置成正三角形方式；假設(shè)敏感體的高度為h、寬度為a、深度為b；當(dāng)傳感器探測(cè)到敏感體時(shí)，輸出高電平；當(dāng)待測(cè)運(yùn)動(dòng)體的敏感體先后依次穿過(guò)傳感器2-1、傳感器2-2和傳感器2-3，輸出高低電平的波形分別對(duì)應(yīng)為s2-1、s2-2和s2-3，假設(shè)此時(shí)待測(cè)運(yùn)動(dòng)體為前進(jìn)方向，反之，當(dāng)待測(cè)運(yùn)動(dòng)體的敏感體先后依次穿過(guò)傳感器2-3、傳感器2-2和傳感器2-1，輸出高低電平的波形對(duì)應(yīng)為s2-3、s2-2和s2-1，假設(shè)此時(shí)待測(cè)運(yùn)動(dòng)體為后退方向。

以待測(cè)運(yùn)動(dòng)體前進(jìn)方向?yàn)槔创郎y(cè)運(yùn)動(dòng)體的敏感體先后依次穿過(guò)傳感器2-1、傳感器2-2和傳感器2-3，輸出高低電平的波形對(duì)應(yīng)為s2-1、s2-2和s2-3，假設(shè)每一個(gè)傳感器的輸出波形的上升沿所對(duì)應(yīng)的時(shí)間分別t2-1、t2-2和t2-3，假設(shè)每一個(gè)傳感器的輸出波形的下降沿所對(duì)應(yīng)的時(shí)間分別t’2-1、t’2-2和t’2-3，根據(jù)物理知識(shí)，可以得到待測(cè)運(yùn)動(dòng)體的敏感體離開(kāi)傳感器2-2時(shí)的速度v2-2的表達(dá)式為：

同理，可以得到待測(cè)運(yùn)動(dòng)體的敏感體離開(kāi)傳感器2-3時(shí)的速度v2-3的表達(dá)式為：

當(dāng)然，可以計(jì)算得到待測(cè)運(yùn)動(dòng)體的敏感體離開(kāi)傳感器2-3時(shí)的加速度a的表達(dá)式為：

聯(lián)立表達(dá)式(1)～(3)，可以得到待測(cè)運(yùn)動(dòng)體的加速度a的表達(dá)式為：

根據(jù)前面的論述得知，表達(dá)式中的參數(shù)c是已知的，可以由位置數(shù)據(jù)處理單元獲得三路高低電平的上升沿的時(shí)間差，即可獲得待測(cè)運(yùn)動(dòng)體的位置、速度和加速度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)。同理，也可以利用下降沿得到待測(cè)運(yùn)動(dòng)體的位置、速度和加速度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)，恕不贅述。

前面的分析過(guò)程，是基于測(cè)試系統(tǒng)正常工作時(shí)得出的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。如果某通道傳感器出現(xiàn)故障時(shí)，本測(cè)試系統(tǒng)仍然可以得到待測(cè)運(yùn)動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。不失一般性，假設(shè)傳感器2-2出現(xiàn)故障，利用上升沿，可以得到待測(cè)運(yùn)動(dòng)體的敏感體離開(kāi)傳感器2-3時(shí)的速度v’2-3的表達(dá)式為：

利用下降沿，可以得到待測(cè)運(yùn)動(dòng)體的敏感體離開(kāi)傳感器2-3時(shí)的速度v”2-3的表達(dá)式為：

聯(lián)立表達(dá)式(5)和(6)，可以得到待測(cè)運(yùn)動(dòng)體的加速度a’的表達(dá)式為：

由此可見(jiàn)，如果出現(xiàn)某通道傳感器故障時(shí)，本測(cè)試系統(tǒng)仍然是可以得到待測(cè)運(yùn)動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)參數(shù)的。

當(dāng)然，待測(cè)運(yùn)動(dòng)體后退時(shí)的分析方法與此相類似，不再贅述。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步說(shuō)明。在此需要說(shuō)明的是，對(duì)于這些實(shí)施方式的說(shuō)明用于幫助理解本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

如圖1所述，本發(fā)明測(cè)試系統(tǒng)中的x，表示傳感器端面與敏感體端面間距，又稱為探測(cè)距離，它是由傳感器2-1、傳感器2-2和傳感器2-3的具體型號(hào)決定的。待測(cè)運(yùn)動(dòng)體1可以是直線運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的物體。位置傳感單元2，內(nèi)置三路傳感器和光電單元3，三路傳感器的共計(jì)9個(gè)接線端子t1～t9，連接到光電單元3，由光電單元3將三路傳感器輸出的反應(yīng)待測(cè)運(yùn)動(dòng)體1位置的方波信號(hào)，進(jìn)行光電隔離處理之后，再由電光變換電路處理得到光信號(hào)，經(jīng)由位置信號(hào)傳輸光纜4中的光纜light1～light3，傳輸給位置數(shù)據(jù)處理單元5，由位置數(shù)據(jù)處理單元5將接收到的光信號(hào)，經(jīng)過(guò)光電處理之后，得到反應(yīng)測(cè)運(yùn)動(dòng)體1位置的電信號(hào)，再由位置數(shù)據(jù)處理單元5，經(jīng)過(guò)計(jì)算，得到待測(cè)運(yùn)動(dòng)體的位置、速度和加速度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)。

如圖2所述，將敏感體1-2緊固安裝在待測(cè)運(yùn)動(dòng)體1-1上，敏感體的高度為h、寬度為a、深度為b。根據(jù)產(chǎn)品手冊(cè)，在選擇該參數(shù)時(shí)，必須考慮所選擇的具體傳感器型號(hào)以及現(xiàn)場(chǎng)安裝傳感器盒體的空間位置約束，即要求寬度a大于等于傳感器測(cè)試端面直徑d，要求深度b大于等于探測(cè)距離x，要求高度h大于等于傳感器測(cè)試端面直徑d。

如圖3所述，位置傳感單元2包括三路呈“品字形”對(duì)稱布置的傳感器2-1、傳感器2-2和傳感器2-3以及傳感器盒體2-4。在位置傳感單元2中，將傳感器2-1、傳感器2-2和傳感器2-3，按照“品字形”對(duì)稱布置在正三角的三個(gè)頂點(diǎn)所在的位置上，相鄰兩個(gè)傳感器之間的中心間距為c，根據(jù)產(chǎn)品手冊(cè)，在選擇該參數(shù)時(shí)，必須兼顧具體安裝空間的位置約束條件，但是，為了降低傳感器之間的相互影響，本發(fā)明要求兩個(gè)傳感器之間的中心間距c，大于等于探測(cè)間距的2倍，即2x。每一路傳感器均有三個(gè)接線端子，即t1～t9共計(jì)9個(gè)接線端子。將這9個(gè)接線端子t1～t9，對(duì)應(yīng)連接到光電單元3中，由光電單元3將三路傳感器輸出的反應(yīng)待測(cè)運(yùn)動(dòng)體1位置的電信號(hào)，進(jìn)行光電隔離處理和電光變換處理之后，得到光信號(hào)。為了最大限度縮短位置傳感單元2與光電單元3之間的傳輸距離，特將它們集成安裝在傳感器盒體2-4中。

如圖4所述，本發(fā)明以待測(cè)運(yùn)動(dòng)體前進(jìn)方向?yàn)槔?，即待測(cè)運(yùn)動(dòng)體的敏感體先后依次穿過(guò)傳感器2-1、傳感器2-2和傳感器2-3，輸出高低電平的波形，分別對(duì)應(yīng)為s2-1、s2-2和s2-3，每一個(gè)傳感器的輸出波形的上升沿所對(duì)應(yīng)的時(shí)間分別t2-1、t2-2和t2-3。由前所述，根據(jù)獲得的上升沿所對(duì)應(yīng)的時(shí)間t2-1、t2-2和t2-3以及相鄰兩個(gè)傳感器之間的中心間距c，經(jīng)由位置數(shù)據(jù)處理單元5，即可計(jì)算得到待測(cè)運(yùn)動(dòng)體的位置、速度和加速度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)。

如圖5所述，光電單元3由光電隔離處理電路3-1和電光變換電路3-2兩部分組成。光電隔離處理電路3-1與位置傳感單元2的9個(gè)接線端子t1～t9相接，接線端子t1接電阻rl1的一端，電阻rl1的該端同時(shí)接電容cs1的一端，電容cs1的該端同時(shí)接參考電壓us1+，電容cs1的另一端接地線gnd1，電阻rl1的另一端接電阻rx1的一端，接線端子t2接電阻rx1的該端，電阻rx1的該端同時(shí)接二極管dz1的陰極，電阻rx1的另一端接二極管dx1的陰極，二極管dx1的陰極同時(shí)接芯片a1的第2腳，電容c1的并接在電阻rx1的兩端，接線端子t3接二極管dz1的陽(yáng)極，二極管dz1的陽(yáng)極同時(shí)接二極管dx1的陽(yáng)極，二極管dx1的陽(yáng)極同時(shí)接芯片a1的第3腳，芯片a1的第3腳接地線gnd1，芯片a1的第8腳接電容c4的一端，電容c4的該端同時(shí)接電源us2+，電容c4的另一端接地線gnd2，芯片a1的第7腳和第6腳接電阻rl7的一端，電阻rl7的該端同時(shí)接芯片a4的第3腳，電阻rl7的另一端接電源us2+，芯片a1的第5腳接地線gnd2，芯片a4的第1腳接電源us2+，芯片a4的第8腳接地線gnd2，芯片a4的第2腳接接線端子t10，接線端子t11接地線gnd2。接線端子t4接電阻rl2的一端，電阻rl2的該端同時(shí)接電容cs2的一端，電容cs2的該端同時(shí)接參考電壓us1+，電容cs2的另一端接地線gnd1，電阻rl2的另一端接電阻rx2的一端，接線端子t5接電阻rx2的該端，電阻rx2的該端同時(shí)接二極管dz2的陰極，電阻rx2的另一端接二極管dx2的陰極，二極管dx2的陰極同時(shí)接芯片a2的第2腳，電容c2的并接在電阻rx2的兩端，接線端子t6接二極管dz2的陽(yáng)極，二極管dz2的陽(yáng)極同時(shí)接二極管dx2的陽(yáng)極，二極管dx2的陽(yáng)極同時(shí)接芯片a2的第3腳，芯片a2的第3腳接地線gnd1，芯片a2的第8腳接電容c5的一端，電容c5的該端同時(shí)接電源us2+，電容c5的另一端接地線gnd2，芯片a2的第7腳和第6腳接電阻rl8的一端，電阻rl8的該端同時(shí)接芯片a5的第3腳，電阻rl8的另一端接電源us2+，芯片a2的第5腳接地線gnd2，芯片a5的第1腳接電源us2+，芯片a5的第8腳接地線gnd2，芯片a5的第2腳接接線端子t12，接線端子t13接地線gnd2。接線端子t7接電阻rl3的一端，電阻rl3的該端同時(shí)接電容cs3的一端，電容cs3的該端同時(shí)接參考電壓us1+，電容cs3的另一端接地線gnd1，電阻rl3的另一端接電阻rx3的一端，接線端子t8接電阻rx3的該端，電阻rx3的該端同時(shí)接二極管dz3的陰極，電阻rx3的另一端接二極管dx3的陰極，二極管dx3的陰極同時(shí)接芯片a3的第2腳，電容c3的并接在電阻rx3的兩端，接線端子t9接二極管dz3的陽(yáng)極，二極管dz3的陽(yáng)極同時(shí)接二極管dx3的陽(yáng)極，二極管dx3的陽(yáng)極同時(shí)接芯片a3的第3腳，芯片a3的第3腳接地線gnd1，芯片a3的第8腳接電容c6的一端，電容c6的該端同時(shí)接電源us2+，電容c6的另一端接地線gnd2，芯片a3的第7腳和第6腳接電阻rl9的一端，電阻rl9的該端同時(shí)接芯片a6的第3腳，電阻rl9的另一端接電源us2+，芯片a3的第5腳接地線gnd2，芯片a6的第1腳接電源us2+，芯片a6的第8腳接地線gnd2，芯片a6的第2腳接接線端子t14，接線端子t15接地線gnd2。經(jīng)由接線端子t10、t11、t12、t13、t14和t15，將經(jīng)光電隔離電路3-1處理獲得的信號(hào)傳輸給電光變換電路3-2。

如圖6所述，電光變換電路3-2與光電隔離處理電路3-1的6個(gè)接線端子t10～t15相接，接受來(lái)自光電隔離處理電路3-1的信號(hào)，其中，接線端子t10接芯片op1的1，2，3腳，且與電阻rp1的一端相連，rp1的另一端與電源us2+相連，電源us2+接電容cp1，電容cp1的另一端與地線gnd2、接線端子t11相連，gnd2接芯片op1的第4腳與電容cp2的一端，電容cp2的另一端與芯片op1的1，2，3腳相連，通過(guò)芯片op1的接線端子t16連接位置信號(hào)傳輸光纜4，經(jīng)由位置信號(hào)傳輸光纜4的light1的t19端子將處理過(guò)的光信號(hào)發(fā)給位置數(shù)據(jù)處理單元5。其中，接線端子t12接芯片op2的1，2，3腳，且與電阻rp2的一端相連，rp2的另一端與電源us2+相連，電源us2+接電容cp3，電容cp3的另一端與地線gnd2、接線端子t13相連，gnd2接芯片op2的第4腳與電容cp4的一端，電容cp4的另一端與芯片op2的1，2，3腳相連，通過(guò)芯片op2的接線端子t17連接位置信號(hào)傳輸光纜4，經(jīng)由位置信號(hào)傳輸光纜4的light2的t20端子將處理過(guò)的光信號(hào)發(fā)給位置數(shù)據(jù)處理單元5。其中，接線端子t14接芯片op3的1，2，3腳，且與電阻rp3的一端相連，rp3的另一端與電源us2+相連，電源us2+接電容cp5，電容cp6的另一端與地線gnd2、接線端子t15相連，gnd2接芯片op3的第4腳與電容cp6的一端，電容cp6的另一端與芯片op3的1，2，3腳相連，通過(guò)芯片op3的接線端子t18連接位置信號(hào)傳輸光纜4，經(jīng)由位置信號(hào)傳輸光纜4的light3的t21端子將處理過(guò)的光信號(hào)發(fā)給位置數(shù)據(jù)處理單元5。

如圖7所述，位置數(shù)據(jù)處理單元5由光電變換電路5-1和位置數(shù)據(jù)采集電路5-2兩部分組成。位置信號(hào)傳輸光纜4與電光變換電路3-2中3個(gè)接線端子t16～t18相接，光電變換電路5-1與位置信號(hào)傳輸光纜4的接線端子t19～t21相接，芯片op4的第1腳接電源us3+，電阻rp4的一端接電源us3+，電阻rp4的另一端接芯片op4的第2腳，電容cp7的一端接芯片op4的第2腳，電容cp7的另一端接地線gnd3，芯片op4的第3腳和第4腳接地線gnd3，接線端子t22接芯片op4的第2腳；芯片op5的第1腳接電源us3+，電阻rp5的一端接電源us3+，電阻rp5的另一端接芯片op5的第2腳，電容cp8的一端接芯片op5的第2腳，電容cp8的另一端接地線gnd3，芯片op5的第3腳和第4腳接地線gnd3，接線端子t23接芯片op5的第2腳；芯片op6的第1腳接電源us3+，電阻rp6的一端接電源us3+，電阻rp6的另一端接芯片op6的第2腳，電容cp9的一端接芯片op6的第2腳，電容cp9的另一端接地線gnd3，芯片op6的第3腳和第4腳接地線gnd3，接線端子t24接芯片op6的第2腳，經(jīng)由接線端子t22、t23和t24，位置數(shù)據(jù)采集電路5-2接收來(lái)自光電變換電路5-1處理的待測(cè)運(yùn)動(dòng)體位置的電信號(hào)pw1。

如圖7所述，位置數(shù)據(jù)采集電路5-2，能夠?qū)崟r(shí)獲取反應(yīng)待測(cè)運(yùn)動(dòng)體位置的電信號(hào)，隨時(shí)判明待測(cè)運(yùn)動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)方向，并根據(jù)前面的所述方法，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單計(jì)算，即可得到待測(cè)運(yùn)動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。

圖1所示實(shí)施例中的傳感器2-1、傳感器2-2和傳感器2-3，可以選擇渦流接近開(kāi)關(guān)，能夠提供渦流接近開(kāi)關(guān)的廠家有很多，如omron歐姆龍、autonics奧托尼克斯、keyencen基恩士、sunx神視、sick施克、takex竹中、p+f倍加福、dec和riko瑞科和panasonic松下等。在選擇渦流接近開(kāi)關(guān)時(shí)，必須兼顧安裝位置與傳感器的有效探測(cè)距離兩者的矛盾。

圖2所示實(shí)施例中的敏感體1-2，可以是鋁、鋼、銅等不同金屬材料，為了防止高速時(shí)敏感體1-2脫落，必須將其牢靠緊固地安裝在待測(cè)運(yùn)動(dòng)體上。本發(fā)明提出，在設(shè)計(jì)敏感體1-2時(shí)，必須嚴(yán)格根據(jù)所選擇的渦流接近開(kāi)關(guān)型號(hào)以及現(xiàn)場(chǎng)安裝傳感器盒體的空間位置約束，仔細(xì)設(shè)計(jì)敏感體1-2的寬度a、深度b和高度h三個(gè)尺寸參數(shù)，本發(fā)明給出選擇方法，即要求寬度a≥傳感器測(cè)試端面直徑d、要求深度b≥探測(cè)距離x，要求高度h≥傳感器測(cè)試端面直徑d。

圖3所示實(shí)施例中的呈“品字形”方式排列的傳感器2-1、傳感器2-2和傳感器2-3，必須重點(diǎn)關(guān)注相鄰傳感器之間的中心間距c參數(shù)，以便降低它們之間的相互影響，本發(fā)明給出c參數(shù)的選擇方法，即要求兩個(gè)傳感器之間的中心間距c≥探測(cè)間距x的2倍(即2x)。

圖5所示實(shí)施例中的穩(wěn)壓二極管dz1～dz3，可以選擇齊納二極管。圖5所示實(shí)施例中的二極管dx1～dx3，可以選擇快恢復(fù)二極管。圖5所示實(shí)施例中的芯片a1～a3，全部是光電耦合隔離器件(簡(jiǎn)稱光耦器件)，可以選擇hcpl-2300等高性能光耦器件。圖5所示實(shí)施例中的芯片a4～a6，均為反相跟隨器，可以選擇六路cmos反相跟隨器cd4049。圖5所示實(shí)施例中的位置信號(hào)傳輸光纜4，可以選擇62.5μm/125μm單芯多模光纖。

圖6所示實(shí)施例中的芯片op1～op3，全部是發(fā)送光纖頭，可以選擇的型號(hào)很多，如hfbr-1412ptz、hfbr-1412pz、hfbr-1412tmz、hfbr-1412z、hfbr-1414pz、hfbr-1414mz和hfbr-1414tz等。

圖7所示實(shí)施例中的芯片op4～op6，全部是接收光纖頭，可以選擇的型號(hào)很多，如hfbr-2412tcz、hfbr-2412tz、hfbr-2412z、hfbr-2412tc和hfbr-2412t等。圖7所示實(shí)施例中的位置數(shù)據(jù)采集電路5-2，用于獲取反應(yīng)待測(cè)運(yùn)動(dòng)體位置的電信號(hào)和判斷運(yùn)動(dòng)方向，經(jīng)過(guò)計(jì)算得到待測(cè)運(yùn)動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。因此，它可以采用專門(mén)的數(shù)據(jù)采集電路，如ni公司儀表生產(chǎn)的多功能數(shù)據(jù)采集設(shè)備，也可采用高檔單片機(jī)或者arm芯片或者dsp芯片等構(gòu)建的數(shù)據(jù)采集板卡。

如圖8所述，表示本發(fā)明測(cè)試系統(tǒng)的待測(cè)運(yùn)動(dòng)體與敏感體之間的另外一種布置方式以及敏感體的結(jié)構(gòu)示意圖。它可以根據(jù)需要，在待測(cè)運(yùn)動(dòng)體上面以間距為f參數(shù)、均勻布置n個(gè)相同尺寸敏感體1-2，即敏感體1-2-1、敏感體1-2-2、……敏感體1-2-n，為了確保傳感器可靠感應(yīng)到每一個(gè)敏感體1-2，本發(fā)明要求相鄰敏感體1-2之間的中心間距f參數(shù)，必須大于等于渦流接近開(kāi)關(guān)的探測(cè)距離x，即f≥x。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。