基于labview的電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速測(cè)量和調(diào)試系統(tǒng)

基于labview的電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速測(cè)量和調(diào)試系統(tǒng)

0轉(zhuǎn)速測(cè)量方案設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)是指設(shè)備的連續(xù)操作狀態(tài)的重要參數(shù)。它不僅描述了設(shè)備的實(shí)時(shí)操作過程，還詳細(xì)介紹了統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中其他參與者的控制依據(jù)和參考。所以對(duì)轉(zhuǎn)速的測(cè)量方法開展研究,精確地獲取轉(zhuǎn)速信息具有重要的工程意義,也備受國(guó)內(nèi)外同行的關(guān)注本文在分析旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速工作原理和測(cè)量方法的基礎(chǔ)上,結(jié)合虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng),搭建了基于LabVIEW軟件平臺(tái)的轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置?；诿}沖計(jì)數(shù)法和提取單頻信息法兩種轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)方式,設(shè)計(jì)了在實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)光電式和霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器進(jìn)行轉(zhuǎn)速測(cè)量和調(diào)試的平臺(tái)。通過同一軸上兩類傳感器的輸出是否一致來簡(jiǎn)易判別其性能指標(biāo),可以滿足轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試前的調(diào)試目的。1單頻信息轉(zhuǎn)換算法轉(zhuǎn)速測(cè)量原理可分為兩大類轉(zhuǎn)速的測(cè)量方法有很多,主要是對(duì)傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行處理的方法不同,一般有計(jì)數(shù)法(包括硬件和軟件)和提取單頻信息法。硬件計(jì)數(shù)法中最常用的有脈沖計(jì)數(shù)法和測(cè)周期法,即計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)進(jìn)而換算出轉(zhuǎn)速;軟件計(jì)數(shù)法是將原始的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),需要找出過零點(diǎn),最常用的是零點(diǎn)法和插值法;提取單頻信息法則是替代以往的對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)的方法,直接對(duì)傳感器輸出的時(shí)域信號(hào)進(jìn)行頻譜分析求出頻率進(jìn)而換算出轉(zhuǎn)速。2測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)霍爾式和光電式轉(zhuǎn)速傳感器因其性能優(yōu)越、穩(wěn)定性好,目前在測(cè)試中被廣泛使用。本文結(jié)合在轉(zhuǎn)速傳感器調(diào)試中為判斷上述兩種傳感器的性能設(shè)計(jì)了如圖1所示的實(shí)驗(yàn)臺(tái)架,對(duì)應(yīng)的測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。實(shí)驗(yàn)臺(tái)架固定在面板上,電機(jī)可以通過調(diào)速控制器控制開關(guān)和進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)整,電機(jī)的輸出端裝配一圓柱支點(diǎn)梁結(jié)構(gòu)(有機(jī)玻璃材質(zhì)),霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器和光電式轉(zhuǎn)速傳感器通過支架垂直于轉(zhuǎn)速軸固定,前后位置可以通過螺紋或彈片調(diào)整。與傳感器相對(duì)應(yīng)的磁鋼和感應(yīng)標(biāo)簽按照要求粘貼于旋轉(zhuǎn)軸上。測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。硬件系統(tǒng)即將上述實(shí)驗(yàn)臺(tái)架按照要求固定,其中傳感器按照相應(yīng)的供電要求進(jìn)行電源匹配,輸出的信號(hào)接到PXI-62513溫度測(cè)量模塊轉(zhuǎn)速信號(hào)是經(jīng)過傳感器的信號(hào)調(diào)理電路所產(chǎn)生的有規(guī)律脈沖,針對(duì)本文研究的霍爾式和光電式轉(zhuǎn)速傳感器,經(jīng)各自的信號(hào)調(diào)理電路都產(chǎn)生方波信號(hào)。轉(zhuǎn)速測(cè)量的核心就是獲取這些方波信號(hào),經(jīng)由數(shù)據(jù)采集模塊采集,再經(jīng)數(shù)據(jù)處理模塊生成轉(zhuǎn)速結(jié)果。首先選擇合適的物理通道,通過數(shù)據(jù)采集模塊將傳感器所產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行采樣,并以一定形式在界面上顯示出相應(yīng)的波形圖,以判斷輸入信號(hào)的合理性。計(jì)數(shù)器測(cè)量方法是采用在單位時(shí)間內(nèi)的上升沿或下降沿觸發(fā)計(jì)數(shù)的數(shù)值來測(cè)算轉(zhuǎn)速;提取單頻信息法通過設(shè)定一定的采樣率對(duì)通道進(jìn)行電壓脈沖信號(hào)的采集,將其送入數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行分析得出轉(zhuǎn)速。3.1系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的主要功能是數(shù)據(jù)采集并經(jīng)處理實(shí)時(shí)顯示轉(zhuǎn)速信號(hào)的波形與轉(zhuǎn)速值并進(jìn)行相應(yīng)的保存,系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)如圖3所示。根據(jù)系統(tǒng)測(cè)試的要求,將軟件分成采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、顯示模塊、保存模塊等。采集模塊與數(shù)據(jù)采集卡相連,將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中,由數(shù)據(jù)處理模塊完成數(shù)據(jù)計(jì)算,同時(shí)顯示模塊將實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速及信號(hào)波形顯示出來,最后經(jīng)保存模塊將轉(zhuǎn)速信息進(jìn)行保存。3.2計(jì)數(shù)測(cè)量通道轉(zhuǎn)速測(cè)試系統(tǒng)是使用NI-PXI6251數(shù)據(jù)采集卡和LabVIEW軟件實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速信號(hào)的采集、顯示、分析、調(diào)理和存儲(chǔ)等功能。提取單頻信息測(cè)量選用兩個(gè)電壓端口:通道1,68-67(第一個(gè)編號(hào)是信號(hào),第二個(gè)編號(hào)是地線,后面相同);通道2,32-33。計(jì)數(shù)器測(cè)量選用兩個(gè)計(jì)數(shù)器通道:通道1,37-36;通道2,42-44。為了直觀地描述各個(gè)功能模塊的功能和設(shè)計(jì)方法,對(duì)人機(jī)界面進(jìn)行精心設(shè)計(jì)。圖4給出了基于單頻信息法和計(jì)數(shù)器法轉(zhuǎn)速測(cè)量和調(diào)試系統(tǒng)的前面板,包括了硬件和軟件無縫對(duì)接的物理通道,保存數(shù)據(jù)的相對(duì)路徑,轉(zhuǎn)速的實(shí)時(shí)顯示,根據(jù)需要設(shè)計(jì)的采集時(shí)間、保存按鈕以及對(duì)應(yīng)的保存時(shí)間,最終的程序停止按鈕。3.3消費(fèi)數(shù)據(jù)的循環(huán)在軟件平臺(tái)的設(shè)計(jì)上采用LabVIEW中的生產(chǎn)者/消費(fèi)者設(shè)計(jì)模式,該設(shè)計(jì)模式可包括多個(gè)并行循環(huán),每個(gè)循環(huán)以不同的速率執(zhí)行任務(wù),當(dāng)數(shù)據(jù)可用時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。一個(gè)循環(huán)作為生產(chǎn)數(shù)據(jù)的循環(huán),其他循環(huán)作為消費(fèi)數(shù)據(jù)的循環(huán)。生產(chǎn)數(shù)據(jù)的循環(huán)控制所有消費(fèi)數(shù)據(jù)的循環(huán),并且使用通信技術(shù)與它們進(jìn)行通信。即軟件平臺(tái)中的采集模塊完成原始物理信號(hào)進(jìn)入軟件系統(tǒng),處理模塊實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速信號(hào)的計(jì)算,而保存模塊實(shí)現(xiàn)調(diào)試完畢數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)保存,它們相互之間不干擾,根據(jù)需求進(jìn)行各自相應(yīng)的循環(huán)。3.4計(jì)測(cè)試的整體思路和方法利用LabVIEW平臺(tái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)雖然對(duì)象簡(jiǎn)單,但其中蘊(yùn)含的思路和方法是貫穿軟、硬件無縫對(duì)接,成功完成測(cè)試任務(wù)的關(guān)鍵。本設(shè)計(jì)在相應(yīng)模塊設(shè)計(jì)時(shí),重點(diǎn)進(jìn)行了思考和實(shí)現(xiàn)。3.4.1供的16個(gè)電壓通道同步對(duì)物理通道進(jìn)行選擇時(shí),對(duì)于電壓信號(hào)的采集,PXI-6251板卡提供的16個(gè)電壓通道可以實(shí)現(xiàn)同步選擇,見圖4(a)和圖5中的采集模塊;而利用計(jì)數(shù)器通道進(jìn)行計(jì)數(shù)功能時(shí),PXI-6251提供的兩個(gè)計(jì)數(shù)器通道需要分別選擇,見圖4(b)和圖6中的采集模塊。3.4.2轉(zhuǎn)速府法和發(fā)揮器如由于采用了生產(chǎn)/消費(fèi)型的架構(gòu),采集模塊中的信息通過隊(duì)列屬性傳遞至處理模塊,當(dāng)采集模塊正常執(zhí)行后,它們各自的循環(huán)實(shí)現(xiàn)時(shí)互不干擾。根據(jù)提取單頻信息法和計(jì)數(shù)器法進(jìn)行轉(zhuǎn)速換算方法,實(shí)現(xiàn)各自的轉(zhuǎn)速計(jì)算,具體實(shí)現(xiàn)見圖5和圖6中的處理模塊。在實(shí)際測(cè)試過程中為了減少信號(hào)的干擾,在進(jìn)行單頻信息法測(cè)量轉(zhuǎn)速時(shí),對(duì)傳感器的輸出信號(hào)峰峰值進(jìn)行了限定(主要考慮采用的霍爾和光電式轉(zhuǎn)速傳感器的實(shí)際輸出的方波約為5V的電壓量)。而采用計(jì)數(shù)器進(jìn)行轉(zhuǎn)速測(cè)量時(shí),則選用了移位寄存器的功能,簡(jiǎn)單而言,就是程序處理后的計(jì)數(shù)和程序處理前的計(jì)數(shù)之差與對(duì)應(yīng)的時(shí)間之差的比值作為單位時(shí)間的計(jì)數(shù)從而來進(jìn)行轉(zhuǎn)速的換算。3.4.3保存模塊設(shè)計(jì)同樣采用生產(chǎn)/消費(fèi)型架構(gòu)后,當(dāng)前面兩個(gè)模塊正常執(zhí)行后,將需要保存的數(shù)據(jù)通過隊(duì)列屬性傳遞至保存模塊。在設(shè)計(jì)保存模塊時(shí),1對(duì)保存的路徑和文件名進(jìn)行了約定,即和程序在同一個(gè)文件夾下,以excel文件形式進(jìn)行保存;2對(duì)數(shù)據(jù)保存所采集的時(shí)間和保存按鈕啟動(dòng)后的執(zhí)行時(shí)間進(jìn)行了同步設(shè)計(jì),根據(jù)需要完成數(shù)據(jù)的保存,兩種方法采用的思路一致,具體實(shí)現(xiàn)見圖5和圖6中的保存模塊。3.4.4項(xiàng)輔助功能為了隨時(shí)方便檢查編程過程中的問題而設(shè)計(jì)的,這是軟件自帶的一項(xiàng)輔助功能。在此處加上這一模塊主要是為了檢查程序編寫是否有誤,各個(gè)模塊之間數(shù)據(jù)的傳輸是否順暢,各個(gè)模塊的參數(shù)設(shè)置是否合理,這樣就可以通過它來時(shí)刻提醒程序設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的問題。4系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路為了實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速的測(cè)量和在實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)轉(zhuǎn)速傳感器進(jìn)行快捷的調(diào)試和性能判斷,本文設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)速測(cè)量實(shí)驗(yàn)臺(tái)架和調(diào)試系統(tǒng)?；贚abVIEW軟件平臺(tái)和測(cè)試系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路,在對(duì)人機(jī)交互界面和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了重點(diǎn)