一种线性斯特林制冷机动态位移的测量系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种线性斯特林制冷机动态位移的测量系统，包括激光位移传感器和激光窗口，所述激光窗口密封设置在制冷机外壳端部正对压缩活塞与膨胀机推移活塞端面的位置，所述的激光位移传感器的激光光路通过激光窗口照射到压缩活塞与膨胀机推移活塞的端面上；所述的激光位移传感器通过数据线与数据采集分析模块相连；本测量系统还包括工作台。本实用新型专利技术的测量系统易安装，只需要一个工作台即可，而不需要专门的安装空间；可实现线性斯特林制冷机压缩机活塞、膨胀机推移活塞位移的在线非接触性测量，为斯特林制冷机的性能试验研究提供可靠的数据，缩短斯特林制冷机的研发周期。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及制冷机动态位移测量技术，具体涉及一种将激光测距原理应用于线性斯特林制冷机动态位移的测量系统。
技术介绍
斯特林制冷机是一种致冷温度可在120K以下的小型深低温设备，具有结构紧凑、工作温度范围宽、起动快、效率高、操作简便、可靠耐用等优点，适用于制冷量小的场合，它能使常温气体直接液化，也可作为红外探测器、电子器件、超导器件的低温冷源。现被广泛地应用于小型空气分离设备、深低温冰箱，以及航天、超导、红外线探测和低温电子学等领域，在导弹制导、红外前视和夜视、热像仪等军事和民用装备上发挥了重要的作用。斯特林制冷机是以氦气为工质，在封闭系统中应用回热原理实现气体制冷机循环以获得低温和冷量的机械。其发展经历了旋转压缩机与机动膨胀机到旋转压缩机与气动膨胀机再到线性压缩机与气动膨胀机的发展历程。线性斯特林制冷机是由线性压缩机驱动的斯特林制冷机，压缩活塞往复运动产生交变压力波，交变压力波驱动膨胀机推移活塞往复运动实现制冷效果，减少振动而提高了压缩机的寿命。通过了解压缩机压缩活塞与膨胀机推移活塞的位移大小及相位差，是实验分析斯特林制冷机内部物理过程变化规律的重要内容，因此，对直线压缩机压缩活塞位移和膨胀机推移活塞位移的测量是斯特林制冷机性能测试中的关键部分之一。目前，国内外常用的位移信号电测方法有I)电感式线性差动变压器，但其占用空间大，技术复杂，成本高。2)电容式传感器电容式传感器是将被测非电量的变化转换为电容量变化的一种传感器，但需要安装空间，专门设计。3)采用应变片，测量柔性弹簧应变，通过对应变片位移标定的关系测量位移。但这种方法属于接触式测量方法，需要将应变片用胶水粘接在变形的弹簧上，采用镍铬铝丝引线将电信号传出，安装不方便，由于斯特林制冷机是一个内部充满高压氦气的封闭空间，该方法很难实现斯特林制冷机的在线测量。
技术实现思路
针对现有位移测量方法应用于斯特林制冷机活塞动态位移测量存在的问题，本技术提供了一种基于激光测距原理的动态位移在线非接触式测量系统。为了达到上述目的，本技术的技术方案提供一种线性斯特林制冷机动态位移的测量系统，该系统包括激光位移传感器和激光窗口，所述激光窗口密封设置在制冷机外壳端部的正对压缩活塞与膨胀机推移活塞端面位置，所述的激光位移传感器的激光光路通过激光窗口照射到压缩活塞与膨胀机推移活塞的端面上；所述的激光位移传感器通过数据线与数据采集分析模块相连。压缩活塞与膨胀机推移活塞的移动情况通过激光光路返回激光位移传感器，再传到数据采集分析模块，进行数据采集并进行分析，得出线性斯特林制冷机动态位移的关键数据，从而了解斯特林制冷机内部物理过程变化规律，更好地提高制冷机的制冷性能。为了使采集的数据准确，所述的激光窗口采用蓝宝石片作为透光片，若被测制冷机的激光窗口为￠4 mm，则采用Cj512X2. 5 mm的蓝宝石片来进行密封。因为制冷机是以氦气为工质，在封闭系统中应用回热原理实现气体制冷机循环以获得低温和冷量的机械，其内部会有很大的气体压力，所以密封激光窗口的蓝宝石片必须牢固密封在制冷机外壳端部，所述的蓝宝石片是通过0型橡胶密封圈进行密封，并用螺钉固定在法兰上，金属法兰通过螺钉与制冷机外壳进行紧固，这样激光窗口可承受的气压达到2. 7MPa，实现对制冷机工质氦气的密封。为了满足斯特林制冷机位移测量精度要求和频率范围要求，所述的激光位移传感器的测量精度为0. 1mm、采样频率不小于2500Hz。所述的数据采集分析模块与电气控制柜、电脑连接，分析出的数据在电脑上显示， 供研究人员使用。本测量系统还包括工作台，所述的工作台台面上设有激光位移传感器夹具与被测工件定位V型夹具，所述的激光位移传感器夹具与被测工件定位V型夹具能进行X轴、Y轴、Z轴三维调整。工作台可以进行水平校正，工作台材料为铸铁，正面镶嵌不锈钢；位移传感器夹具、被测工件定位V型夹具可进行X轴、Y轴、Z轴三维调整，满足不同直径的被测物的固定要求。本技术系统中的激光位移传感器的激光光路通过该激光窗口照射到压缩活塞与膨胀机推移活塞的移动端面上，压缩活塞与膨胀机推移活塞的移动情况通过激光光路返回激光位移传感器，再传到数据采集分析模块，进行数据采集并进行分析，分析结果显示在电脑上，得出线性斯特林制冷机动态位移的关键数据，从而实现斯特林制冷机活塞位移的在线非接触式测量。本技术的有益效果I、本测量系统只需要一个工作台面即可，而不需要专门的安装空间；2、本测量系统检测方法简单；3、实现了线性斯特林制冷机压缩机活塞、膨胀机推移活塞位移的在线非接触测量，为斯特林制冷机的性能试验研究提供可靠的数据，缩短斯特林制冷机的研发周期。以下结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。图I是本技术测量系统示意图；图2为本技术测量系统的激光窗口结构图。图中，I-压缩活塞，2-激光窗口，3a、第一激光光路，3b、第二激光光路，3c、第三激光光路，4a、第一激光位移传感器，4b、第二激光位移传感器，4c、第三激光位移传感器，4-激光位移传感器，5-膨胀机推移活塞，6-数据采集分析模块，7-蓝宝石片，8-0型橡胶密封圈，9-螺钉，10-法兰。具体实施方式图I所示的是本技术测量系统示意图，一种线性斯特林制冷机动态位移的测量系统，包括激光位移传感器与激光窗口 2,激光窗口 2有三个,分别为密封设置在制冷机外壳端部的正对压缩活塞I两端位置的第一激光窗口 2a、第二激光窗口 2b与膨胀机推移活塞5—端面位置的第三激光窗口 2c，激光窗口均是采用蓝宝石片作为透光片。蓝宝石片通过0型橡胶密封圈进行密封，并用螺钉固定在法兰上，金属法兰通过螺钉与制冷机外壳进行紧固，这样激光窗口可承受的气压达到2. 7MPa，实现对制冷机工质氦气的密封。激光位移传感器有三个，第一激光位移传感器4a、第二激光位移传感器4b和第三激光位移传感器4c，分别设在与第一激光窗口 2a、第二激光窗口 2b和第三激光窗口 2c相对应的位置，其第一激光光路3a、第二激光光路3b和第三激光光路3c分别通过各自激光窗口照射到压缩活塞I的两端面及膨胀机推移活塞5的端面上；各激光位移传感器通过数据线与数据采集分析模块6相连，数据采集分析模块6与电气控制柜、电脑连接。压缩活塞与膨胀机推移活塞的移动情况通过激光光路返回激光位移传感器，再传到数据采集分析模块，进行数据采集并进行分析，分析出的数据在电脑上显示出来供研究 人员研究使用，其中激光位移传感器的测量精度为0. 1mm、采样频率不小于2500Hz。图2是本技术测量系统的激光窗口结构示意图，激光窗口 2是由蓝宝石片7通过0型橡胶密封圈8进行密封，并用螺钉9固定在法兰10上，金属法兰10通过螺钉与制冷机外壳进行紧固，激光窗口小4臟，蓝宝石片的为(M2X2. 5mm。密封压力可达到2. 7MPa，实现对制冷机工质氦气的密封。本技术中，激光窗口是由蓝宝石片通过0型橡胶密封圈进行密封，并用螺钉固定在法兰上的，激光窗口可设计成斯特林制冷机中压缩机与膨胀机的端盖形式，进行动态位移测量时，将斯特林制冷机中压缩机与膨胀机的原有端盖取下，换上激光窗口端盖，用螺钉与制冷机固定，充上工质氦气后再进行在线测量。本测量系统还包括工作台，所述的工作台台面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种线性斯特林制冷机动态位移的测量系统，其特征在于：该系统包括激光位移传感器和激光窗口，所述激光窗口密封设置在制冷机外壳端部正对压缩活塞与膨胀机推移活塞端面的位置，所述的激光位移传感器的激光光路通过激光窗口照射到压缩活塞与膨胀机推移活塞的端面上；所述的激光位移传感器通过数据线与数据采集分析模块相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陆永达，朱魁章，杨坤，高瑶，周一帆，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十六研究所，
类型：实用新型
国别省市：