某大型減速器運(yùn)行工況及其過渡過程的測試

1、某大型減速器運(yùn)行工況及其過渡過程的測試一、引言在旋轉(zhuǎn)機(jī)械的測試中，除了常見的溫度、壓力信號需 要測試外，轉(zhuǎn)速、扭矩及功率因是衡量不同工況工作的關(guān) 鍵指標(biāo)，也占據(jù)著重要地位，有時(shí)為了潤滑、冷卻的需要, 流量參數(shù)的測試也會受到關(guān)注。這樣一來，需測試的通道 數(shù)不僅增多，而且信號的種類也趨多樣化，從而使整個(gè)測 試系統(tǒng)的構(gòu)建亦變得復(fù)雜起來。本文介紹的某大型減速器 的測試，正是這類測試中極具代表性的一個(gè)，它除了要實(shí) 現(xiàn)不同工況下的監(jiān)測外，還要完成從一個(gè)工況過渡到另一 個(gè)工況（即：過渡過程）的測試，后者對大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的 出廠實(shí)驗(yàn)是非常重要的。二、測試方案當(dāng)被測通道信號頻率較高時(shí)，通常用測頻法，其原理如圖1所

2、示，圖2示岀了測頻工作波形。圖1中時(shí)基電路 產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)基信號2,經(jīng)過門控電路后轉(zhuǎn)化為門控信號3,該門控信號在t1時(shí)間內(nèi)開通閘門，使加在閘門輸入端的被 測信號fx即1 （通常整形為方波）通過閘門，得到被計(jì)數(shù) 的方波4,進(jìn)而送到計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)；門控信號3在t2時(shí) 間內(nèi)則會關(guān)閉閘門，禁止被測信號1通過閘門，從而禁止計(jì)數(shù)，同時(shí)計(jì)算機(jī)或微處理器則可利用該時(shí)間t2從計(jì)數(shù)器 中取出所計(jì)的脈沖個(gè)數(shù)nf,并作相關(guān)操作，為下一次計(jì)數(shù) 做好準(zhǔn)備；當(dāng)已知時(shí)間t1及所計(jì)的脈沖個(gè)數(shù)nf時(shí)，可由 式fx=nf/tl算得被測信號的頻率。當(dāng)t 1 一定時(shí)，若被測 信號fx逐漸變小，nf的值也會隨之減小，則采用測頻法引 起的&

3、#177;1誤差就會越來越大，當(dāng)f x低于一定值時(shí)，±1誤 差可能會大得不能容忍，這時(shí)則應(yīng)選用測周法1。測周原理方框圖如圖3所示，圖4示岀了測周工作波 形示意圖。因待測信號tx （即波形2）的占空比不一定相等, 故在門控電路中用二分頻電路盡可能地將其轉(zhuǎn)換為等占空 比的方波3,然后去控制閘門，當(dāng)閘門開通時(shí)，經(jīng)分頻器得 到的時(shí)標(biāo)脈沖1 （設(shè)其周期為ts）則會通過閘門，得到波形4,并送至計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，如計(jì)數(shù)值為nt,則tx二nt*ts,從而可計(jì)算出待測信號頻率f x二1/tx；因?yàn)榇郎y信號頻率fx較小，故tx較大，而時(shí)標(biāo)脈沖1的頻率可以 很高，所以nt的值可以很大，即可使±1誤

4、差減小，這樣 就提高了待測信號的測量精度。三、并行、多通道頻率信號測試的設(shè)計(jì)思想基于上述測頻、測周原理，我們提出了一種并行、多 通道頻率信號的測試方法，其設(shè)計(jì)思想為：在時(shí)間t內(nèi)， 無論是測頻通道，還是測周通道，均要進(jìn)行一次完整而有 效的計(jì)數(shù)，并且將各通道計(jì)數(shù)結(jié)果用中斷的方式快速地取 出。其工作波形如圖5所示，為了討論簡單且不失一般性, 圖中只給出了兩路并行輸入的頻率信號，其中一路被測信 號fx h的頻率較高，用測頻法；另一路txl頻率較低（圖 5中txl為被測信號二分頻后的波形，以使其占空比盡量相 等），考慮用測周法。時(shí)間t為每次測點(diǎn)的間隔，它決定了 采樣率，t1為實(shí)際允許計(jì)數(shù)的時(shí)間限，t2為

5、cp u中斷讀取 各通道計(jì)數(shù)值及進(jìn)行相關(guān)操作的時(shí)間。因測頻、測周的門 控信號互不相同，為實(shí)現(xiàn)上述設(shè)計(jì)思想，其關(guān)鍵在于各自 門控信號的設(shè)計(jì)。相比較而言，測頻通道門控信號的設(shè)計(jì)較簡單，可直 接用時(shí)標(biāo)波形tc來合成，使其在t1時(shí)間內(nèi)開通計(jì)數(shù)，在 t2時(shí)間內(nèi)引發(fā)cpu中斷，以讀取所有通道計(jì)數(shù)值，并進(jìn)行 相關(guān)操作以準(zhǔn)備下一次計(jì)數(shù)；很顯然，若采樣率一定，即 測點(diǎn)的時(shí)間間隔t 一定時(shí)，為了提高測頻精度，應(yīng)盡量增 加t1時(shí)間，減少t 2時(shí)間，但t2最小不能小于cpu執(zhí)行中 斷程序所需的時(shí)間；因時(shí)標(biāo)波形tc可由標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間脈沖tclk 經(jīng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器8254分頻得到，所以t2正好為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間脈 沖信號tc lk的一個(gè)

6、時(shí)鐘周期，故調(diào)整tclk的頻率，即可 改變t2的值。對于測周通道，要在每次間隔時(shí)間t內(nèi)也完成一次采 集，必需在時(shí)標(biāo)波形tc的t1時(shí)間內(nèi)，對測周通道進(jìn)行一 次完整而有效的計(jì)數(shù)，以便在t2時(shí)間內(nèi)，計(jì)算機(jī)能讀取其 計(jì)數(shù)值，并為下一時(shí)間t內(nèi)的采集做好準(zhǔn)備。因?yàn)閠xl在 t1時(shí)間內(nèi)可能有一個(gè)或多個(gè)完整的t x （txl為被測信號二 分頻后的波形，即t x實(shí)際為被測信號的周期）到來，且 tx到來具體個(gè)數(shù)是不可預(yù)知的，所以不能直接用tx l來合 成測周通道的門控信號。為了保證測周通道計(jì)數(shù)的有效性, 其門控信號應(yīng)滿足如下條件：即在t1時(shí)間內(nèi)，無論被測信 號txl來了多少個(gè)tx （但至少有一個(gè)完整的tx）,應(yīng)僅

7、僅 只在一個(gè)完整的tx時(shí)間內(nèi)進(jìn)行計(jì)數(shù)。四、應(yīng)用舉例根據(jù)上述思想，并針對某大型減速器的性能測試要求,我們設(shè)計(jì)了一基于isa總線的八通道、并行頻率信號采集 卡，以組成并行、多通道頻率信號測試系統(tǒng)，該測試系統(tǒng) 要求能進(jìn)行過渡過程測試和穩(wěn)態(tài)監(jiān)測，其測試精度要求 為。其中采集卡上設(shè)計(jì)有兩路測頻通道，兩路測周通道， 另有四路同時(shí)測頻、測周通道，用以分別測兩路扭矩、兩 路流量及四路轉(zhuǎn)速信號。經(jīng)綜合考慮，兩路測周通道時(shí)標(biāo) 脈沖ts取為2 50khzo四路轉(zhuǎn)速測周時(shí)的時(shí)標(biāo)脈沖ts取為。 因現(xiàn)場條件惡劣，干擾大，所用傳感器均為頻率輸出型傳 感器，其分別為：1）、測輸入轉(zhuǎn)速、扭矩選用的是：jn338系列轉(zhuǎn)矩傳 感器

8、，它能同時(shí)輸出轉(zhuǎn)速、扭矩信號，其中轉(zhuǎn)速信號為50 hz的脈沖方波，扭矩信號為5khz1 5khz的脈沖方波。2）、測流量選用的是：lwgy型渦輪流量傳感器，其輸 出信號頻率為40itz4 50hzo3）、測輸出轉(zhuǎn)速選用的是：szmb型轉(zhuǎn)速傳感器，其輸 出信號頻率為5 ohz5khz。在進(jìn)行過渡過程測試時(shí)，其采樣率要求每秒8點(diǎn)，即要 求采樣間隔t為，因計(jì)算機(jī)讀取各通道計(jì)數(shù)值及作相關(guān)操作 還需一定時(shí)間t2 （參考圖二），若分配給t21ms（實(shí)際測得只 需約70 ps）的時(shí)間，則t1只有，為此我們可以在保證其測 量精度%的前提下（即計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值n不小于500）,得出 各通道的測量范圍：入、兩路測頻

9、信號（即扭矩）的測試范 圍為：；a、兩路測周信號（即流量）的測試范圍為：25 hz500iiz； a、四路測頻、測周（即轉(zhuǎn)速信號）的測試范圍 為：39hz。對于穩(wěn)態(tài)測試而言，要求每5分鐘記錄一次數(shù)據(jù)，為 此我們實(shí)際采樣率設(shè)為每4秒測一點(diǎn)，這樣在5分鐘內(nèi)可 釆樣75點(diǎn)，然后取其平均值作為一次記錄數(shù)據(jù)。此時(shí)，t 為4s, t2仍取ims,則t1為，同理可計(jì)算出穩(wěn)態(tài)測試時(shí)各 通道的測量范圍：a、兩路測頻通道（扭矩）的測試范圍為： 126hz； a、兩路測周通道（流量）的測試范圍為：500 hz； a、四路測頻、測周通道（轉(zhuǎn)速信號）的測試范圍為：39hz o現(xiàn)在該測試系統(tǒng)已投入正常運(yùn)行，測試精度完全達(dá)

10、到 了預(yù)期的要求。五、結(jié)語本文所介紹的并行、多通道頻率信號測試方法，明顯 具以下優(yōu)點(diǎn)：1、不僅能進(jìn)行并行、多通道頻率信號測試，且僅只占 用一個(gè)系統(tǒng)中斷資源。文獻(xiàn)2 為了實(shí)現(xiàn)雙通道的測試，每 通道就占用了一個(gè)中斷，這在通道數(shù)少的情況下是可行的, 如果通道數(shù)較多，由于系統(tǒng)可用中斷資源有限，這顯然是 行不通的。此外，因本文設(shè)計(jì)的多通道采樣是由硬件電路 通過時(shí)標(biāo)tc統(tǒng)一來控制（見圖5）的，在時(shí)間上為等間隔 采樣，所以可不用作任何數(shù)學(xué)處理，即可將多通道的測試 數(shù)據(jù)同時(shí)顯示在一個(gè)時(shí)域窗內(nèi)，以便于分析、比較各通之 間的相互關(guān)系。2、測試范圍顯著增大。雖然變m法3能拓寬測頻范 圍，但其拓寬的僅是高頻端，因它實(shí)質(zhì)上