調(diào)整扭矩測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

1、嘉嘉 興興 南南 洋洋 職職 業(yè)業(yè) 技技 術(shù)術(shù) 學(xué)學(xué) 院院畢畢 業(yè)業(yè) 論論 文（設(shè)文（設(shè) 計(jì)）計(jì)） 論文題目論文題目 調(diào)整扭矩測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)調(diào)整扭矩測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系系 部部 機(jī)械系機(jī)械系 學(xué)生姓名學(xué)生姓名 鄭紫洪鄭紫洪 專業(yè)名稱專業(yè)名稱 機(jī)械制造與自動(dòng)化機(jī)械制造與自動(dòng)化 班級(jí)班級(jí)/ /學(xué)號(hào)學(xué)號(hào) 06314/063112506314/0631125 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 楊際勝楊際勝 嘉興南洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院教務(wù)處印制嘉興南洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院教務(wù)處印制調(diào)整扭矩測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)調(diào)整扭矩測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)【摘 要】扭矩測(cè)量技術(shù)是綜合應(yīng)用機(jī)械、電子、物理、計(jì)算機(jī)等多方面知識(shí)的一門學(xué)科。扭矩測(cè)量?jī)x的研制和生產(chǎn)情況，代表一個(gè)國(guó)家

2、的基礎(chǔ)工業(yè)和現(xiàn)代科學(xué)研究的水平.現(xiàn)在使用最為普遍的是電阻應(yīng)變式扭矩儀和磁電式扭矩儀。磁電式扭矩儀使用時(shí)，必須斷開軸系，使傳感器介入整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)中，作為整個(gè)軸系的一個(gè)部分。另外扭矩儀的傳感器的安裝必須嚴(yán)格對(duì)中，使軸系的中心和傳感器彈性軸中心線重合，否則將使傳感器彈性軸發(fā)生彎曲，產(chǎn)生附加誤差。這些都給實(shí)際工況測(cè)量扭矩帶來很大不便，所以我們選擇了在 labview 下的測(cè)試平臺(tái),該平臺(tái)采用了虛擬儀器的思想，實(shí)現(xiàn)了對(duì)扭矩傳感器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的測(cè)試，縮短了開發(fā)周期。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)信號(hào)的采集與分析?！娟P(guān)鍵詞】 LabVIEW 扭矩測(cè)量 傳感器 信號(hào)采集 信號(hào)分析目目 錄錄前 言 .11 扭矩測(cè)量?jī)x的認(rèn)識(shí) .21

3、.1 扭矩測(cè)量?jī)x的概念 .21.2 扭矩測(cè)量技術(shù)的發(fā)展方向.21。3 國(guó)內(nèi)外扭矩測(cè)量?jī)x的現(xiàn)況簡(jiǎn)介 .31。3。1 國(guó)外扭矩測(cè)量?jī)x現(xiàn)狀.31。3。2 國(guó)內(nèi)扭矩測(cè)量?jī)x的發(fā)展.42 調(diào)整扭矩測(cè)試系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì) .52.1 總體方案設(shè)計(jì).52.2 電機(jī)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的測(cè)量方法 .62。2。1 電機(jī)轉(zhuǎn)矩的測(cè)量方法.62。2.2 轉(zhuǎn)速測(cè)量原理.72.3 測(cè)試系統(tǒng)所選用的儀器選擇 .72.3。1 扭矩傳感器的選擇.72.3。2 電機(jī)的選擇.93 扭矩測(cè)量試驗(yàn)臺(tái)硬件設(shè)計(jì) .93.1 試驗(yàn)臺(tái)的硬件組成 .103.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) .113.3 主控制器單元 .113.4 電機(jī)控制單元 .123.5 傳感器模塊單元

4、.133。6 數(shù)據(jù)采集 .143。7 測(cè)試系統(tǒng)編程軟件的選用 .164 試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試軟件設(shè)計(jì) .164。1 軟件設(shè)計(jì)的構(gòu)思 .164.2 軟件設(shè)計(jì)語(yǔ)言的選擇 .174。3 軟件功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).184.3.1 數(shù)據(jù)采集模塊.184.3.2 參數(shù)測(cè)量模塊.204。3.3 參數(shù)打印.224.3。4 參數(shù)保存及讀取.255 檢測(cè)結(jié)果的分析 .265.1 波形顯示調(diào)試 .265。2 數(shù)據(jù)處理調(diào)試 .276 總 結(jié) .28致 謝 .29參考文獻(xiàn) .30前前 言言汽車是現(xiàn)代社會(huì)的標(biāo)志之一,是現(xiàn)代人生活中的一部分，給人們帶來極大方便的同時(shí),交通事故也造成大量的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失.據(jù)統(tǒng)計(jì),自從汽車誕生以來，交通事故

5、造成的人員死亡數(shù)量比兩次世界大戰(zhàn)造成的人員死亡數(shù)量還多很多，因此，汽車使用時(shí)的安全性一直是人們最關(guān)心的問題之一.汽車在制動(dòng)時(shí)發(fā)生側(cè)滑、跑偏和失去方向感是造成交通事故的主要原因之一，對(duì) S 凸輪鼓式制動(dòng)器而言，如果汽車每個(gè)車輪的制動(dòng)間隙不一樣,在緊急制動(dòng)時(shí)，各車輪抱死的時(shí)間順序就會(huì)發(fā)生變化,同一時(shí)刻各車輪上的制動(dòng)力就不相同，從汽車?yán)碚撐覀冎?，在這種情況下汽車就會(huì)產(chǎn)生制動(dòng)側(cè)滑、跑偏和失去方向感等現(xiàn)象,造成交通事故.為解決這個(gè)問題，在高檔、豪華的汽車上裝ABS、EBS 系統(tǒng),但成本高昂。而目前 S 凸輪鼓式制動(dòng)器在行業(yè)內(nèi)有著廣泛的使用，怎樣穩(wěn)定地保持制動(dòng)摩擦襯片和制動(dòng)鼓間隙值恒定是汽車設(shè)計(jì)和制造所

6、關(guān)心的問題,制動(dòng)間隙調(diào)整臂就是專為解決這個(gè)問題而設(shè)計(jì)的零部件總成。在早期，汽車的行駛速度不高以及受當(dāng)時(shí)技術(shù)條件的限制，普遍使用的是手動(dòng)調(diào)整臂，其蝸桿蝸輪式手動(dòng)調(diào)節(jié)制動(dòng)間隙的調(diào)整機(jī)構(gòu)由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、可靠直到現(xiàn)在還在廣泛使用.在早期,汽車的行駛速度不高以及受當(dāng)時(shí)技術(shù)條件的限制,普遍使用的是手動(dòng)調(diào)整臂，其蝸桿蝸輪式手動(dòng)調(diào)節(jié)制動(dòng)間隙的調(diào)整機(jī)構(gòu)由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、可靠直到現(xiàn)在還在廣泛使用.隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，道路交通條件的改善，汽車的載重量和行駛速度與早期相比已經(jīng)有很大的提高，用戶對(duì)汽車制動(dòng)性能的要求也越來越高,而汽車法規(guī)(我國(guó) GB12676 一 1999 要求對(duì)行車制動(dòng)器的磨損應(yīng)能自動(dòng)完成補(bǔ)

7、償，除 N：和 N:，類非公路車輛的制動(dòng)器以及 M.和 NI 類車輛的后制動(dòng)器外,并且在標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布 4 年后實(shí)施）也對(duì)制動(dòng)器的性能提出了更高的要求，這樣手動(dòng)的結(jié)構(gòu)就不能滿足要求了,它明顯存在著以下問題:1 不能進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，不符合法規(guī)的要求；2 在使用周期內(nèi)要進(jìn)行多次手動(dòng)調(diào)整，給使用者帶來諸多不便；3 由于手動(dòng)調(diào)節(jié)其主觀隨意性非常大，而且因人而異，不能確保制動(dòng)間隙準(zhǔn)確地達(dá)到技術(shù)要求；4 由于手動(dòng)調(diào)節(jié)，要保持左右制動(dòng)間隙一致是非常困難的,而且由于使用過程中左右制動(dòng)器襯片磨損的不同步，要始終保持左右制動(dòng)器制動(dòng)間隙一致也是困難的，因此在制動(dòng)時(shí)易引起側(cè)滑、跑偏，使汽車制動(dòng)性能變壞，引發(fā)交通事故.隨著現(xiàn)代

8、化工業(yè)的發(fā)展，越來越多的新型電機(jī)不斷研制出來。轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速是電機(jī)最重要的兩個(gè)參數(shù)，要合理地選用電機(jī)，必須要準(zhǔn)確地對(duì)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量。在以往的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速測(cè)量中，通常將電機(jī)與傳感器和負(fù)載直接連接起來，這種方法構(gòu)成的電機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn),但如果測(cè)量各種大轉(zhuǎn)矩電機(jī)，需要加大負(fù)載，將導(dǎo)致測(cè)量?jī)x體積和重量增加,且受旋轉(zhuǎn)軸固有頻率的影響，不適合于測(cè)量高速電機(jī).針對(duì)用戶提出的要求,被測(cè)電機(jī)多為航空設(shè)備，轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩較高,同時(shí)測(cè)量?jī)x需適宜外場(chǎng)作業(yè),因而測(cè)量?jī)x的體積、重量受到嚴(yán)格的限制。為此改變以往用轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大的旋轉(zhuǎn)體作為負(fù)載的方法，采用磁粉制動(dòng)器作為負(fù)載,有效地減小了體積和重量。但是磁

9、粉制動(dòng)器有極限轉(zhuǎn)速，當(dāng)被測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，必須通過減速器對(duì)待測(cè)速率進(jìn)行減速,所以采用兩級(jí)減速器進(jìn)行減速。這種機(jī)械結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)測(cè)量穩(wěn)定性帶來一定的影響，傳動(dòng)軸受減速器齒輪嚙合力作用產(chǎn)生的彎矩和結(jié)構(gòu)諧振對(duì)測(cè)量的影響最大。1 1 扭矩測(cè)量?jī)x的認(rèn)識(shí)扭矩測(cè)量?jī)x的認(rèn)識(shí)1 1。1 1 扭矩測(cè)量?jī)x的概念扭矩測(cè)量?jī)x的概念扭矩儀是采用微電腦技術(shù)設(shè)計(jì)的一種具有一定智能的測(cè)定各種動(dòng)力機(jī)械和動(dòng)力傳輸機(jī)械的扭矩、轉(zhuǎn)速和功率的高精度電子儀器。它能與各種量程的磁電式相位差型扭矩傳感器配套使用,測(cè)量各種發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、液壓泵、水泵、變扭器、偶合器、齒輪箱等機(jī)械的扭矩、轉(zhuǎn)速和功率.它可以極其廣泛地用于各種動(dòng)力機(jī)械及其傳輸

10、機(jī)械的研究、設(shè)計(jì)、制造及維修行業(yè)。1.21.2 扭矩測(cè)量技術(shù)的發(fā)展方向扭矩測(cè)量技術(shù)的發(fā)展方向扭矩測(cè)量技術(shù)的發(fā)展取決于傳感器、信號(hào)傳輸和測(cè)量?jī)x的研究。目前,由于微機(jī)的應(yīng)用，扭矩測(cè)量?jī)x性能大大提高，而傳感器的研究與測(cè)量?jī)x相比稍有遜色.因此必須加強(qiáng)傳感器的研究,這就要從傳感器種類、精度、規(guī)格、安裝、信號(hào)傳遞等方面加以研究。目前傳感器主要發(fā)展動(dòng)向?yàn)椋?） 傳感器從介入式發(fā)展成不介入式。以往扭矩傳感器大部分屬于介入式，即必須作為傳動(dòng)軸一部分才能使用，這樣限制了它的應(yīng)用范圍,一般用于實(shí)驗(yàn)室、臺(tái)架測(cè)量?，F(xiàn)在逐漸推廣的卡環(huán)式應(yīng)變型扭矩傳感器，即為不介入式扭矩傳感器，只要將傳感器卡在軸上或安裝在軸邊,無(wú)須斷開軸

11、系，這樣給實(shí)際工況測(cè)量扭矩帶來很大的方便。再如振弦式傳感器、磁彈性傳感器都屬于不介入式扭矩傳感器。2） 對(duì)新型扭矩傳感器的研究的同時(shí)并對(duì)經(jīng)典扭矩傳感器加以改進(jìn)。隨著新原理、新材料的發(fā)現(xiàn)和微細(xì)加工、微機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，正在促進(jìn)傳統(tǒng)傳感器的變革，新型磁彈性傳感器和光纖扭矩傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便，代表扭矩傳感器的新動(dòng)向。磁電型相位差傳感器是一種比較成熟的傳感器,現(xiàn)經(jīng)改型成為不帶輔助電機(jī)的磁電型傳感器，不但減輕了重量、縮小了體積、降低了成本，而且耐振性能好。微扭矩測(cè)量傳感器的研究.隨著家用電器的迅速發(fā)展，如電風(fēng)扇、微電機(jī)、縫紉機(jī)、剃須刀、電冰箱、洗衣機(jī)甚至開關(guān)都要測(cè)量扭矩，急待解決 g cm

12、 級(jí)的扭矩測(cè)量，新傳感器的研制將成為解決這一問題的關(guān)鍵。在信號(hào)傳輸方面，以往采用的是接觸式滑環(huán)傳輸，這種傳輸方式易磨損、需常清洗、安裝難,容易引入干擾信號(hào)。近期推出的傳感器一般均為無(wú)接觸式傳輸。如感應(yīng)方式或遙測(cè)體制，它克服了接觸式傳輸?shù)娜秉c(diǎn).隨著檢測(cè)變換集成化和多功能化，將過去先檢測(cè)傳輸、后對(duì)信號(hào)進(jìn)行變換處理的概念演變?yōu)橄葯z測(cè)變換處理，后再進(jìn)行傳輸,這一變更已成為可能。扭矩測(cè)量?jī)x的智能化、微機(jī)化是當(dāng)今測(cè)量?jī)x變革的主流，單片微機(jī)和軟件的開發(fā)應(yīng)用已使信號(hào)的檢測(cè)、采集、比較、相關(guān)、數(shù)字濾波、域間變換、邏輯和函數(shù)運(yùn)算、程序給定和反饋控制等功能由儀器本身來實(shí)現(xiàn)成為可能。軟件擴(kuò)展了結(jié)構(gòu)的性能限制，并使儀器

13、具有智能化。既能適應(yīng)被測(cè)參數(shù)的變化來自選量程、自動(dòng)補(bǔ)償、自動(dòng)校正、人機(jī)對(duì)話、自尋故障，并能方便的與總線接口，進(jìn)行多臺(tái)聯(lián)機(jī)通信及控制.在扭矩傳感器信號(hào)傳輸及測(cè)量?jī)x的總成上,工業(yè)化扭矩儀研制的呼聲愈來愈高，一改以往扭矩測(cè)量?jī)x多半應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室臺(tái)架測(cè)量的情景。工業(yè)化扭矩儀的要求是必需滿足苛刻的工業(yè)應(yīng)用環(huán)境，即可靠性要高，重復(fù)性要好，價(jià)格要低廉，與機(jī)器匹配，安裝方便，但精度要求不高，用其作為指導(dǎo)生產(chǎn)、保護(hù)機(jī)械不受損傷的有效手段.1.31.3 國(guó)內(nèi)外扭矩測(cè)量?jī)x的現(xiàn)況簡(jiǎn)介國(guó)內(nèi)外扭矩測(cè)量?jī)x的現(xiàn)況簡(jiǎn)介1.3.11.3.1 國(guó)外扭矩測(cè)量?jī)x現(xiàn)狀國(guó)外扭矩測(cè)量?jī)x現(xiàn)狀美國(guó)阿克來克斯公司(Acurex co。）中的一個(gè)分公

14、司 WDC（無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸公司)，自 70 年代起,生產(chǎn)“通用海上試驗(yàn)功率測(cè)試系統(tǒng)”(Universal Sea Trial Power Measurement System），顯示板上可顯示被測(cè)主機(jī)的扭矩、轉(zhuǎn)速和功率。此類儀器的扭矩測(cè)量是采用卡環(huán)式應(yīng)變傳感器敏感被測(cè)軸的扭轉(zhuǎn)變形角,變形量與扭矩成正比。量程范圍為 02106Nm，測(cè)量精度為1%F。S。，轉(zhuǎn)速測(cè)量是采用紅外線測(cè)速法,精度為0.25F.S.，平均無(wú)故障時(shí)間 MTBF 為 4200h。日本小野測(cè)試社擅長(zhǎng)制造磁電式相位差扭矩測(cè)量?jī)x,首期產(chǎn)品多半用于實(shí)驗(yàn)室，適用于精測(cè)扭矩。其量程范圍較寬,小量程為 0.210Nm，中大量程為1010106

15、Nm，已成系列產(chǎn)品，精度可達(dá) 0。51F.S.。20 世紀(jì) 80 年代初，小野測(cè)試社和赤版鐵工所聯(lián)合研制出船用主機(jī)扭矩測(cè)量?jī)x MS25B，可測(cè)扭矩(5105 Nm，精度0。8%F.S。）、轉(zhuǎn)速（214.7r/min，精度0.1r/min)和功率(1500Kw）。德國(guó)馬霍克（Mc。huk）公司歷史悠久，生產(chǎn)的振弦式扭矩測(cè)量?jī)x聞名世界。該儀器是利用軸扭轉(zhuǎn)時(shí)致使傳感器中的鋼弦拉緊或放松，從而使鋼弦自身頻率變化測(cè)得扭矩；數(shù)據(jù)傳輸方式有滑環(huán)式和感應(yīng)式。其生產(chǎn)的 MDS820 產(chǎn)品,被測(cè)軸頸范圍為501000mm,已形成系列產(chǎn)品。生產(chǎn)電阻應(yīng)變式扭矩儀的還有英國(guó)霍佛科公司（Hover-Krafe）和荷蘭的

16、A.V.D 公司,它們?cè)谂灤O(jiān)測(cè)上都已亮相。1 1。3 3。2 2 國(guó)內(nèi)扭矩測(cè)量?jī)x的發(fā)展國(guó)內(nèi)扭矩測(cè)量?jī)x的發(fā)展國(guó)內(nèi)扭矩測(cè)量技術(shù)的研究和扭矩測(cè)量?jī)x的生產(chǎn)已初具規(guī)模，從扭矩測(cè)量?jī)x的類別、數(shù)量和質(zhì)量來看，絕大部分式電阻應(yīng)變式和磁電式扭矩儀。電阻應(yīng)變式扭矩測(cè)量?jī)x是拾取粘貼在受扭軸上的電阻應(yīng)變片的阻值變化來測(cè)量扭矩的,故無(wú)須斷開軸系，而且測(cè)量?jī)x表也可采用通用的電阻應(yīng)變儀。電阻應(yīng)變式傳感器的生產(chǎn)單位較多,如北京機(jī)床研究所、中國(guó)船舶工業(yè)總公司 701 研究所，上海通用機(jī)械研究所,成功的應(yīng)用于機(jī)床和各種動(dòng)力軸的扭矩測(cè)量。在艦船、貨船主機(jī)扭矩測(cè)量上，中國(guó)船舶工業(yè)總公司上海 704 研究所生產(chǎn)的卡環(huán)型應(yīng)變式扭矩傳感

17、器，測(cè)量時(shí)只要將卡環(huán)卡在軸上就可測(cè)量扭矩，測(cè)量?jī)x表采用 INTEL MCS-51 單片機(jī)作為核心的智能儀器，可同時(shí)測(cè)量扭矩轉(zhuǎn)速、功率，并具有自診斷、數(shù)據(jù)處理、溫度修正、越限報(bào)警等功能，集成度高，可靠性好。磁電式扭矩測(cè)量?jī)x最早的研制單位是上海電器科學(xué)研究所,供應(yīng)市場(chǎng)的是 1000 Nm 扭矩轉(zhuǎn)速傳感器和數(shù)字扭矩轉(zhuǎn)速測(cè)盆儀.隨后上海交通大學(xué)、中國(guó)船舶工業(yè)總公司上海 704 研究所、天津機(jī)械工程研究所、湘西儀表元件廠、哈爾濱東安機(jī)器廠、沈陽(yáng)機(jī)電學(xué)院相繼研制成磁電式扭矩測(cè)量?jī)x,這種類型的扭矩儀是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最多的扭矩儀。例如中國(guó)船舶工業(yè)總公司上海 704 研究所制造的 20 -20KNm 扭矩轉(zhuǎn)速傳感

18、器和數(shù)字扭矩轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x,成功地應(yīng)用在地質(zhì)礦產(chǎn)部鉆機(jī)上?，F(xiàn)場(chǎng)的鉆探表演,獲得美國(guó)、俄羅斯等 31 國(guó)參加聯(lián)合國(guó)亞太地區(qū)鉆機(jī)學(xué)術(shù)會(huì)議專家的好評(píng)。該所生產(chǎn)的磁電式扭矩測(cè)量?jī)x也可與上述的智能化測(cè)量?jī)x連用,系統(tǒng)精度為 0 .596 F。S。2 2 調(diào)整扭矩測(cè)試系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)調(diào)整扭矩測(cè)試系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)2.12.1 總體方案設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì)扭矩可以分為兩大類,靜態(tài)扭矩或動(dòng)態(tài)扭矩。用于測(cè)量扭矩的方法可以被進(jìn)一步分為兩類，反扭矩和聯(lián)機(jī)扭矩測(cè)量.被測(cè)扭矩的類型以及現(xiàn)有各類傳感器，對(duì)所測(cè)的數(shù)據(jù)精度及測(cè)量的成本有重要影響。 在討論靜態(tài)和動(dòng)態(tài)扭矩的比較中,最容易入手的是首先了解靜力和動(dòng)力的差異。簡(jiǎn)而言之,動(dòng)力包

19、括加速度，而靜力則沒有. 動(dòng)力和加速度之間的聯(lián)系被描述為牛頓第二定律：F=ma（力等于物質(zhì)質(zhì)量乘以加速度）.以汽車自身物質(zhì)(質(zhì)量）把車停下所需要的力就是動(dòng)力，因?yàn)槠嚤仨毐粶p速。由剎車卡鉗施加以停止汽車的力就是靜力,因?yàn)樗婕暗膭x車墊沒有加速度。 扭矩只是旋轉(zhuǎn)力或通過一定距離產(chǎn)生的力。根據(jù)前面的討論，它被認(rèn)為是靜力，如果它沒有角加速度的話。時(shí)鐘彈簧施加的扭矩就是靜態(tài)扭矩,因?yàn)闆]有旋轉(zhuǎn)，因而也就沒有角加速度。當(dāng)汽車以勻速在高速公路上巡航的時(shí)候，通過汽車傳動(dòng)軸傳輸?shù)呐ぞ鼐褪且粋€(gè)旋轉(zhuǎn)靜態(tài)扭矩的例子，因?yàn)榧词勾嬖谛D(zhuǎn),以勻速行駛也沒有加速度。 汽車引擎產(chǎn)生的扭矩有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)扭矩，取決于測(cè)量的部位.如果

20、在機(jī)軸中測(cè)量扭矩，當(dāng)汽缸每一次燃燒且活塞旋轉(zhuǎn)機(jī)軸的時(shí)候，就有大的動(dòng)態(tài)扭矩波動(dòng)。 如果在傳動(dòng)軸測(cè)量扭矩，那幾乎就是靜態(tài)扭矩，因?yàn)檎{(diào)速輪和傳動(dòng)系統(tǒng)要阻尼引擎產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)扭矩。用曲柄提升車窗所需要的扭矩就是靜態(tài)扭矩的例子，盡管涉及到旋轉(zhuǎn)加速度，因?yàn)榍募铀俸托D(zhuǎn)慣性很小，與車窗運(yùn)動(dòng)有關(guān)的摩擦力相比，所產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)扭矩（扭矩=旋轉(zhuǎn)慣性旋轉(zhuǎn)加速度）可以忽略不計(jì)。 最后一個(gè)例子描述了一個(gè)事實(shí)，大多測(cè)量應(yīng)用都在某種程度上涉及靜態(tài)和動(dòng)態(tài)扭矩.如果動(dòng)態(tài)扭矩是整個(gè)扭矩的主要組成部分或是感興趣的扭矩，那么，要特別考慮何時(shí)對(duì)其作出最佳的測(cè)量。2 2。2 2 電機(jī)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的測(cè)量方法電機(jī)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的測(cè)量方法為了把轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)

21、速信息能夠準(zhǔn)確地從電機(jī)中提取出來,通常是由傳感器將被測(cè)信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào),并對(duì)電信號(hào)存儲(chǔ)、傳輸、分析計(jì)算，最終顯示測(cè)量結(jié)果。傳感器是整個(gè)測(cè)量?jī)x器的核心，對(duì)傳感器的選擇必須合理,并保證能夠在一定的工作環(huán)境下正常地工作.2.22.2。1 1 電機(jī)轉(zhuǎn)矩的測(cè)量方法電機(jī)轉(zhuǎn)矩的測(cè)量方法轉(zhuǎn)矩的測(cè)量，可分為傳遞法、平衡力法及能量轉(zhuǎn)化法。平衡力法是通過外加已知的與被測(cè)轉(zhuǎn)矩方向相反的轉(zhuǎn)矩,當(dāng)傳動(dòng)軸靜止或勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),外加轉(zhuǎn)矩與被測(cè)轉(zhuǎn)矩相等。這種方法簡(jiǎn)單,但必須通過另外一種方法測(cè)量外加的轉(zhuǎn)矩或力及力臂，這樣會(huì)對(duì)測(cè)量引入一定的累計(jì)誤差。能量轉(zhuǎn)化法是通過利用能量守恒的原理間接測(cè)量轉(zhuǎn)矩，不易實(shí)現(xiàn)。傳遞法是將被測(cè)轉(zhuǎn)矩傳遞到彈性

22、元件上,根據(jù)彈性元件物理參數(shù)的變化來測(cè)量轉(zhuǎn)矩的方法.變化的參數(shù)可以是變形、應(yīng)力、或應(yīng)變等（由于應(yīng)變較變形、應(yīng)力更容易測(cè)量，這里采用應(yīng)變法） ，使用的彈性元件是扭軸，等截面圓柱形扭軸的應(yīng)變可按下式計(jì)算:45= 135= 式中 45、135分別為扭軸表面上與母線成3GdT1645及 135夾角螺旋線上的應(yīng)變值； T 為轉(zhuǎn)矩； d 為扭軸直徑; G 為其扭軸材料的切變彈性模量。所產(chǎn)生的應(yīng)變可以引起貼在表面的電阻應(yīng)變片阻值的變化而形成應(yīng)變型轉(zhuǎn)矩傳感器。電機(jī)主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)， 將轉(zhuǎn)矩傳遞到扭軸上, 扭軸上所產(chǎn)生的應(yīng)變，通過轉(zhuǎn)矩傳感器的電阻應(yīng)變片轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，該信號(hào)通過處理后送顯示器顯示轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)值。這種傳感

23、器使用方便，精度高,易于集成。 電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量方法：測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速有機(jī)械式、電氣式、光電式幾種 。機(jī)械式較簡(jiǎn)單易行，但精度較低。電氣式分為發(fā)電機(jī)式、電渦流式等，精度較高,但卻產(chǎn)生電磁阻力矩,給轉(zhuǎn)矩的測(cè)量帶來較大的系統(tǒng)誤差。光電數(shù)字式檢測(cè)是利用光電原理檢測(cè)轉(zhuǎn)速,它有線性好、分辨力高、測(cè)速范圍大等優(yōu)點(diǎn),而且不會(huì)對(duì)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩造成損失，見圖 2-1 。圖2-1 光電式電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量原理圖它是在傳感器軸上安裝一片刻有均勻透明格子的碼盤,當(dāng)碼盤隨著軸旋轉(zhuǎn)時(shí),光源發(fā)出的細(xì)光束透過透明的格子射到光敏感器上， 再由光敏感器轉(zhuǎn)換成電脈沖 ， 計(jì)數(shù)器接收后經(jīng)計(jì)算可以得到轉(zhuǎn)速的數(shù)據(jù).設(shè)在給定時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)器測(cè)定的脈沖數(shù)為

24、 N , 則被測(cè)電機(jī)軸的轉(zhuǎn)速 n 為：n = 式中 m 為光學(xué)碼盤線數(shù), t 為計(jì)數(shù)時(shí)間。選好傳感mtN60器之后，可考慮將兩種傳感器集成起來,共用一套放大電路及信號(hào)處理系統(tǒng)和顯示系統(tǒng),可以簡(jiǎn)化測(cè)量步驟,有效地減小測(cè)量?jī)x體積。2 2。2.22.2 轉(zhuǎn)速測(cè)量原理轉(zhuǎn)速測(cè)量原理轉(zhuǎn)矩傳感器在旋轉(zhuǎn)軸上安裝著 60 條齒縫的測(cè)速輪，在傳感器外殼上安裝的一只由發(fā)光二極管及光敏三極管組成的槽型光電開關(guān)架,測(cè)速輪的每一個(gè)齒將發(fā)光二極管的光線遮擋住時(shí)，光敏三極管就輸出一個(gè)高電平，當(dāng)光線通過齒縫射到光敏管的窗口時(shí)，光敏管就輸出一個(gè)低電平,旋轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)一圈就可得到 60 個(gè)脈沖，因此，每秒鐘檢測(cè)到的脈沖數(shù)恰好等于每分鐘

25、的轉(zhuǎn)速值。2.32.3 測(cè)試系統(tǒng)所選用的儀器選擇測(cè)試系統(tǒng)所選用的儀器選擇2.3.12.3.1 扭矩傳感器的選擇扭矩傳感器的選擇轉(zhuǎn)矩傳感器在電動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、風(fēng)機(jī)、攪拌機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)、鉆探機(jī)械等眾多的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力測(cè)試系統(tǒng)中及數(shù)控機(jī)械加工中心、自動(dòng)機(jī)床等機(jī)電一體化設(shè)備中已獲得廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩傳感器通常采用電阻應(yīng)變橋來檢測(cè)轉(zhuǎn)矩信號(hào)，并采用導(dǎo)電滑環(huán)來耦合電源輸入及應(yīng)變信號(hào)輸出,由于導(dǎo)電滑環(huán)屬于磨擦接觸，因此不可避免地存在著磨損和發(fā)熱，這樣不但限制了旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速及導(dǎo)電滑環(huán)的使用壽命，同時(shí)由于接觸不可靠，也不可避免地會(huì)引起測(cè)量信號(hào)的波動(dòng)及誤差的增加.因此，如何在旋轉(zhuǎn)軸上進(jìn)行能源及信號(hào)的可靠耦合已成為轉(zhuǎn)

26、矩傳感器最棘手的問題,而 JN338 數(shù)字式轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器則巧妙地解決了這個(gè)問題。圖 22 JN338 扭矩傳感器轉(zhuǎn)矩測(cè)量原理 JN338 轉(zhuǎn)矩檢測(cè)的敏感元件是電阻應(yīng)變橋。將電阻應(yīng)變片組成的電橋粘貼在被測(cè)彈性軸上，向應(yīng)變橋提供直流電源即可檢測(cè)出該彈性軸受扭時(shí)毫伏級(jí)軸應(yīng)變電信號(hào),將該應(yīng)變信號(hào)放大后，經(jīng)過壓頻轉(zhuǎn)換變換成與扭應(yīng)變成正比的頻率信號(hào)。傳感器的能源輸入及信號(hào)輸出是由兩組帶間隙的特殊環(huán)形變壓器所承擔(dān)的，因此實(shí)現(xiàn)了無(wú)接觸的能源及信號(hào)傳遞功能.主要特性如下：1）檢測(cè)手段為應(yīng)變電測(cè)技術(shù)； 2)測(cè)量精度高信號(hào)檢出、處理均用數(shù)字技術(shù)3)抗干擾能力強(qiáng)，無(wú)需調(diào)零即可工作；4)可靠性高、信噪比高,工作壽命長(zhǎng)

27、；5)既可以測(cè)量靜止扭矩，也可測(cè)量旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩;6）能夠測(cè)量穩(wěn)態(tài)扭矩，也能測(cè)量過渡過程的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩;7)無(wú)需反復(fù)調(diào)零即可連續(xù)測(cè)量正反轉(zhuǎn)矩；8）無(wú)集流環(huán)、電刷等磨損件，可高速超長(zhǎng)運(yùn)行；9）轉(zhuǎn)矩信號(hào)的傳遞與是否旋轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)速大小及旋轉(zhuǎn)方向無(wú)關(guān)；10）測(cè)量彈性體強(qiáng)度大,可承受%過載；11）體積小,重量輕，安裝方便，有套裝式、卡裝式、聯(lián)軸式等多種安裝方式；12)輸出信號(hào)以頻率形式給出，便于和計(jì)算機(jī)進(jìn)行接口.2.3.22.3.2 電機(jī)的選擇電機(jī)的選擇圖 2-3 80YYCJ25 電機(jī)80YYCJ25 的特性：6W-2200W 齒輪減速電機(jī).速比 1/3-1/200 定速,變速，剎車電機(jī) 。產(chǎn)品特點(diǎn):具有壽命長(zhǎng),無(wú)

28、噪聲,體積小，重量輕，免保養(yǎng)，價(jià)格低。 產(chǎn)品定位電機(jī)功率：25W 機(jī)座：80 使用電壓:單相 110V、單相 220V、三相 220V 或三相380V 齒輪箱減速比：i=3750 基本參數(shù) 安裝機(jī)構(gòu)型式 立式 功率 25W 各檔速比 3-750。3 3 扭矩測(cè)量試驗(yàn)臺(tái)硬件設(shè)計(jì)扭矩測(cè)量試驗(yàn)臺(tái)硬件設(shè)計(jì)從電機(jī)控制器電路開始，到電氣電路設(shè)計(jì)，外圍設(shè)計(jì)，主控制器硬件結(jié)構(gòu)及原理,資源擴(kuò)展單元，電源隔離單元，脈沖信號(hào)采集單元，模擬信號(hào)采集單元及網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展接口等。主要介紹了試驗(yàn)臺(tái)的電氣部分，其中又以控制單元結(jié)構(gòu)為主.圖 31 總體設(shè)計(jì)框圖輸入 220v 的交流電給電機(jī)使其轉(zhuǎn)動(dòng)，傳感器和被測(cè)器件在電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)的帶

29、動(dòng)下，由于被測(cè)器件被帶動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同的力傳給扭矩傳感器。扭矩傳感器把信號(hào)傳給 PC 機(jī)，PC 機(jī)采集數(shù)據(jù)并安要求顯示所要求的數(shù)據(jù)。3 3。1 1 試驗(yàn)臺(tái)的硬件組成試驗(yàn)臺(tái)的硬件組成主要機(jī)械構(gòu)件（立柱、橫梁等）采用便于調(diào)節(jié)和拆卸組裝的優(yōu)質(zhì)成品型材，再設(shè)計(jì)一些專門構(gòu)件組成活動(dòng)支架,用于安裝各種夾具，其外觀簡(jiǎn)潔實(shí)用，質(zhì)量輕巧，易于拆裝。圖 3-2 扭矩測(cè)量硬件框圖本試驗(yàn)臺(tái)是由上位機(jī),80YYCJ25 電機(jī)，電機(jī)電源控制器,JN338、傳感器支架及工作臺(tái)架等硬件組成。下圖是本試驗(yàn)臺(tái)的硬件部分，包括電路連接，最左側(cè)兩條是力傳感器屏蔽電纜，中間兩條是接近開關(guān)用屏蔽電纜，右側(cè)兩條是電機(jī)電纜。1）硬件安裝方式：

30、JN338 型智能扭矩傳感器使用時(shí)的安裝方式如 32 所示。應(yīng)注意的是傳感器的驅(qū)動(dòng)端與原動(dòng)機(jī)相連。增加中間支承的目的是為了保證傳感器不受因頻繁更換測(cè)試設(shè)備造成安裝同軸度的變化,由此引起測(cè)試數(shù)據(jù)的變化,同時(shí)可避免因安裝不同軸而使傳感器承受彎矩，從而引起測(cè)試數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。如果能保證安裝同軸度，或者由于安裝場(chǎng)地的限制，可去掉中間支承。2）安裝基礎(chǔ)原動(dòng)機(jī)、傳感器、負(fù)載及中間支撐應(yīng)安裝在穩(wěn)固的基礎(chǔ)上，必須避免過大的震動(dòng)，否則將可能發(fā)生數(shù)據(jù)不穩(wěn)，降低測(cè)量精度,甚至損壞傳感器的現(xiàn)象。聯(lián)軸器：采用一般彈性柱銷式聯(lián)軸器即可，但應(yīng)盡可能減少聯(lián)軸器的質(zhì)量，這對(duì)小規(guī)格傳感器尤其重要。為了使傳感器不承受彎矩,我們推薦采用

31、擾性聯(lián)軸器(例如尼龍繩聯(lián)軸器），這將顯著改善傳感器的工作條件，保證測(cè)量精度。3）對(duì)于有強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾的測(cè)試壞境,例如變頻器、電渦流測(cè)功機(jī)等，建議用戶使變頻器等干擾源遠(yuǎn)離儀器及傳感器,并接好地線.電渦流測(cè)功機(jī)與傳感器之間應(yīng)增加中間支承。3.23.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)采用模塊式結(jié)構(gòu)，以計(jì)算機(jī)作為主控制器。計(jì)算機(jī)有著豐富的軟硬件資源和強(qiáng)大的系統(tǒng)功能，運(yùn)算和控制速度高，在現(xiàn)場(chǎng)控制上有著良好的控制性能。系統(tǒng)其他部分都通過接口卡與計(jì)算機(jī)相連，被其控制同時(shí)為其提供測(cè)試數(shù)據(jù)。通過執(zhí)行計(jì)算機(jī)上的接口軟件，系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 33 所示。主要有以下部分：圖 33 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3 3。3 3 主控制器單元主控

32、制器單元系統(tǒng)的主控制器由一臺(tái)工控計(jì)算機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)鍵盤、鼠標(biāo)器、CRT 彩色顯示器和打印機(jī)等組成。計(jì)算機(jī)作為系統(tǒng)的主控制器，通過接口卡控制其他部分動(dòng)作，采集測(cè)試數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算和分析,完成系統(tǒng)集成的各項(xiàng)測(cè)試功能，同時(shí)在測(cè)試的過程中，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示,如果發(fā)現(xiàn)超標(biāo)即進(jìn)行報(bào)警處理,并自動(dòng)記錄故障時(shí)刻,以便操作者采取相關(guān)措施。操作者可通過顯示器、鍵盤和鼠標(biāo)進(jìn)行人機(jī)操作,選擇相應(yīng)的測(cè)試項(xiàng)目，輸入必要的測(cè)試參數(shù),監(jiān)測(cè)整個(gè)測(cè)試過程,并進(jìn)行相應(yīng)的文件操作，通過打印機(jī)打印測(cè)試結(jié)果。3.43.4 電機(jī)控制單元電機(jī)控制單元圖 34 電機(jī)調(diào)速控制器US56002 交流齒輪減速電機(jī)調(diào)速控制器主要使

33、用于交流 50HZ，電壓 220V/110V 的單相電路中。該電子控制器具有單相電容啟動(dòng),與異步電動(dòng)機(jī)，微型齒輪減速器速度傳感器可組成的機(jī)電一體化產(chǎn)品。主要優(yōu)點(diǎn)：1）體積小，速度范圍寬，機(jī)械特性優(yōu)良。2）廣泛用于包裝、食品、儀表、電子、醫(yī)療器械生產(chǎn)流水線作調(diào)速驅(qū)動(dòng)裝置。3）配套電機(jī)功掛廣。使用條件： 壞境溫度：10+50 相對(duì)濕度：90% 大氣壓力：86-106Kpa 電壓波動(dòng)： 頻率%10%2表 3-1 控制器技術(shù)參數(shù)控制器接線圖 3-5 所示:圖 3-5 控制器接線圖3 3。5 5 傳感器模塊單元傳感器模塊單元該轉(zhuǎn)矩傳感器的檢測(cè)敏感元件是電阻應(yīng)變橋。將專用的測(cè)扭應(yīng)變片用應(yīng)變膠粘貼在被測(cè)彈性

34、軸上以組成應(yīng)變電橋，只要向應(yīng)變電橋提供電源即可測(cè)得該彈性軸受扭的電信號(hào)，然后將該應(yīng)變信號(hào)放大，再經(jīng)過壓頻轉(zhuǎn)換變成與扭應(yīng)變成正比的頻率信號(hào)。傳感器的能源輸入及信號(hào)輸出是由兩組帶間隙的特殊環(huán)形旋轉(zhuǎn)變壓器承擔(dān)的，因此可實(shí)現(xiàn)能源及信號(hào)的無(wú)接觸傳遞。該應(yīng)變傳感器測(cè)量原理如圖 3-6 所示。圖 3-6 傳感器測(cè)量原理圖表 32 JN338 傳感器主要技術(shù)參數(shù)表 3-3 傳感器產(chǎn)品規(guī)格參考圖 3-7 傳感器接口腳：接地端;腳：電源端;腳:電源端；腳：轉(zhuǎn)速信號(hào)輸出端；腳：轉(zhuǎn)矩信號(hào)輸出端。3.63.6 數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集是指從傳感器和其它待測(cè)設(shè)備等模擬和數(shù)字被測(cè)單元中自動(dòng)采集或產(chǎn)生信息的過程。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用基于

35、計(jì)算機(jī)的測(cè)量軟硬件產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)靈活的、用戶自定義的自動(dòng)化測(cè)量.通常，必須在數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集之前調(diào)理傳感器的信號(hào)。圖38 基于PC機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集板卡的性能取決于它的分辨力、采樣速率、通道數(shù)、靈活性、可靠性、可擴(kuò)展性以及計(jì)算機(jī)平臺(tái)等因素.數(shù)據(jù)采集板卡的分辨力取決于板卡上的ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）的位數(shù).采用PCI總線技術(shù)大大提高了數(shù)據(jù)采集板卡的性能。與以往ISA總線相比，PCI總線較好地解決了ISA的瓶頸問題。PCI總線是一種同步的32位或64位局部總線，數(shù)據(jù)傳輸速率可以達(dá)到132MB/s.PCI總線在儀器上的擴(kuò)展是PXI（PCI extension for Instrumentation）。

36、PXI以CompactPCI為基礎(chǔ)，是PCI擴(kuò)展儀器結(jié)構(gòu)的新型系統(tǒng)級(jí)規(guī)范，它滿足工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在機(jī)械、電氣和軟件特性方面充分發(fā)揮了PCI總線的全部?jī)?yōu)點(diǎn)并進(jìn)行了擴(kuò)展，由于采用模塊化結(jié)構(gòu),它能夠使用緊湊結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)并把它裝配到一個(gè)堅(jiān)固的PXI機(jī)箱中。PXI的優(yōu)點(diǎn)在于：設(shè)備成本低、運(yùn)行速度快、體積緊湊并且有很好的兼容性和可擴(kuò)展性11。Labview的讀寫端口：圖3-9 讀端口 Vi地址指定要讀取的8位有符號(hào)整數(shù)的地址。圖310 寫端口 Vi地址指定要寫入8位有符號(hào)整數(shù)的地址。寫入值是要寫入指定地址的字節(jié)（8位)。3 3。7 7 測(cè)試系統(tǒng)編程軟件的選用測(cè)試系統(tǒng)編程軟件的選用LabView是基于圖形開發(fā)、調(diào)

37、試和運(yùn)行程序的集成化環(huán)境，也是目前國(guó)際上唯一的編譯型圖形化編程語(yǔ)言。目前,在以PC機(jī)為基礎(chǔ)的測(cè)試和工控軟件中,LabView的市場(chǎng)普及率僅次于C+/C語(yǔ)言。LabView具有以下優(yōu)點(diǎn)：流程圖式的編程、不需預(yù)先編譯就存在語(yǔ)法檢測(cè)和調(diào)試過程數(shù)據(jù)探針的使用、豐富的VI庫(kù)和儀器面板素材庫(kù)、信號(hào)處理分析和近600種設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序（可擴(kuò)充）、通用的設(shè)計(jì)解決方案庫(kù)等。4 4 試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試軟件設(shè)計(jì)試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試軟件設(shè)計(jì)4 4。1 1 軟件設(shè)計(jì)的構(gòu)思軟件設(shè)計(jì)的構(gòu)思軟件設(shè)計(jì)一般包括兩部分內(nèi)容,其一為用戶的應(yīng)用程序，主要進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，其二是人機(jī)交互界面，也就是為應(yīng)用程序建立一個(gè)良好的使用操作環(huán)境，讓用戶方便快捷的接

38、受。試驗(yàn)臺(tái)軟件系統(tǒng)主要都包括下面幾個(gè)模塊：軟件環(huán)境功能,如文件的管理，編輯等功能;試驗(yàn)前的準(zhǔn)備或系統(tǒng)的自檢，完成對(duì)系統(tǒng)的預(yù)熱及初始化；試驗(yàn)過程，包括數(shù)據(jù)的采集,設(shè)備試驗(yàn)過程的控制等；最后就是試驗(yàn)結(jié)果的處理，包括數(shù)據(jù)等的處理，顯示、保存及打印輸出檢測(cè)報(bào)告等。硬件與軟件組成了計(jì)算機(jī)控制的機(jī)電一體化試驗(yàn)臺(tái)。硬件是介質(zhì)，但界面友好、操作方便、功能強(qiáng)大的軟件能夠保證硬件高效的工作.一方面，軟件控制著檢測(cè)系統(tǒng)硬件，使它們各部分協(xié)調(diào)一致地工作，并能按照檢測(cè)任務(wù)的要求進(jìn)行檢測(cè)工作,同時(shí)向軟件系統(tǒng)返回各種各樣的信息,經(jīng)計(jì)算機(jī)內(nèi)部對(duì)信息的處理，得到最終結(jié)果，最后將結(jié)果顯示和保存。另一方面，系統(tǒng)的軟件也承擔(dān)著人機(jī)對(duì)

39、話的功能，能夠按照操作者的指示發(fā)布命令,完成檢測(cè)任務(wù)。根據(jù)軟件工程及實(shí)際應(yīng)用的需要，在控制軟件的設(shè)計(jì)過程中應(yīng)考慮以下幾點(diǎn):1）軟件應(yīng)具有很高的可靠性?？煽啃灾饕Q子軟件的正確性與健壯性兩個(gè)方面，可靠的軟件在正常情況下能夠正常工作，在意外情況下也能適當(dāng)?shù)丶右蕴幚?以使其損失減為最小。2)軟件應(yīng)有簡(jiǎn)明易用性。在實(shí)際應(yīng)用中，由于操作人員由子計(jì)算機(jī)知識(shí)方面的限制，加上他們對(duì)軟件系統(tǒng)不可能深入詳細(xì)地了解，因此，軟件的易學(xué)、易用要求顯得非常的重要。提高易用性措施包括給出簡(jiǎn)明、直觀、美觀的圖形操作界面，豐富明了的操作提示及簡(jiǎn)潔的聯(lián)機(jī)幫助和操作文檔.3）軟件的可維護(hù)性。隨著檢測(cè)要求的提高及系統(tǒng)功能的擴(kuò)展與修

40、改，有時(shí)需要對(duì)軟件進(jìn)行更新和升級(jí)，因此在軟件設(shè)計(jì)的開始階段就應(yīng)考慮源程序的易閱讀性和易擴(kuò)展性，在開發(fā)過程中合理設(shè)計(jì)程序結(jié)構(gòu)，編寫詳細(xì)的注釋及開發(fā)文檔，為后續(xù)開發(fā)人員對(duì)軟件的維護(hù)和升級(jí)提供方便。4.24.2 軟件設(shè)計(jì)語(yǔ)言的選擇軟件設(shè)計(jì)語(yǔ)言的選擇LabVIEW （Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是NI公司的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品，也是目前應(yīng)用最廣、發(fā)展最快、功能最強(qiáng)的圖形化軟件開發(fā)集成環(huán)境。用戶完全可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，將先進(jìn)的信號(hào)處理算法、人工智能技術(shù)和專家系統(tǒng)應(yīng)用于儀器設(shè)計(jì)與集成,從而將智能儀器水平提高到一個(gè)新的層次。LabVIEW

41、 提供一種像數(shù)據(jù)流一樣的編程方式，用戶只要連接各個(gè)邏輯框即可構(gòu)成程序。它的基本程序單位是VI。LabVIEW通過圖形編程的方法，建立一系列的VI,完成用戶指定的測(cè)試任務(wù)。對(duì)于簡(jiǎn)單的測(cè)試任務(wù)，可由一個(gè)VI完成；對(duì)于復(fù)雜的測(cè)試任務(wù)，則可按照模塊設(shè)計(jì)的概念，把一項(xiàng)復(fù)雜的測(cè)試任務(wù)變成一系列的子任務(wù)。設(shè)計(jì)時(shí)，先設(shè)計(jì)各種VI以完成每項(xiàng)子任務(wù)，然后把這些VI組合起來以完成更大的任務(wù),最后建成的頂層虛擬儀器就成為一個(gè)包括眾多功能子虛擬儀器的集合。使用傳統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言開發(fā)儀器系統(tǒng)存在許多困難。開發(fā)者不僅要關(guān)心程序流程方面的問題，還必須考慮用戶界面、數(shù)據(jù)同步、數(shù)據(jù)表達(dá)等復(fù)雜的問題，這些問題在LabVIEW中都迎

42、刃而解了。LabVIEW提供了大量的函數(shù)和子程序支持用戶的任務(wù)，也提供了一些專用程序如GPIB設(shè)備控制、VXI總線控制、串行口設(shè)備控制、以及數(shù)據(jù)分析、顯示和存儲(chǔ).4.34.3 軟件軟件功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖 4-1 系統(tǒng)的軟件功能結(jié)構(gòu)圖本軟件采用labview 8.5編程實(shí)現(xiàn)。根據(jù)任務(wù)書的要求,本調(diào)整扭矩測(cè)試系統(tǒng)共分為六個(gè)部分：數(shù)據(jù)采集、參數(shù)測(cè)量、參數(shù)顯示、參數(shù)的保存及讀取和打印。其中，數(shù)據(jù)采集部分包含了波形顯示的功能。這些功能都是由軟件編程實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)的軟件功能結(jié)構(gòu)如圖41所示。由于程序龐大，必須運(yùn)用多個(gè)子程序，然后在主程序中調(diào)用。在設(shè)計(jì)完成以上模塊之后，將這些模塊在主VI的框圖程序中按照

43、一定的邏輯關(guān)系有機(jī)的組合起來，就形成了一臺(tái)完整的虛擬信號(hào)分析儀.下面，按照模塊的順序，結(jié)合前面板結(jié)構(gòu)和軟件中各功能的設(shè)計(jì)，分別介紹各個(gè)部分的內(nèi)容。4 4。3 3。1 1 數(shù)據(jù)采集模塊數(shù)據(jù)采集模塊數(shù)據(jù)采集模塊的前面板如圖4-2所示：圖 42 數(shù)據(jù)采集界面在該前面板中又分為四個(gè)部分：硬件配置、波形顯示、波形精度的調(diào)節(jié)、時(shí)間的顯示和操作人輸入。下面介紹各個(gè)部分的主要內(nèi)容：（1）硬件配置:在該部分包括兩個(gè)端口，分別是電機(jī)的型號(hào)、最大扭矩值。這兩部分分別通過采集輸入電機(jī)型號(hào)和扭矩值。圖4-3 數(shù)據(jù)采集程序模擬量數(shù)據(jù)讀取Vi光電編碼器數(shù)據(jù)讀取Vi（2）波形顯示：在波形顯示部分設(shè)計(jì)了一個(gè)波形顯示控件，用于顯

44、示采集到的原始信號(hào)波形。（3)波形精度的調(diào)節(jié):主要是通過調(diào)節(jié)按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)波形的調(diào)節(jié).（4）時(shí)間的顯示和操作人輸入:時(shí)間的顯示主要通過格式化日期/時(shí)間字符串實(shí)習(xí)（主要的程序設(shè)計(jì)和節(jié)點(diǎn)介紹如下）操作人的輸入主要是打印時(shí)顯示操作人。圖 4-4 時(shí)間顯示軟件設(shè)計(jì)圖 45 格式化日期/時(shí)間字符串時(shí)間格式字符串指定輸出字符串的格式。如以開始的時(shí)間格式代碼未被函數(shù)識(shí)別為格式代碼,將返回實(shí)際字符。默認(rèn)的代碼為%c，與計(jì)算機(jī)上配置的時(shí)區(qū)所使用的日期/時(shí)間表示法對(duì)應(yīng)。如時(shí)間格式字符串是空字符串，函數(shù)將使用默認(rèn)值。4.34.3。2 2 參數(shù)測(cè)量模塊參數(shù)測(cè)量模塊圖 4-6 波形處理界面圖 4-7 處理后數(shù)據(jù)顯示界面數(shù)據(jù)

45、測(cè)量模塊主要是通過波峰檢測(cè)節(jié)點(diǎn)來實(shí)習(xí),通過對(duì)波峰X、Y值的捆綁在XY Graph圖形內(nèi)顯示峰點(diǎn)和谷點(diǎn)（圖46 波形處理界面所示）。再通過創(chuàng)建數(shù)組把峰谷值顯示在Table里（處理后數(shù)據(jù)顯示界面所示）。數(shù)據(jù)測(cè)量模塊程序如圖48所示：圖 48 數(shù)據(jù)處理的程序設(shè)計(jì)圖 4-9 波峰檢測(cè)X是表示要分析信號(hào)的輸入值數(shù)組。數(shù)據(jù)可以是單個(gè)數(shù)組或連續(xù)的數(shù)據(jù)塊。連續(xù)的數(shù)據(jù)塊用于較大的數(shù)據(jù)數(shù)組或?qū)崟r(shí)處理。閾值使VI忽略過小的波峰和波谷。如擬合幅值小于閾值，VI將忽略峰值。VI也將忽略大于閾值的擬合波谷。波峰/波谷指定VI查找輸入信號(hào)中的波峰或波谷.振幅包含在當(dāng)前數(shù)據(jù)塊中找到的波峰/波谷的振幅.4.3.34.3.3 參

46、數(shù)打印參數(shù)打印 圖 4-10 打印的按鈕設(shè)計(jì)波形打印：一個(gè)波形打印按鈕，選擇是否進(jìn)行打印.一個(gè)打印方式按鈕，選擇打印機(jī)打印或網(wǎng)頁(yè)打印.圖 411 打印部分的程序設(shè)計(jì)由程序可知打印的內(nèi)容有：標(biāo)題、Table 的數(shù)值、XY Graph 的波形圖和操作人.圖 4-12 添加表格至報(bào)表文本數(shù)據(jù)是要以表格形式打印的消息。行首確定表格中每行的標(biāo)題。列首確定表格中每列的標(biāo)題。圖 4-13 添加控件圖像至報(bào)表說明如打開HTML報(bào)表的Web瀏覽器被設(shè)定為只顯示文本，則值為用于顯示的圖形說明。打印效果圖如圖4-14所示：圖 4-14 打印的效果圖4.34.3。4 4 參數(shù)保存及讀取參數(shù)保存及讀取圖 4-15 數(shù)據(jù)

47、的讀取及保存界面數(shù)據(jù)的保存：是通過寫入電子表格文件節(jié)點(diǎn)，Path 是保存的路徑，保存的文本可以用 Excel 和文本打開。保存的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)顯示界面顯示的數(shù)據(jù)是一樣的。圖 416 數(shù)據(jù)保存的程序設(shè)計(jì)格式指定如何將數(shù)字轉(zhuǎn)化為字符。文件路徑是文件的路徑名。二維數(shù)據(jù)一維數(shù)據(jù)沒有連線或?yàn)榭諘r(shí)包含 VI 寫入文件的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)讀取的程序設(shè)計(jì)如圖 4-18 所示：圖 418 數(shù)據(jù)讀取的程序設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)讀取模塊：主要是讀取電子表格文件實(shí)現(xiàn)的，把讀取的所有行通過索引數(shù)組分成 6 列，在 1、2，4、3，6、5列捆綁在一起在圖形上顯示。圖 419 讀取電子表格文件圖 420 索引數(shù)組n 維數(shù)組可以是任意類型的 n 維數(shù)組。索引 0。.n1 必須為數(shù)值。 索引輸入端的數(shù)量與 n 維數(shù)組的維數(shù)匹配。5 5 檢測(cè)結(jié)果的分析檢測(cè)結(jié)果的分析5 5。1 1 波形顯示調(diào)試波形顯示調(diào)試波形的采集:扭矩傳感器 2 腳接15電源；3 腳接15電源；4 腳轉(zhuǎn)速信號(hào)輸出端與 5 腳轉(zhuǎn)矩信號(hào)輸出端和 PC 機(jī)的讀取端口相連。運(yùn)行程序,單擊前面板右下方的“開始/停止測(cè)試