活塞杆速度和位移的检测方法

只看该作者 · 2021-4-1 16:41

最近有个应用，一个平时移动很缓慢的活塞，位移范围±2.5cm，想检测出它的位移和速度来，求问大侠们用什么传感器合适呢？

3万 · 2021-4-1 18:34

本帖最后由 tyw 于 2021-4-1 20:16 编辑

光电传感器样本.pdf (16.05 MB)
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Omron微型光电传感器选型指南.pdf (22.64 MB)

只看该作者 · 2021-4-1 21:55

tyw 发表于 2021-4-1 18:34
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资料很好，速度明白了，位移怎么推算？位移的精度如何，能不能达到毫米级的精度

只看该作者 · 2021-4-1 22:10

本帖最后由 zlf1208 于 2021-4-1 22:20 编辑

lugeyaoxuexi 发表于 2021-4-1 21:55
资料很好，速度明白了，位移怎么推算？位移的精度如何，能不能达到毫米级的精度 ...

按照我的经验，活塞移动的速度肯定不是匀速的（至少在二个端点要刹车换向），所以用定时的方法测得的速度是不准确的，不知道你需要什么测量精度？另外，来回运动的二个端点的位置是固定的还是变化的？活塞是以什么方式驱动的？是转动转换到直线运动，还是用气缸或别的什么驱动的？这些都要说清楚才能给你提建议或方案，最好有个运动方案的示意图。

你不介绍相关传动方案，也不给出明确的测量要求，最简单的就是在二个极限位置安装二个微动开关，速度就取平均值，位置也按照平均值进行计算，显然这样是不符合你的要求的，所以你一定要把要求说清楚，不同的系统，不同的精度，测量方案从简单到复杂可以有N多种，成本也有很大的差别

只看该作者 · 2021-4-1 22:23

zlf1208 发表于 2021-4-1 22:10
按照我的经验，活塞移动的速度肯定不是匀速的，所以用定时的方法测得的速度是不准确的，不知道你需要什么 ...

你好，实物是这种结构，套筒和活塞杆做直线伸缩相对运动，主要是想检测二者相对位移和速度。随时吸收外力冲击，其速度肯定是不均匀的，由于系统振动频率很低约1-2Hz，位移范围最大几十mm，如何较为精确的检测位移和瞬时速度呢，位移精度最好在mm级别，还要兼顾低功耗！

只看该作者 · 2021-4-1 22:24

本帖最后由 tyw 于 2021-4-2 08:54 编辑

lugeyaoxuexi 发表于 2021-4-1 22:23
你好，实物是这种结构，套筒和活塞杆做直线伸缩相对运动，主要是想检测二者相对位移和速度。随时吸收外力 ...
粘滞阻尼器在桥梁结构中的应用
一、桥梁用阻尼器的介绍
  安全性是桥梁设计首要考虑的因素，一般桥梁结构设计中需要考虑其结构的抗震性能。目前国内外大型桥梁设计及加固过程中普遍采用了新型抗震阻尼器来增加桥梁结构的阻尼，减少桥梁在运行过程中所承受的风、载荷、温度（热胀冷缩）等因素的影响。
  阻尼器应用于桥梁建设中主要起到以下几个作用：
1.减少桥梁在地震等载荷作用下的横、纵向位移；
2.减少桥梁伸缩缝的距离；
3.吸收消耗桥墩受力，减少桥墩设计尺寸；
4.桥梁斜拉索安装阻尼器可以控制拉索风振影响，延长使用寿命。
  大型阻尼器种类很多，主要有粘滞阻尼器、弹簧阻尼器、电磁流交变阻尼器等。其中较为成熟且适用于大跨度桥梁的主要是粘滞阻尼器。

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二、粘滞阻尼器的结构介绍

  粘滞阻尼器基本结构如下图所示：

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1.阻尼器工作原理：

  阻尼器在外力作用下，活塞杆向缸体内运动，弹性胶体快速通过狭窄的阻尼孔，以此产生较大的阻力和热能，外部能量绝大部分由阻尼器吸收耗散，而不是传递给桥梁上部结构，从而达到抗震消能效果。

2.阻尼参数的计算

  阻尼力和最大冲程是确定阻尼器的两个主要指标，而阻尼系数和速度指数是阻尼控制作用大小的两个关键参数。速度相关型阻尼器计算公式如下：

F=CVα
F:  阻尼器额定载荷；

C：阻尼系数，由阻尼器本身结构和工作介质决定；

V：层间的相对运动速度；

α：阻尼器的速度指数，一般选择0.1~2.0之间。

三、国内桥梁安装粘滞阻尼器应用案例

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苏通长江大桥，位于江苏省长江口南通河段主航道。该桥跨越长江，连接苏州（常熟）和南通两座城市，公路总里程32.4公里（含南北端引道）。实际跨江的桥梁部位长约8.2公里，其斜引索桥间的跨距达1088米，项目总投资约64.5亿元。苏通大桥是交通部规划的黑龙江嘉荫至福建南平国家级重点干线公路跨越长江的重要通道，也是我国建桥史上工程规模最大、综合建设条件最复杂的特大型桥梁工程。

  大桥桥址处地质结构复杂，桥体抗震要求高，桥梁对静、动力反应敏感，为改善结构性能，需对桥梁结构体系进行研究。设计时在全漂浮体系基础上世界首创地加设带有附加限位功能的特大型粘滞阻尼器。

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通过计算分析所得到的粘滞阻尼器设计参数要求，设计人员决定在一个塔梁连接处顺桥向设置4支阻尼器，全桥共安装8支。该阻尼器带有限制位移功能，在主梁顺桥向±750mm的位移内不约束主梁运动，以减小常规作用（温度、正常风、交通荷载）结构受力。当相对位移大于750mm时，单支阻尼器提供上限9870KN的限位力。对加装阻尼器的全桥进行地震反应计算分析可知，苏通大桥加装阻尼器后纵向位移降低14%，桥塔剪力降低14%，桥塔弯矩降低24%。

大桥单支阻尼器性能参数

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苏通长江大桥加装限位、阻尼两种功能于一体的粘滞阻尼器有效的提高了大桥的结构钢度，改善了结构阻尼，解决了大跨度桥梁设计中遇到的关键技术问题，为我国跨海大桥设计提供了宝贵的经验，也创造了桥梁建筑上的奇迹。

只看该作者 · 2021-4-1 22:42

本帖最后由 tyw 于 2021-4-2 08:52 编辑

zlf1208 发表于 2021-4-1 22:10
按照我的经验，活塞移动的速度肯定不是匀速的（至少在二个端点要刹车换向），所以用定时的方法测得的速度 ...

https://image.baidu.com/search/detail?ct=503316480&z=0&ipn=d&word=粘滞阻尼器

只看该作者 · 2021-4-2 09:01

本帖最后由 zlf1208 于 2021-4-2 09:04 编辑

lugeyaoxuexi 发表于 2021-4-1 22:42
https://image.baidu.com/search/detail?ct=503316480&z=0&ipn=d&word=粘滞阻尼器

你这是个大工程啊，可靠性要求高，工作环境恶劣，不是楼主开始轻描淡写的样子啊。关键是要选择合适的传感器，数据处理不是问题，让我想想再回复你。

3万 · 2021-4-2 09:23

本帖最后由 tyw 于 2021-4-2 09:57 编辑

测出实时加速度,反馈给阻尼控制系统,调整阻尼,以降低振动,难度在于运动毫无规律,很难进行实时超调控制.
阻尼孔改成电动针阀. 阻尼孔改成中心回流,容易加装电磁针阀.

只看该作者 · 2021-4-2 10:25

本帖最后由 zlf1208 于 2021-4-2 10:56 编辑

lugeyaoxuexi 发表于 2021-4-1 22:42
https://image.baidu.com/search/detail?ct=503316480&z=0&ipn=d&word=粘滞阻尼器

我查了一下，适合你这个项目用的位移传感器有二种：1. 磁致伸缩位移传感器；2. LVDT差动变压器位移传感器。如果要用编码器，则需要自制传动机构。选型的时候要考虑工作温度，防水防尘防冻，非接触测量（免于磨损），建议选进口产品，国内传感器是短板，没有大型专业的公司，可靠性没有保障，用着不放心。

选型过程会比较复杂，需要更厂家做很多的沟通，有不明确不了解的地方也需要咨询厂家的，无法简单做决定。建议优先参考同类的项目。

附件是一个参考的LVDT传感器，不做选型的依据。

只看该作者 · 2021-4-2 14:57

tyw 发表于 2021-4-2 09:23
测出实时加速度,反馈给阻尼控制系统,调整阻尼,以降低振动,难度在于运动毫无规律,很难进行实时超调控制.
阻 ...

结构不能动了

只看该作者 · 2021-4-2 14:57

zlf1208 发表于 2021-4-2 10:25
我查了一下，适合你这个项目用的位移传感器有二种：1. 磁致伸缩位移传感器；2. LVDT差动变压器位移传感器 ...

选型不容易，功耗都挺大的。。。

只看该作者 · 2021-4-2 15:20

弱弱的问一句，，可以用光栅尺么? 可以测mm级别吧。

只看该作者 · 2021-4-2 15:20

本帖最后由伏尔加的鱼于 2021-4-2 15:23 编辑

1、增加机械结构做杠杆增加灵敏度，放大运动行程后用光栅尺或者编码器测量；2、用线性霍尔元件行程不同霍尔与磁铁输出的间隙不同输出信号；3、差动电容传感器；4、差动变压器检测

只看该作者 · 2021-4-2 17:02

haitun1895 发表于 2021-4-2 15:20
弱弱的问一句，，可以用光栅尺么? 可以测mm级别吧。

好像不太合适哦

只看该作者 · 2021-4-2 17:16

伏尔加的鱼发表于 2021-4-2 15:20
1、增加机械结构做杠杆增加灵敏度，放大运动行程后用光栅尺或者编码器测量；2、用线性霍尔元件行程不同霍尔 ...

速度量可以求得吗？不要求很高5%误差

只看该作者 · 2021-4-2 21:12

本帖最后由 zlf1208 于 2021-4-2 22:54 编辑

lugeyaoxuexi 发表于 2021-4-2 17:16
速度量可以求得吗？不要求很高5%误差

14楼提出的方案，我在10楼全部提到了，没有新的内容。

自己再做带运动的机构除了可靠性风险外还需要定期维护，所以肯定是不可取的！多一个零部件就多一个故障源，就多一份失败的风险。

做这种项目，一般都要求一次成功的，不会给你多少验证可靠性的时间的，所以一定要采用成熟可靠的技术方案。可靠性一定是摆在第一位的。

楼主应该不是学机械的，对机械结构可能没什么感觉，干机械这一行，技能全靠时间积累的。如果没有丰富的经验，要把机械传动机构做可靠几乎是不可能的。桥梁的阻尼器属于建筑机械，本身的安装基准精度就很低，要往上面安装一个复杂的机构是不可取的，存在很大的风险，我推荐的LVDT类型的传感器，采用铰接式的结构，能够自动适应很低精度的安装基准，并且无需再做机械结构，免去了任何机械结构可能带来的风险，且终生免维护。

我特意附上为楼主搜索的传感器资料，跟我最初设想的完全一样，资料中明确说明适用于楼主所需的场合，从侧面说明我给的建议是正确的，否则怎么会有这么一个产品呢？又怎么会跟我想得一模一样呢？我工作30多年，研发了10几台运动机械（包括全套控制系统及控制程序，都是我亲手画图设计写软件的），没有一台设备是一次成功的（其他人也一样），后来我把机械设备的研发总结为三部曲：第一步是做原型机，验证原理，这个步骤解决有和没有的问题，第二步处理原型机存在的问题，对原型机进行修改，实际上就是第二次打样，这个步骤解决好和坏的问题，第三部，也就是第三台样机才是初步可以定型的设备，是可靠性尚未验证的机型。机械设备或装置的打样是以月或双月为周期的，有的可能要半年，不像电路板改版，一周就能够完成的。

至于功耗，不清楚为什么是个关键的技术要求，难道这个仪器的可靠性的权重还不如功耗？

研发的过程总结起来说就是选型的过程，选型完成了，方案自然就确定了，选型对于项目的成功是极其关键的。宁可在选型时多花点时间，选型错了，结果也就错了。