坦克電傳動系統試驗臺和信號測試

2 信號的測試和傳感器
試驗臺中需要測試的信號有：電流、電壓、扭矩、轉速，用到的傳感器有：電流傳感器、電壓傳感器、扭矩傳感器、測速傳感器。
2．1 電流電壓的測試
2．1．1 電流電壓傳感器原理
電流電壓傳感器工作原理主要是霍爾效應原理。以磁平衡霍爾電流電壓傳感器為例，其原理如圖4所示。磁平衡霍爾電流傳感器原理：原邊電流In產生的磁通量聚集在磁路中，并由霍爾器件檢測出霍爾電壓信號，經過放大器放大，該電壓信號精確地反映原邊電流。原邊電流In產生的磁通量與霍爾電壓經放大產生的副邊電流Im通過副邊線圈所產生的磁通量相平衡。副邊電流Im精確地反映原邊電流。如果輸出電流經過測量電阻Rm，則可以得到一個與原邊電流成正比的大小為幾伏的電壓輸出信號。磁平衡霍爾電壓傳感器原理：原邊電壓Vp通過原邊電阻R1轉換為原邊電流In，In產生的磁通量與霍爾電壓經放大產生的副邊電流Im通過副邊線圈所產生的磁通量相平衡。副邊電流Im精確地反映原邊電壓。

2．1．2 電流電壓的測試
電流／電壓傳感器產生的信號通過數據采集卡采集。首先把真實的大(或小)電流／電壓模擬量通過傳感器轉換成A／D轉換器所能轉換的范圍，然后經A／D轉換成微機可以識別的數字量，繼而換算可以得到真實的模擬量。如數據采集卡的ACC是L2位，輸入電壓范圍為一5V～+5V，轉換完成后對應關系為0～4095，即OV對應的數字量為2095。通過對應關系換算即可得到實際的電流／電壓量。為提高精確度在采樣時使用數字濾波。如采樣十次，去掉最高和最低的兩次采樣結果，然后把剩余的八次取平均值。
2．2 扭矩的測試
測試臺中扭矩的測試需要用到扭矩傳感器。測量扭矩的方法是把轉軸上的扭矩轉化為與其有一定函數關系的物理量，然后再轉化成相應的電量。這是一種應變式扭矩傳感器，扭矩傳感器轉軸上受扭矩作用后，在其表面產生剪切應變，這一應變可用電阻應變片來測量。應變信號轉換成直流電壓信號，電壓信號通過V／F(壓控振蕩器)轉換成為頻率變化的矩形波信號，將應變信號載于脈沖波上，這一頻率調制信號經發(fā)射片耦合到固定的接受片上，實現信號的無接觸傳輸，接收到的信號通過解調還原成與V／F轉換出的方波同頻率的數字信號。測量時只需測出數字信號的頻率，即可測出與其有一定關系的扭矩。
測試臺中測試電動機的扭矩時，測試軟件通過控制磁粉制動器的電壓，從而控制其輸出的扭矩(作為負載)，測試軟件根據電動機的測試要求自動調節(jié)負載和電樞電壓，測試電動機的轉矩和電流，得出其特性關系。扭矩傳感器輸出的是一定頻率的脈沖信號，通過計數器板采集，工控機進行結算得出與頻率有一定關系的扭矩。扭矩信號與轉速信號都是一定頻率的脈沖信號，所以它們的測試方法是相同的。只是在使用定時／計數板時要注意頻帶范圍。
2．3 轉速的測試
轉速的測試需要用到測速傳感器，測速傳感器就是將旋轉物體的轉速轉換為電量輸出的傳感器。常用的轉速傳感器有光電式、電容式、變磁阻式以及測速發(fā)電機等。在試驗臺中根據工作環(huán)境以及具體的性能指標選用了電感式接近開關，電感式接近開關是變磁阻式轉速傳感器的一種。為測試方便，需加工一個工裝，如圖2所示的感應葉片，當葉片經過測速傳感器時傳感器會輸出一個脈沖。這樣轉速就會和脈沖頻率形成正比關系。工控機通過定時／計數板采集脈沖信號然后進行解算處理，得出脈沖信號的頻率，通過頻率與轉速的對應關系可以算出相應的轉速。也就是測試出一定時間內的脈沖個數即可。
脈沖頻率是通過計數器板測試得到的，其中主要用8254芯片。8254內部包含三個功能完全相同的通道，每個通道內部設置一個16位計數器，可進行二進制或十進制計數。每個通道既可用作定時器也可用作計數器，其內部操作完全相同，區(qū)別在于前者由時鐘脈沖進行減l計數，而后者由計數脈沖進行減1計數。其實計數要由定時和計數互相配合同時進行。本例中我們只用到計數器板上的兩片8254：Ul和U2。Ul的三個通道可以表示為：U1-0、Ul-1、Ul-2。Ul-l作為定時器，U1-2、U2-0等作為計數器。假設片內時鐘為2M作為時鐘脈沖，U1-1最大定時時間為：65536*l／'2000000=0．032768s=32．768ms，如果定時時間短不能滿足要求，則可以用Ul―O輸出頻率更低的方波作為Ul一1的時鐘脈沖。如Ul一0通道采用工作方式3，初值為2000，則輸出頻率為1kHz的方波(2M／2000=lK)，U1-1最大定時時間為：65536*1／1000=65．536s。U1一l、Ul一2、U2―0等都采用工作方式0，利用工作方式0既可完成定時功能，也可完成計數功能。Ul―l作為定時器，根據要求定時的時間和CLKi的周期計算出定時系數，預置到計數器中。定時時間從寫入計數值開始到計數值計到0為止，這時OUTi輸出正跳變，表示定時時間到，利用OUTi輸出的正跳變來控制門控信號GATEi，門控信號GATEi用來控制減1計數操作是否進行。這樣可以計算出定時的時間內接收到的脈沖數，做到精確計數。原理圖如圖5所示。