感应测试论文

感应测试论文（共3篇）

感应测试论文 篇1

0 引 言

电机的应用领域极为广泛,因此电机的测试亦尤为重要。中小型电机的测试项目分为两大类:检查试验和形式试验。传统的人工测试法就是通过电压表、电流表、功率表等各种测试仪表对测量数据进行显示,实验人员对各测试仪表人工读取测试数据,进行记录后人工凭经验进行分析比较,看是否满足各项指标的要求,以便确定其外特性和使用的最佳运行条件。这种方法测试点多,采集数据量大,后期处理和分析靠人工进行很复杂且费工费时,其检测的结果准确性也较差。本文以非接触式的电机转速测量方法为核心,基于计算机技术和仪器技术相结合的虚拟仪器技术开发了一套电机测试系统。该系统完成了同步、实时监测电机的转速、三相电压和三相电流等多路信号,并对采得的信号可实现实时存储、动态回放和分析处理以及图形打印等功能。

1 信号的测试方案

1.1 基于虚拟仪器的非接触式电机转速测量[1,2,3]

由异步电动机的电磁关系可知,只要其定子电流频率、转子电流频率和极对数确定,便可由式(1)算出电动机的转速(单位:r/min)。

$n=\frac{60(f{}_1-f{}_2)}{p}(1)$

非接触式电机转速测量采用霍尔传感器。其感应到的电机定子和转子的漏磁通变化转化为霍尔元件的输出电压变化,再利用虚拟仪器强大的软件功能对采集的数据进行处理分析。

转子在额定转速下的电流频率在0.75～3 Hz左右,属于超低频范围,霍尔元件的感应十分微弱,往往感应定子产生的电动势是感应转子电动势的100倍以上,因此,硬件电路必须对信号进行有效的放大和滤波,提高信噪比。硬件调理电路如图1所示,其中经调试确定各元件的取值分别为:R1=20 kΩ,R2=200 kΩ,R3=473 kΩ,C1=C2=1 μF,运算放大器为OP07。

虚拟仪器的软件数据处理方案为:首先对数据采集卡采集到的数据分别进行低通滤波和高通滤波,将分别得到转子和定子的交变磁场频率范围。此时再分别对得到转子和定子的交变磁场频率范围进行加窗处理,然后对高通和低通数据分别利用频率的估值节点得到各自频率值,按式(1)计算得到电动机转速。

1.2 电压测量

将电机定子端三相电压由导线引入电压互感器PT,再经过各自的隔离变换和整形滤波电路后,转换成数据采集卡可以采集的输出信号。电路如图2所示,二次负载基本为0。被测的输入电压Vin通过限流电阻R4限流,产生的0～2 mA电流通过电压互感器感应出相同的0～2 mA,通过运算放大器OP07,调整反馈电阻R5的值在输出端得到所要求的电压输出。电容C选用CBB电容,D1,D2二极管为1N4148起保护作用。C0为抗干扰电容,取C0=1 000 pF;限流电阻R4取49.890 kΩ;反馈电阻[4,5,6]R5=2.5 kΩ。

1.3 电流测量

将电机定子端三相电流由导线引入电压互感器CT,再经过各自的隔离变换和整形滤波电路后,转换成数据采集卡可以采集的输出信号。电路如图3所示,直接在电流互感器HCT217的输出端并联电阻R6就可以得出峰值不大于4 V的输出电压。这里选取二次负载[4,5,6]R6=600 Ω。

2 系统组成结构[7,8,9]

系统由相应传感器、信号调理电路、信号调理机箱(SCXI)、数据采集卡(PXI-6025E)和PXI主控机(PXI 8174)等,其框图如图4所示。

系统选用NI公司的四槽SCXI-1100信号调理机箱和PXI-6025E多功能PXI总线数据采集卡。SCXI机箱为SCXI模块提供电源,并负责SCXI系统和DAQ设备之间的信号连接。SCXI-1100信号调理模块,32路多路复用,差分放大器,信号范围为±10 V电压信号,4～20 mA电流信号。PXI-6025E数据采集卡提供8路差分或16路单端模拟输入, 2路模拟输出,12位分辨率,采样率为200 KSPS,量程为±0.05～±10 V。

3 系统软件实现

系统采用Nl公司的虚拟仪器图形化软件开发平台LabVIEW。根据系统要求,软件主要完成的功能包括系统信息部分、监测平台部分以及数据处理部分,如图5所示。其中系统信息部分包括测试时间、测试人员姓名、测试名称以及测试地点等信息;监测平台包括电机转速、三相电压和三相电流的初始采集样本波形及其经虚拟仪器软件分析处理后的还原波形;数据处理部分包括数据的存储、对存储数据的读取及FFT分析、选择打印等功能。

软件采用模块化的设计方法,将程序分为以下功能模块:数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块、历史查询模块和数据打印模块等[7,8]。

3.1 数据采集及处理模块

数据采集模块采用Input Express VI 〉DAQ Assistant 节点,通过属性设置对话框可逐项配置。对所采集的原始信号分别显示,并分别进行处理,得到需要的信号波形,最后再分别显示[9]。

DAQ Assistant节点实现的是多通道采集任务,故此时该节点的输出DDT亦为多个信号的合并,这时采用Split Signals Express VI 把各个信号分离,实现对各个信号的独立操作(显示并处理)。

由霍尔传感器采集的电机定转子漏磁信号的采集处理是先对由霍尔传感器采集的电机定转子漏磁信号分别采取低通滤波和高通滤波(滤波器设计同样使用Express VI,下面会做以简单介绍),然后分别采用Signal Analysis Express VI 〉Tone节点求取这两个滤波后信号的频率便得到定子频率和转子频率并分别显示,此时由式(1)便可计算得出电机的转速值,除了给出数值显示外还给出了波形显示,以便方便的观察转速值的整体趋势。

滤波器采用Signal Analysis Express VI〉Filter Express VI节点。可配置参数包括滤波类型、滤波器类型、截至频率、阶数、波形显示的观测模式等。完成参数配置后,可以直接在对话框中进行调试。

3.2 数据存储、查询和打印

数据的存储和查询功能主要由Write LabVIEW Measurement File Express VI节点和Read LabVIEW Measurement File Express VI节点实现。可选择包括存储文件名称、存储路径、是否提示存储为同一个文件、当一个文件存在时该如何选择以及文件的说明信息等。

数据打印模块的设计可以实现对所查询历史数据进行选择性的打印,该模块主要由选择结构组成。图6所示为该模块的部分后面板框图。所用主要节点为:Report Generation > New Report VI,Append Control Image to Report VI,Set Report Header Text VI,Set Report Footer Text VI,Dispose Report VI 。该模块设计的可供打印数据包括转速波形、三相电压波形及其FFT分析波形、三相电流波形及其FFT分析波形。打印时可根据需要在前面板上钩选其中任意一组或多组数据。同时,打印内容还包括纸张的页眉和页脚信息,即测试系统名称、测试人员姓名和测试时间。

3.3 创建应用程序

运用LabVIEW的Application Build工具包将程序转换成可执行文件(后缀为.exe),这样程序便可脱离LabVIEW环境运行,和普通的应用程序一样可以运行在操作系统中[7]。

4 结 语

通过对数台感应电机的测试表明该测试系统运行稳定可靠,各参数测量准确性高,符合系统实际要求,能很好地完成测试和分析处理。同时,基于虚拟仪器系统使用灵活方便、功能丰富,并具有良好的扩展性。

参考文献

[1]王同峰.基于虚拟仪器技术的非接触式异步电动机转速测量方法[J].仪器仪表用户,2004(11):63-65.

[2]曲波.工业常用传感器选型指南[M].北京:清华大学出版社,2002.

[3]何希才.传感器及其应用[M].北京:国防工业出版社,2001.

[4]孙传有.测控电路及装置[M].北京:北京航空航天大学出版社,2002.

[5]刘君华.现代检测技术与测试系统设计[M].西安:西安交通大学出版社,1999.

[6]余成波.传感器与自动检测技术[M].北京:高等教育出版社,2004.

[7]杨乐平.LabVIEW程序设计与应用[M].北京:电子工业出版社,2005.

[8]侯国屏.LabVIEW编程与虚拟仪器设计[M].北京:清华大学出版社,2005.

[9]National Instruments Corporation.LabVIEW:data acquisition basics manual[M].USA:National Instruments Cor-poration,1998.

感应测试论文 篇2

【拼音】tiān rén gǎn yìng

【简拼】trgy

【感情色彩】褒义词

【成语结构】主谓式

【成语解释】感应：交感相应。指有意志的天与世间的人能够交感相应

【成语出处】唐・陈子昂《谏政理书》：“天人感应，阴阳相和。”

【成语用法】作宾语、定语；用于书面语

【例子】茅盾《白居易及其同时代的诗人》：“白居易这段议论，因袭汉儒天人感应之说。”

【英文翻译】correspondence between man and universe

【产生年代】古代

感应测试论文 篇3

引信电磁感应装定是目前国内外小口径火炮引信较为先进的装定模式, 主要分为静态装定和膛口动态感应装定。其中膛口动态感应装定以装定快速、准确等优点广泛应用于榴弹、高炮等武器系统, 如瑞士35 mm“空中卫士”系统、美国的20 mm理想单兵战斗武器 (OICW) 和25 mm理想班组支援武器均采用膛口动态装定方式。它通过弹丸发射从炮口感应装定线圈中穿过过程中的瞬间进行装定的方式, 适用于一般火炮。但由于弹丸在出炮口的时间极短, 一般为μs级。因此, 膛口动态感应装定对其通信链路的可靠性要求极高, 应进行精确的检测验证。而从现今国内可查阅的资料来看, 对该系统的可靠性检测还是采用实验室仿真分析和静态检测模式, 这就忽略了在高速运行环境下感应装定通信链路波形畸变、相位偏移等因素;同时, 信息进行感应装定后由引信电路处理解码, 后进行读取检测, 使引信与装定器有发生互检的可能, 并不能完全、真实、可靠地反应感应装定通信链路的状况[1,2,3]。因此研制膛口感应装定通信链路可靠性动态测试系统迫在眉睫。本文提出一种对膛口感应装定通信链路进行动态测试的方法, 可较好地解决现存在的问题。

1动态测试原理

膛口感应装定通信链路动态测试的基本原理是利用高压气体快放时产生的推进动力, 使测试高速运行的弹丸, 在模拟初次级线圈高速相对运动的动态环境中完成感应装定, 并将装定信号采集存储由软件进行解码测试。

动态测试系统工作原理如图1所示。

如图1所示, 动态测试主要由动态测试环境的建立和软件解码测试两个关键步骤完成:系统通过计算机发出装定信息, 由装定器进行编码调制传送至装定装置;快放存储的高压气体, 推动测试弹丸以高速运行, 在装定位置达到理想初速, 在动态中完成信息的感应装定, 接收到的装定信息由安装在弹丸上的高速采集卡采集存储;对测试弹丸进行回收处理, 将采集卡中的采集信号读入计算机, 由感应装定专用测试软件进行处理解码, 判定感应装定通信链路的可靠性。其中高速采集卡安装在测试弹丸引信接口电路的输入端, 以避免引信与装定器发生互检。

2动态测试环境的建立

动态测试的第一步是模拟弹丸以初速运行的动态环境, 建立弹丸高速运行的通道。建立如图2所示的模拟加速装置。

加速装置主要由模拟炮推进装置、测速装置、装定装置和消声回收装置构成。模拟炮推进装置包括带有空气压缩与净化过滤功能的储气缸, 一端带有活塞阀并与装弹仓连接, 发射时利用存储在气缸内的高压气体获得足够的推进动力, 经过快放活塞推进发射筒内的弹丸高速运动, 弹丸运动到装定装置位置时进行感应装定, 安装在测试弹丸上的采集系统对获得的装定信号进行存储, 同时由测速装置对弹丸进行测速, 最后由缓冲回收装置进行消声回收处理。

在系统进行测试以前, 高压气体先充到储气缸中, 储气缸中安装了数字式压力传感器, 可以精确检测储气缸中的压力。当储气缸容积、发射筒容积、空气常数、弹丸质量等值一定时, 可以通过改变缸中的压力值来控制弹丸的初速, 以模拟不同标准的初速。

弹丸初速的推算可参照公式 (1) 。

$v=\sqrt{\frac{2p{}_{0}V{}_0}{m(a-1)}\left(1-\left(1+\frac{V{}_1}{V{}_0}\right){}^{1-a}\right)}(1)$

其中:v是弹丸的初速;P0为初始压力;V0为储气缸初始容积;V1为发射筒容积;a为空气常数。现常用小口径武器系统的弹丸初速大多大于190 m/s, 可根据不同需求来调节所需的压力值。

加速装置的运行由计算机自动控制和测量, 包括储气缸压力的精确调节, 弹丸初速的测量, 装定信号的发送等。

3基于LabVIEW技术的专用感应装定测试软件

动态测试的第二步是将采集系统采集到的装定信号读入计算机, 调用专用测试软件对信号进行检测。装定信号的通信步骤为编码、调制、解调、解码, 因此测试软件的功能是模拟各种极限参数下的虚拟引信, 替代引信中的硬件解码电路, 对装定信号进行解调解码, 判定装定的可靠性。软件的开发基于LabVIEW的编程技术。

LabVIEW是一个基于图形化编程语言的具有革命性的图形化开发环境, 它内置信号采集、测量分析与数据显示功能, 具有强大的功能和系统灵活性, 并将广泛的数据采集、分析与显示功能集中在同一个环境中, 使用户可以在自己的平台上便捷地集成一套完整的应用方案[4,5]。

软件解码测试原理如图3所示。

装定信号由安装在测试弹丸上的高速采集卡采集并存储, 通过I/O文件读入, 进入测试软件平台, 分析引信接口阻抗各种边界条件对装定信号的影响, 对波形进行相关调理, 然后进行信号解调、解码, 最后将数据回读并在软件前面板中显示, 与输入装定码比对判定装定通信链路的可靠性。

其中信号的调制采用2FSK (二进制频移键控) 模式, 相应的解调采用非相干解调方式[6,7], 解调原理如图4所示。

4软件解码测试仿真

建立装定信号通信仿真, 设输入的二进制数据为“0100111000”, 通过计算机串口发出由装定器接收, 进行编码产生相应的二进制矩形脉冲序列, 采用2FSK模式进行信号调制, 信号调制速度f为1 MHz, 载波频率f1为10 MHz, 代表状态“0”, f2为20 MHz, 代表状态“1”, 信号幅值为1 V。矩形脉冲序列与调制波形如图5所示。

该信号由装定器发出至装定装置与高速运行的测试弹丸进行动态感应装定, 接收到的装定信号由采集卡采集存储通过I/O文件形式读入计算机, 设装定信号经放大传输未发生畸变, 信号幅度变为5 V, 采集波形如图6所示。

采集信号进行解调前应分析引信接口电路的阻抗对波形产生的影响, 对波形进行调理。对引信接口电路进行等效串联处理, 接口阻抗Z=R+jωL+1/jωC, 其中, ω为信号传输频率, R为接口电路等效电阻, C为等效电容, L是等效电感。则阻抗分压Uz=I×Z=I×[R+ (ωL-1/ωC) j], 因此装定信号通过接口阻抗时, 其幅值会有一定的衰减, 波形有所移位, 同时也会产生一定的噪声干扰。

打开LabVIEW函数选板, 选择“信号处理”, 在其子菜单中选择“波形生成”, 再选择“均匀白噪声波形”, 噪声各项参数可调, 幅值取0.1 V;然后调用“算术与比较”中的“公式”函数, 将采集信号与噪声信号相加;调用乘法器, 并创建衰减控件y, 用于控制信号的幅值衰减;调用“信号运算”中的函数“Y=X[i-n]”, 创建输入控件n, 模拟波形移位带来的影响。衰减y=0.8, 移位n=-T/10=-0.1μs。处理后波形及程序前面板界面如图7所示。

处理后的信号分两路进入带通滤波器进行滤波。再次选择函数菜单中的“信号处理”项, 其子菜单“滤波器”中列出多种可供选择的滤波器类型, 这里选用Butterworth滤波器, 滤波器类型选择Bandpass;设定采样率为常量, 其值等于高速采集卡速率, 设定高低频截止频率和阶数为可变输入控件, 输入相应的频率和阶数, 对波形进行带通滤波。两路信号经滤波后的波形如图8所示。

包络检波分两步进行, 先调用数学运算函数取其模值, 对波形进行整流, 后经低通滤波器进行包络选取。两路包络相减得到判决波形, 如图9所示。

判决波形需通过引信单片机的串口通信协议, 由串口正确接收回读。参照串口通信协议, 通信两端的串口波特率应保持一致, 这意味着数据线上的采样率应等于该波特率。因此应对解调信号进行降采样处理, 采样间隔等于一个调制周期T。调用信号运算函数“降采样”, 采样间隔dt=T=1/f=1 μs, 对解调信号进行重新采样;对于2FSK信号, 一个调制周期 (0-T) 即对应一个码元, 故再选用波形函数“数模转换”, 分辨率设为1, 将信号转换为二进制数字波形, 最后调用数字函数“数字至二进制转换”将回读结果在界面上显示。显示结果如图10所示。

如上图所示, 回读结果为“0100111000”, 与输入的二进制数据一致, 说明解码无误, 波形可由串口正确接收, 感应装定通信链路具有一定可靠性;但要判定其可靠性达到标准需求, 需进行近一步分析。

仿真过程中建立了多个可变的输入控件, 其中波形衰减参数y, 波形移位参数n, 添加噪声的幅值、采样率, 对应引信接口阻抗的各元件参数;带通滤波器高低频截止频率、滤波器阶数以及包络检波器中各参数控件均对应实际解码电路中各元件参数;降采样间隔dt的值等于接收串口的波特率分之一。将这些可变输入控件对应引信硬件电路中的各参数用来模拟实际参数误差对解码测试产生的影响。如在实际装定过程中, 引信与装定器进行串口通信时设定的波特率会有微小差异, 则重采样间隔dt的值应确认在T1至T2所包含的范围内, 其中T1<T<T2, 要确保装定信号能被串口正确接收, 需使dt值在此范围内连续变化均回读无误。当各输入控件在其范围内变化均可使回读结果正确, 则解码无误, 可判定感应装定通信链路的可靠性达到需求;各控件的输入值范围即为引信硬件电路中各参数的极限值, 保证测试软件可以建立各种极限参数下的虚拟引信电路, 以实现对感应装定通信链路全面、准确的检测。

5结论

膛口动态感应装定通信链路的可靠性在感应装定通信链路设计、研制过程中具有非常重要的作用, 它是膛口动态感应装定参数冗余设计中关键的取决因素。开发与其匹配的动态检测技术将为引信动态装定可靠性的设计、调整和优化, 提供重要的依据, 可大幅提高引信动态感应装定功能可靠性。加速装置通过压力调节可使测试弹丸在装定时达到所需的实际初速, 模拟初次级线圈相对高速运动的动态装定环境, 使装定信息在相对真实的环境下进行感应装定;用高速采集卡从引信接口电路的输入端采集装定信号, 避免引信、装定器发生互检;以基于LabVIEW编程技术的专用测试软件替代引信的解码电路, 模拟各种极限情况下的解码状态, 对装定信号进行解码判定;整个测试过程基本完成了对膛口感应装定通信链路可靠性的动态测试。测试系统更多细节问题将在今后的工作中进行更深层次的分析探讨, 使动态测试环境最大限度地贴近实际环境, 以更好地实现对膛口感应装定通信链路进行全面、真实的检测。

参考文献

[1]纪霞, 沙文龙, 王利.感应装定中炮口速度测定方法研究.弹箭与制导学报, 2004;24 (5) :542—544

[2]马少杰, 张合, 李长生, 等.火箭弹引信电磁感应装定仿真分析.探测与控制学报, 2008;30 (2) :68—72

[3]曲秀杰, 李杰.电子时间引信装定技术研究.探测与控制学报, 2001;23 (3) :21—24

[4]高侃坷, 周军.基于LabVIEW的通信仿真.http://d.wanfang-data.com.cn/Periodical_jrdz200504014.aspx, 2005

[5]王磊, 陶梅.精通LabVIEW8.0.北京:电子工业出版社, 2007

[6]樊昌信, 张甫翊, 徐炳祥, 等.通信原理.北京:国防工业出版社, 2001