一种多路轴向电磁传感器自由下落时间测量装置及方法与流程

1.本发明涉及轴向电磁传感器运动检测领域，具体涉及一种多路轴向电磁传感器自由下落时间测量装置及方法。背景技术：2.现有的类似电磁传感器下落时间测量装置，通常有如下方式：(1)通过获取下落距离与速度，从而得到下落时间的；(2)通过检测传感器的电压，通过电压变化时间差，来判断当前状态。然而，方式(1)，下落速度实际难以精确得到，存在误差；方式(2)初始电压变化的临界点不易控制，初始变化电压若设置不准确或因参数漂移，可能导致测量误差；当前测量系统一般适用于单一测量，不适用于多路测量。另外，在保证测量时间准确的同时，从整体上达到集成化、异步化及自动化也是必须面对的问题。3.因此，现有的类似电磁传感器下落时间测量装置存在以下缺陷：1、目前在类似电磁传感器下落时间测量应用中一般是针对单一状态检测的，暂无针对多路电磁传感器异步下落运动时的检测及处理。2、采用测量距离和速度的检测方法，在实际运行中难以准确获取速度值，导致测量时间误差。3、对采用采集电压变化点的时间差进行测量的方式，通过计算时间差得到下落时间，需要额外处理一次初始电压检测，处理模拟电压信号的过程相对复杂，使得测量下落时间的响应较慢。4、当前针对采集电压变化并无动态校准，容易造成测量误差。技术实现要素：4.为了克服以上现有技术中的一种或者多种缺陷，本发明目的在于提供一种多路轴向电磁传感器自由下落时间测量装置及方法，本发明装置具有多路测量通道，可解决多个轴向电磁传感器非同时下落的情况下，其中每个电磁传感器下落时间的快速自动化测量与处理，并且具有较高的测量精度。5.本发明通过下述技术方案实现：6.第一方面，本发明提供了一种多路轴向电磁传感器自由下落时间测量装置，该装置包括供电组件和多路测量组件；7.所述供电组件，用于为多路测量组件提供电能；8.所述测量组件，用于通过所述供电组件加电启动，产生激励信号；通过所述激励信号驱动轴向电磁传感器进行电压信号采集，并通过反馈信号单元在轴向电磁传感器非下落时对电压采集信号进行动态校准；通过触发信号采集单元时刻监控并接收轴向电磁传感器下落时产生的触发状态信号，并结合轴向电磁传感器下落停止时的采集电压的时间点，进行下落时间测量；9.其中，多路测量组件独立运行、异步执行测量任务。10.工作原理是：基于现有的类似电磁传感器下落时间测量装置存在以下缺陷：1、目前在类似电磁传感器下落时间测量应用中一般是针对单一状态检测的，暂无针对多路电磁传感器异步下落运动时的检测及处理。2、采用测量距离和速度的检测方法，在实际运行中难以准确获取速度值，导致测量时间误差。3、对采用采集电压变化点的时间差进行测量的方式，通过计算时间差得到下落时间，需要额外处理一次初始电压检测，处理模拟电压信号的过程相对复杂，使得测量下落时间的响应较慢。4、当前针对采集电压变化并无动态校准，容易造成测量误差。11.本发明针对以上现有技术中的一种或者多种缺陷，设计了一种多路轴向电磁传感器自由下落时间测量装置，本发明装置具有多路测量通道，通过多路测量组件可解决多个轴向电磁传感器非同时下落的情况下，其中每个电磁传感器下落时间的快速自动化测量与处理，并且具有较高的测量精度。本发明测量装置用于核电站或锅炉等环境相对恶劣的地方，通过检测轴向电磁传感器的运动状态，确定冷却水液位状态。12.进一步地，还包括通信组件，所述通信组件电连接所述供电组件，由供电组件为其提供电能；所述通信组件通信连接多路测量组件；13.所述通信组件，用于将各路测量组件的测量时间数据汇总，并传输给上位机。14.进一步地，所述通信组件采用冗余can总线接口通信连接多路测量组件；15.所述通信组件采用采用rs422接口通信连接上位机。16.其中，rs422接口的芯片采用国产jm3096t实现；can总线接口的芯片采用国产jm3062w实现。17.进一步地，所述测量组件包括第一隔离单元、mcu电路、激励信号单元、电压采集单元、反馈信号采集单元和触发信号采集单元；18.所述第一隔离单元一端通过can总线双向连接通信组件、另一端双向连接mcu电路，所述mcu电路单向连接激励信号单元，所述mcu电路单向连接电压采集单元，所述mcu电路单向连接反馈信号采集单元，所述mcu电路单向连接触发信号采集单元；19.所述激励信号单元、电压采集单元、反馈信号采集单元和触发信号采集单元均通过一一对应的隔离器连接所述mcu电路；所述激励信号单元、电压采集单元、反馈信号采集单元和触发信号采集单元双向连接对应的隔离器；20.所述mcu电路，用于根据触发信号采集单元采集的电磁传感器下落触发信号开始时间、电压采集单元采集的轴向电磁传感器下落停止时1ms内连续采集到一相应的固定电压值对应的时间作为结束时间，根据所述开始时间、结束时间计算下落时间。21.进一步地，所述激励信号单元，用于产生1khz@25marms正弦恒流信号驱动轴向电磁传感器；22.所述激励信号单元包括dds频率控制器、da恒压控制器、第一lpf滤波器、第一hpf滤波器、第一v/i转换控制器和激励输出，所述dds频率控制器连接da恒压控制器、所述da恒压控制器连接第一lpf滤波器，所述第一lpf滤波器连接第一hpf滤波器，所述第一hpf滤波器连接第一v/i转换控制器，所述第一v/i转换控制器连接激励输出；所述第一v/i转换控制器还连接da恒压控制器；23.其中，dds频率控制器、da恒压控制器、第一lpf滤波器、第一hpf滤波器、第一v/i转换控制器构成一级负反馈环路。24.进一步地，所述电压采集单元，用于通过所述激励信号驱动轴向电磁传感器进行电压信号采集；25.所述电压采集单元包括依次连接的差动控制器、第二lpf滤波器、第二hpf滤波器、第二rms转换器、第二缓冲控制器和adc电压采样电路。26.进一步地，所述反馈信号采集单元，用于对经过电磁传感器的正弦激励信号进行采集，采样电阻设计为0.05％精度，10ppm类型高稳定性、高精度电阻；并经转换、滤波、rms→dc处理后由adc采集，并传输至mcu电路；27.所述反馈信号采集单元包括依次连接的采样电阻、第三v/i转换控制器、mbf滤波器、第三rms转换器、第三缓冲控制器和adc电压采样电路。28.进一步地，所述触发信号采集单元，用于监控并接收轴向电磁传感器下落时产生的触发状态信号，并结合轴向电磁传感器下落停止时的采集电压的时间点，进行下落时间测量；29.所述触发信号采集单元包括依次连接的di干触点输入电路、光mos电平转换器，所述光mos电平转换器的输出端连接mcu电路。30.进一步地，所述供电组件包括第一供电组件、第二供电组件和汇流组件，所述第一供电组件、第二供电组件均采用24v供电，经所述汇流组件处理后把两路24v电压转换为一路24v电压。31.第二方面，本发明又提供了一种多路轴向电磁传感器自由下落时间测量方法，该方法应用于所述的一种多路轴向电磁传感器自由下落时间测量装置；该方法包括：32.采用测量组件的触发信号采集单元时刻监测轴向电磁传感器下落触发状态，当轴向电磁传感器下落时其控制设备会产生一个触发信号；33.测量组件当检测到所述触发信号后，开始计时t1；34.当测量组件检测到轴向电磁传感器下落停止时，电压采集单元在预设时间段(1ms)内连续采集到一相应的固定电压值，此时刻即为t2；35.采用测量组件的mcu电路进行下落时间计算，得到下落时间t＝t2-t1；36.其中：在电压采集过程中，利用反馈信号对采集的电压信号进行动态校准；所述反馈信号来自于轴向电磁传感器激励信号部分，通过mcu电路以反馈信号为基准，在轴向电磁传感器非下落时对电压采集信号进行动态校准，以确保下落时采集电压的准确性。37.所述动态校准过程为：mcu电路采集到反馈信号后，根据采样电阻设计值，进行v/i转换，得到激励信号实际值；mcu电路根据轴向电磁传感器在固定激励信号下采集的电压和轴向电磁传感器阻抗，计算得到采集的激励信号值；对采集的激励信号值与激励信号实际值进行比较，确定当前偏差，并以反馈信号为基准进行修正。38.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：39.1、本发明集成度高，可对多个轴向电磁传感器下落时间进行测量，且可进行扩展。40.2、本发明轴向电磁传感器下落时间测量精度高、速度快，可达5ms。41.3、本发明测量装置整机采用24v供电，进一步降低220vac电源带来的干扰。42.4、本发明测量装置整机功耗较低，不足80w。附图说明43.此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：44.图1为本发明一种多路轴向电磁传感器自由下落时间测量装置结构示意图。45.图2为本发明一种多路轴向电磁传感器自由下落时间测量装置的测量组件内结构示意图。46.图3为本发明一种多路轴向电磁传感器自由下落时间测量装置工作流程示意图。具体实施方式47.在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所发明的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。48.在本发明的各种实施例中，表述“或”或“a或/和b中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“a或b”或“a或/和b中的至少一个”可包括a、可包括b或可包括a和b二者。49.在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。50.应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。51.在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。52.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。53.实施例154.如图1至图3所示，本发明一种多路轴向电磁传感器自由下落时间测量装置，如图1所示，该装置包括供电组件、通信组件和多路测量组件；本实施例中如图1所示为9个测量组件，即9路测量组件；其中，多路测量组件独立运行、异步执行测量任务；55.所述供电组件，用于为多路测量组件提供电能；56.所述测量组件，用于通过所述供电组件加电启动，产生激励信号；通过所述激励信号驱动轴向电磁传感器进行电压信号采集，并通过反馈信号单元在轴向电磁传感器非下落时对电压采集信号进行动态校准；通过触发信号采集单元时刻监控并接收轴向电磁传感器下落时产生的触发状态信号，并结合轴向电磁传感器下落停止时的采集电压的时间点，进行下落时间测量；57.所述通信组件，用于将各路测量组件的测量时间数据汇总，并传输给上位机。所述通信组件电连接所述供电组件，由供电组件为其提供电能；所述通信组件通信连接多路测量组件。58.本发明测量装置的工作流程如图3所示。59.具体地，所述供电组件包括第一供电组件、第二供电组件和汇流组件，所述第一供电组件、第二供电组件均采用24v供电，经所述汇流组件处理后把两路24v电压转换为一路24v电压，提供给装置内通信组件和测量组件工作使用。60.其中，通信组件供电由上述一路24v进行隔离转换为3.3v；测量组件供电采用24v隔离转换并经ldo稳压为5v后提供给激励信号单元、电压信号采集单元、反馈信号采集单元使用，其中触发信号采集单元使用24v隔离转换得到3.3v供电。61.具体地，所述通信组件采用冗余can总线接口通信连接多路测量组件，通过can总线进行数据传输。62.所述通信组件采用采用rs422接口通信连接上位机，且采用两路冗余的rs422接口通信，以降低失效风险。本实施例汇总，rs422接口的芯片采用国产jm3096t实现；can总线接口的芯片采用国产jm3062w实现。63.具体地，所述测量组件包括第一隔离单元、mcu电路、激励信号单元、电压采集单元、反馈信号采集单元和触发信号采集单元；64.所述第一隔离单元一端通过can总线双向连接通信组件、另一端双向连接mcu电路，所述mcu电路单向连接激励信号单元，所述mcu电路单向连接电压采集单元，所述mcu电路单向连接反馈信号采集单元，所述mcu电路单向连接触发信号采集单元；65.所述激励信号单元、电压采集单元、反馈信号采集单元和触发信号采集单元均通过一一对应的隔离器连接所述mcu电路；所述激励信号单元、电压采集单元、反馈信号采集单元和触发信号采集单元双向连接对应的隔离器；66.本实施例中，所述mcu电路，用于根据触发信号采集单元采集的电磁传感器下落触发信号开始时间、电压采集单元采集的轴向电磁传感器下落停止时1ms内连续采集到一相应的固定电压值对应的时间作为结束时间，根据所述开始时间、结束时间计算下落时间。67.如图2所示，激励信号单元、电压采集单元、反馈信号采集单元和触发信号采集单元，各个单元的组成如下：68.本实施例中，所述激励信号单元，用于产生1khz@25marms正弦恒流信号驱动轴向电磁传感器，精度可达0.2％fs，以降低采集电压信号的误差；69.所述激励信号单元包括dds频率控制器、da恒压控制器、第一lpf滤波器、第一hpf滤波器、第一v/i转换控制器和激励输出，所述dds频率控制器连接da恒压控制器、所述da恒压控制器连接第一lpf滤波器，所述第一lpf滤波器连接第一hpf滤波器，所述第一hpf滤波器连接第一v/i转换控制器，所述第一v/i转换控制器连接激励输出；所述第一v/i转换控制器还连接da恒压控制器；70.其中，由dds频率控制器产生正弦信号，经da恒压控制器、第一v/i转换控制器构成一级负反馈环路，确保输出信号精度；其中，第一lpf滤波器、第一hpf滤波器用于滤除由dds带来的噪声信号。71.本实施例中，所述电压采集单元，用于通过所述激励信号驱动轴向电磁传感器进行电压信号采集；输入端设计一低失调、低噪声高压差动运放，既确保输入端口安全，又可进一步隔离噪声；中间环节使用四阶lpf及四阶hpf进一步降低电磁传感器端噪声信号，而后经高精度rms→dc转换，得到直流信号便于adc采集。72.所述电压采集单元包括依次连接的差动控制器、第二lpf滤波器、第二hpf滤波器、第二rms转换器、第二缓冲控制器和adc电压采样电路。73.本实施例中，所述反馈信号采集单元，用于对经过电磁传感器的正弦激励信号进行采集，采样电阻设计为0.05％精度，10ppm类型高稳定性、高精度电阻；并经转换、滤波、rms→dc处理后由adc采集，并传输至mcu电路；74.所述反馈信号采集单元包括依次连接的采样电阻、第三v/i转换控制器、mbf滤波器、第三rms转换器、第三缓冲控制器和adc电压采样电路。75.本实施例中，所述触发信号采集单元，用于监控并接收轴向电磁传感器下落时产生的触发状态信号，并结合轴向电磁传感器下落停止时的采集电压的时间点，进行下落时间测量，测量精度可达到5ms。76.所述触发信号采集单元包括依次连接的di干触点输入电路、光mos电平转换器，所述光mos电平转换器的输出端连接mcu电路。77.工作原理是：本发明设计了一种多路轴向电磁传感器自由下落时间测量装置，本发明装置具有多路测量通道，通过多路测量组件可解决多个轴向电磁传感器非同时下落的情况下，其中每个电磁传感器下落时间的快速自动化测量与处理，并且具有较高的测量精度。这是因为现有技术对采用采集电压变化点的时间差进行测量的方式，通过计算时间差得到下落时间，需要额外处理一次初始电压检测，处理模拟电压信号的过程相对复杂，使得测量下落时间的响应较慢；并且当前针对采集电压变化并无动态校准，容易造成测量误差。而本发明通过全程监测触发信号，取代了对首次状态电压的监测，针对数字量触发信号的采集处理相对模拟量信号处理，其响应时间可缩短至μs级；在信号采集链路中采用lpf、hpf及mbf等滤波措施，以提高信号测量精度；同时采用动态校准技术，进一步提高采集精度，确保下落时电压的准确测量，从而准确判断下落状态，缩短下落时间的测量；在信号采集链路中采用rms-dc转换，将传感器输出的交流信号转换为直流信号，便于获取稳定的采集结果，进一步缩短了整个采集链路的响应时间至5ms级。本发明测量装置用于核电站或锅炉等环境相对恶劣的地方，通过检测轴向电磁传感器的运动状态，确定冷却水液位状态。78.测量原理说明：(1)测量组件的触发信号采集单元用于时刻监测下落触发状态，当轴向电磁传感器下落时其控制设备会产生一个触发信号；79.(2)测量组件检测到该触发信号后开始计时t1；80.(3)当检测到轴向电磁传感器下落停止时，电压采集单元会在1ms内连续采集到一相应的固定电压值，此时刻为t2；81.(4)mcu电路完成下落时间测量t＝t2-t1。82.(5)其中，反馈信号来自于电磁传感器激励信号部分，mcu电路以反馈信号为基准，在轴向电磁传感器非下落时对电压采集信号进行动态校准，以确保下落时采集电压的准确性。83.(6)动态校准说明：①mcu电路采集到反馈信号后，根据采样电阻设计值，进行v/i转换，得到激励信号实际值；②轴向电磁传感器在固定激励信号下的阻抗范围固定，因而采集信号电压范围固定；③mcu电路根据采集电压和电磁传感器阻抗，计算得到的采样激励信号；84.并把所述采样励磁信号与根据反馈信号计算得到的激励信号实际值比较，即可确定当前偏差，并以反馈信号为基准进行修正，确保下落时采集信号误差最小。85.本发明具有如下优势：1、集成度高，可对多个轴向电磁传感器下落时间进行测量，且可进行扩展。2、轴向电磁传感器下落时间测量精度高、速度快，可达5ms。3、本发明测量装置整机采用24v供电，进一步降低220vac电源带来的干扰。4、本发明测量装置整机功耗较低，不足80w。86.实施例287.如图1至图3所示，本实施例与实施例1的区别在于，本实施例提供了一种多路轴向电磁传感器自由下落时间测量方法，该方法应用于实施例1所述的一种多路轴向电磁传感器自由下落时间测量装置；该方法包括：88.采用测量组件的触发信号采集单元时刻监测轴向电磁传感器下落触发状态，当轴向电磁传感器下落时其控制设备会产生一个触发信号；89.测量组件当检测到所述触发信号后，开始计时t1；90.当测量组件检测到轴向电磁传感器下落停止时，电压采集单元在预设时间段(1ms)内连续采集到一相应的固定电压值，此时刻即为t2；91.采用测量组件的mcu电路进行下落时间计算，得到下落时间t＝t2-t1；92.其中：在电压采集过程中，利用反馈信号对采集的电压信号进行动态校准；所述反馈信号来自于轴向电磁传感器激励信号部分，通过mcu电路以反馈信号为基准，在轴向电磁传感器非下落时对电压采集信号进行动态校准，以确保下落时采集电压的准确性。93.所述动态校准过程为：mcu电路采集到反馈信号后，根据采样电阻设计值，进行v/i转换，得到激励信号实际值；mcu电路根据轴向电磁传感器在固定激励信号下采集的电压和轴向电磁传感器阻抗，计算得到采集的激励信号值；对采集的激励信号值与激励信号实际值进行比较，确定当前偏差，并以反馈信号为基准进行修正，确保下落时采集信号误差最小。94.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。