基于labview的电机旋转轴转速测量和调试系统.docx

基于labview的电机旋转轴转速测量和调试系统 0 转速测量方案设计 旋转轴的旋转是指设备的连续操作状态的重要参数。它不仅描述了设备的实时操作过程，还详细介绍了统计数据中其他参与者的控制依据和参考。所以对转速的测量方法开展研究,精确地获取转速信息具有重要的工程意义,也备受国内外同行的关注 本文在分析旋转轴转速工作原理和测量方法的基础上,结合虚拟仪器测试系统,搭建了基于Lab VIEW软件平台的转速测量装置。基于脉冲计数法和提取单频信息法两种转速实现方式,设计了在实验室条件下对光电式和霍尔式转速传感器进行转速测量和调试的平台。通过同一轴上两类传感器的输出是否一致来简易判别其性能指标,可以满足转速测量模块在现场测试前的调试目的。 1 单频信息转换算法 转速测量原理可分为两大类 转速的测量方法有很多,主要是对传感器的输出信号进行处理的方法不同,一般有计数法( 包括硬件和软件) 和提取单频信息法。硬件计数法中最常用的有脉冲计数法和测周期法,即计算单位时间内的脉冲数进而换算出转速; 软件计数法是将原始的模拟信号转换为数字信号,需要找出过零点,最常用的是零点法和插值法; 提取单频信息法则是替代以往的对脉冲进行计数的方法,直接对传感器输出的时域信号进行频谱分析求出频率进而换算出转速。 2 测试系统架构 霍尔式和光电式转速传感器因其性能优越、稳定性好,目前在测试中被广泛使用。本文结合在转速传感器调试中为判断上述两种传感器的性能设计了如图1所示的实验台架,对应的测试系统架构如图2所示。 实验台架固定在面板上,电机可以通过调速控制器控制开关和进行转速调整,电机的输出端装配一圆柱支点梁结构( 有机玻璃材质) ,霍尔式转速传感器和光电式转速传感器通过支架垂直于转速轴固定,前后位置可以通过螺纹或弹片调整。与传感器相对应的磁钢和感应标签按照要求粘贴于旋转轴上。 测试系统架构由硬件系统和软件系统组成。硬件系统即将上述实验台架按照要求固定,其中传感器按照相应的供电要求进行电源匹配,输出的信号接到PXI-6251 3 温度测量模块 转速信号是经过传感器的信号调理电路所产生的有规律脉冲,针对本文研究的霍尔式和光电式转速传感器,经各自的信号调理电路都产生方波信号。转速测量的核心就是获取这些方波信号,经由数据采集模块采集,再经数据处理模块生成转速结果。 首先选择合适的物理通道,通过数据采集模块将传感器所产生的脉冲进行采样,并以一定形式在界面上显示出相应的波形图,以判断输入信号的合理性。计数器测量方法是采用在单位时间内的上升沿或下降沿触发计数的数值来测算转速; 提取单频信息法通过设定一定的采样率对通道进行电压脉冲信号的采集,将其送入数据处理模块进行分析得出转速。 3.1 系统的总体设计 转速测量系统的主要功能是数据采集并经处理实时显示转速信号的波形与转速值并进行相应的保存,系统的总体设计如图3所示。根据系统测试的要求,将软件分成采集模块、数据处理模块、显示模块、保存模块等。采集模块与数据采集卡相连,将数据存储到计算机中,由数据处理模块完成数据计算,同时显示模块将实时转速及信号波形显示出来,最后经保存模块将转速信息进行保存。 3.2 计数测量通道 转速测试系统是使用NI-PXI 6251数据采集卡和Lab VIEW软件实现旋转轴转速信号的采集、显示、分析、调理和存储等功能。提取单频信息测量选用两个电压端口: 通道1,68-67( 第一个编号是信号,第二个编号是地线,后面相同) ; 通道2,32-33。计数器测量选用两个计数器通道: 通道1,37-36; 通道2,42-44。 为了直观地描述各个功能模块的功能和设计方法,对人机界面进行精心设计。图4给出了基于单频信息法和计数器法转速测量和调试系统的前面板,包括了硬件和软件无缝对接的物理通道,保存数据的相对路径,转速的实时显示,根据需要设计的采集时间、保存按钮以及对应的保存时间,最终的程序停止按钮。 3.3 消费数据的循环 在软件平台的设计上采用Lab VIEW中的生产者/消费者设计模式,该设计模式可包括多个并行循环,每个循环以不同的速率执行任务,当数据可用时对数据进行分析。一个循环作为生产数据的循环,其他循环作为消费数据的循环。生产数据的循环控制所有消费数据的循环,并且使用通信技术与它们进行通信。即软件平台中的采集模块完成原始物理信号进入软件系统,处理模块实现转速信号的计算,而保存模块实现调试完毕数据的实时保存,它们相互之间不干扰,根据需求进行各自相应的循环。 3.4 计测试的整体思路和方法 利用Lab VIEW平台实现转速测量系统的设计虽然对象简单,但其中蕴含的思路和方法是贯穿软、硬件无缝对接,成功完成测试任务的关键。本设计在相应模块设计时,重点进行了思考和实现。 3.4.1 供的16个电压通道同步 对物理通道进行选