專(zhuān)利名稱(chēng)：基于虛擬儀器的編碼器測(cè)試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種測(cè)試裝置，特別涉及一種基于虛擬儀器的編碼器測(cè)試裝置。
背景技術(shù)：
傳感器是測(cè)量?jī)x器、智能化儀表、自動(dòng)控制系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)信息輸入裝置中的敏 感元件。傳感器的質(zhì)量不僅直接關(guān)系到設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，而且關(guān)系到系統(tǒng)的安全問(wèn)題，特別 是一些提供反饋信號(hào)的傳感器，其工作狀態(tài)直接影響到系統(tǒng)的性能。據(jù)統(tǒng)計(jì)，80 %的控制系 統(tǒng)失效起因于傳感器的故障，僅靠人力去發(fā)現(xiàn)和修復(fù)傳感器故障很難做到及時(shí)有效。作為自動(dòng)控制技術(shù)典型應(yīng)用的電力機(jī)車(chē)，運(yùn)行控制系統(tǒng)復(fù)雜，系統(tǒng)中含有大量的 傳感器，它們的故障對(duì)機(jī)車(chē)可靠運(yùn)行具有重大影響。本實(shí)用新型中涉及的對(duì)象為光電編碼 器，它是“和諧”號(hào)動(dòng)車(chē)機(jī)組上的重要部件，用來(lái)檢測(cè)和反饋機(jī)車(chē)的運(yùn)行速度，機(jī)車(chē)司機(jī)根據(jù) 檢測(cè)的速度做出判斷。但由于受機(jī)車(chē)振動(dòng)、日光暴曬、雨水和油污等的侵襲，使得光電編碼 器成為機(jī)車(chē)控制系統(tǒng)中最易發(fā)生故障的部件之一，這樣就會(huì)直接影響到機(jī)車(chē)的工作情況， 從而進(jìn)一步影響到機(jī)車(chē)的運(yùn)行安全。因此光電編碼器的故障檢測(cè)對(duì)于電傳動(dòng)機(jī)車(chē)的安全運(yùn) 行有著舉足輕重的作用，各電傳動(dòng)機(jī)車(chē)檢修段都將速度傳感器檢測(cè)作為定期檢修的重要設(shè) 備。目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)機(jī)務(wù)段的維修人員對(duì)于光電編碼器的故障靠簡(jiǎn)單儀器來(lái)進(jìn)行測(cè) 試和人工診斷故障，對(duì)故障產(chǎn)生的原因不能深刻地分析。容易產(chǎn)生誤判和漏判，所以傳統(tǒng)的 測(cè)試方法很難滿(mǎn)足提高測(cè)試效率和縮短維修時(shí)間要求。因此，研究傳感器故障機(jī)理的分析 和診斷方法，設(shè)計(jì)一種針對(duì)光電編碼器故障測(cè)試的低成本、高效率、高可靠性診斷裝置十分 必要，也具有現(xiàn)實(shí)意義。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型是針對(duì)傳統(tǒng)的測(cè)試裝置很難滿(mǎn)足提高測(cè)試效率和縮短維修時(shí)間要求 的問(wèn)題，提出了一種基于虛擬儀器的編碼器測(cè)試裝置，通過(guò)測(cè)試平臺(tái)結(jié)構(gòu)結(jié)合由傳感器、數(shù) 據(jù)采集卡、步進(jìn)電機(jī)和工業(yè)計(jì)算機(jī)組成的虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)，可動(dòng)態(tài)地采集光電編碼器的 輸出脈沖，然后對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行診斷、整理、顯示、保存以及報(bào)表打印等后續(xù)工作，進(jìn)而對(duì)光 電編碼器的故障做出評(píng)價(jià)和診斷分析。是一種低成本、高效率、高可靠性光電編碼器診斷裝 置。本實(shí)用新型的技術(shù)方案為基于虛擬儀器的編碼器測(cè)試裝置，包括工業(yè)計(jì)算機(jī)、 數(shù)據(jù)采集卡、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、編碼器、光電編碼器轉(zhuǎn)軸、信號(hào)處理電路、聯(lián)軸 器、傳感器電源、緊固架、導(dǎo)軌，編碼器套到緊固架上，緊固架固定在可調(diào)整的導(dǎo)軌上，編碼 器轉(zhuǎn)軸套入聯(lián)結(jié)軸中，聯(lián)軸器連接了編碼器和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的軸端，讓傳感器跟著步進(jìn)電動(dòng) 機(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，工業(yè)計(jì)算機(jī)發(fā)出指令控制數(shù)據(jù)采集卡的計(jì)數(shù)器輸出控制信號(hào)到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 器控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，編碼器將步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)通過(guò)信號(hào)處理電路后進(jìn)入數(shù)據(jù)采集卡， 數(shù)據(jù)采集卡將數(shù)據(jù)再反饋回工業(yè)計(jì)算機(jī)。[0007]所述編碼器包括光電編碼器、旋轉(zhuǎn)編碼器和虛擬儀器軟件。所述信號(hào)處理電路包 括光電編碼器信號(hào)處理卡、旋轉(zhuǎn)編碼器信號(hào)處理卡、數(shù)字信號(hào)處理卡。
本實(shí)用新型的有益效果在于本實(shí)用新型基于虛擬儀器的編碼器測(cè)試裝置，能自 動(dòng)地完成光電編碼器的故障診斷和提出維修措施；由虛擬儀器編制的程序可根據(jù)測(cè)試對(duì)象 類(lèi)型的更換進(jìn)行方便的更改，提高了靈活性；數(shù)據(jù)采集速度快，并且消除了人工讀書(shū)引起的 誤差；測(cè)試精度高，重復(fù)性好，可節(jié)省大量的時(shí)間和人力，大大提高了測(cè)試效率，并且提高可 靠性。

圖1是本實(shí)用新型光電編碼器結(jié)構(gòu)圖；圖2是本實(shí)用新型基于虛擬儀器的編碼器測(cè)試裝置前視圖；圖3是本實(shí)用新型基于虛擬儀器的編碼器測(cè)試裝置左側(cè)視圖；圖4是本實(shí)用新型基于虛擬儀器的編碼器測(cè)試裝置后視圖；圖5是本實(shí)用新型基于虛擬儀器的編碼器測(cè)試裝置工作原理框圖；圖6是本實(shí)用新型基于虛擬儀器的編碼器測(cè)試裝置的測(cè)試軟件流程圖；圖7是本實(shí)用新型基于虛擬儀器的編碼器測(cè)試裝置的測(cè)試軟件操作界面圖。
具體實(shí)施方式
如圖1光電編碼器結(jié)構(gòu)圖，包括光電編碼器傳感器101，航空插頭102，螺絲孔103， 光電編碼器轉(zhuǎn)軸104，線(xiàn)纜105?；谔摂M儀器的光電編碼器測(cè)試裝置如圖2、圖3及圖4所示由硬件設(shè)備和測(cè) 試軟件兩個(gè)分系統(tǒng)組成，硬件設(shè)備分系統(tǒng)主要包括顯示屏201，電源開(kāi)關(guān)202，計(jì)算機(jī)開(kāi)關(guān) 203，電源電壓顯示屏204，電源指示燈205，計(jì)算機(jī)指示燈206，打印機(jī)207，航空插座208，聯(lián) 接軸209，緊固架210，導(dǎo)軌211，鼠標(biāo)212，鍵盤(pán)213，控制臺(tái)214 ；工業(yè)計(jì)算機(jī)401，光電編碼 器信號(hào)處理卡403，旋轉(zhuǎn)編碼器信號(hào)處理卡404，數(shù)字信號(hào)處理卡405，光電編碼器供電電源 406，信號(hào)處理卡電源407，步進(jìn)電機(jī)408，步進(jìn)電機(jī)電源開(kāi)關(guān)409，風(fēng)扇410，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 411，旋轉(zhuǎn)編碼器412 ；數(shù)據(jù)采集卡501等部分。測(cè)試軟件分系統(tǒng)701主要由步進(jìn)電機(jī)的運(yùn) 動(dòng)控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析與處理及數(shù)據(jù)的顯示與存儲(chǔ)等四個(gè)部分組成。如圖5所示裝置工作原理框圖，裝置包括工業(yè)計(jì)算機(jī)401、數(shù)據(jù)采集卡501、步進(jìn)電 動(dòng)機(jī)408及步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)411、編碼器309、信號(hào)處理電路404、聯(lián)軸器209、傳感器電源406、 航空插座208，人機(jī)聯(lián)系的部件顯示器201、打印機(jī)207、鼠標(biāo)212和鍵盤(pán)213。其中計(jì)算機(jī) 401用來(lái)存儲(chǔ)程序、數(shù)據(jù)，并進(jìn)行一系列的運(yùn)算和處理；數(shù)據(jù)采集501是計(jì)算機(jī)401與外部 物理器件連接的橋梁；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)408及驅(qū)動(dòng)器411作為系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，直接接收來(lái)自計(jì) 算機(jī)401的數(shù)字信號(hào)，不需要經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換；編碼器309用于檢測(cè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)408的轉(zhuǎn)速， 對(duì)系統(tǒng)起反饋?zhàn)饔?；信?hào)處理電路404主要由處理前期信號(hào)，使進(jìn)入計(jì)算機(jī)401的信號(hào)符合 技術(shù)要求；聯(lián)軸器209連接了光電編碼器309和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)408的軸端，讓傳感器跟著步進(jìn) 電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)；固定導(dǎo)軌部件用于緊固和調(diào)整光電編碼器309在測(cè)試臺(tái)上的位置，使傳 感器101與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)411更好的同軸銜接；人機(jī)聯(lián)系的部件的作用是溝通操作者和儀器 之間的聯(lián)系，它主要由儀器面板中的鍵盤(pán)213和液晶顯示屏201等組成。[0019]通過(guò)測(cè)試平臺(tái)結(jié)構(gòu)結(jié)合由軟件程序發(fā)出指令控制數(shù)據(jù)采集卡501的計(jì)數(shù)器輸出 一系列脈沖到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器411控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)光電編碼器和編 碼器轉(zhuǎn)動(dòng)，光電編碼器和編碼器將輸出一系列脈沖方波，這些脈沖方波經(jīng)過(guò)信號(hào)處理電路 變換、放大、整形、去噪、濾波等過(guò)程處理轉(zhuǎn)換為合適的電壓信號(hào)進(jìn)入數(shù)據(jù)采集卡501，由軟 件處理系統(tǒng)對(duì)這些脈沖方波的頻率、波幅、波谷、占空比及相位差等參數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析，然 后對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行診斷、整理、顯示、保存以及報(bào)表打印等后續(xù)工作，進(jìn)而對(duì)光電編碼器的 故障做出評(píng)價(jià)和診斷分析。上述所說(shuō)的測(cè)試裝置的機(jī)械安裝平臺(tái)如圖2所示，首先把光電編碼器309沿著螺 絲215套到緊固架210上，按照導(dǎo)軌211的方向調(diào)整緊固架210，確保光電編碼器轉(zhuǎn)軸104 套 入聯(lián)結(jié)軸209中，并保持光電編碼器轉(zhuǎn)軸104與聯(lián)結(jié)軸209在軸向上一致；然后將航空插 頭102接到航空插座208上并擰緊；接著打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)202、計(jì)算機(jī)開(kāi)關(guān)203及步進(jìn)電機(jī)電 源開(kāi)關(guān)，風(fēng)扇410開(kāi)始工作起散熱作用；通過(guò)軟件界面的控制按鈕704使能步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 411驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)308以一定的轉(zhuǎn)速往逆時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)；光電編碼器信號(hào)處理卡403和旋 轉(zhuǎn)編碼器信號(hào)處理卡404將對(duì)光電編碼器101和旋轉(zhuǎn)編碼器412輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行預(yù)濾 波、隔離、放大、再濾波處理，并轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)采集卡501所能夠接受的電壓范圍，輸送到工業(yè) 計(jì)算機(jī)401。上述所說(shuō)的測(cè)試軟件分系統(tǒng)701流程圖如圖6所示測(cè)試軟件首先完成數(shù)據(jù)采集 卡的采樣頻率、采用點(diǎn)數(shù)、采樣通道等參數(shù)的設(shè)置，控制步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)和數(shù)據(jù)采集卡對(duì)光電 編碼器和旋轉(zhuǎn)編碼器信號(hào)進(jìn)行同步采用；將采樣后得到的數(shù)據(jù)送至計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析 與處理，主要是對(duì)被采集來(lái)的信號(hào)進(jìn)行濾波、頻率計(jì)算及相位差計(jì)算；數(shù)據(jù)的顯示與回調(diào)于 前面板的表格用于對(duì)所處理的信號(hào)以直觀(guān)的示波窗口、表格等形式輸出，電機(jī)調(diào)速用于測(cè) 試不同轉(zhuǎn)速下的情況，以判斷光電編碼器是否有故障，提高測(cè)試的精確度，對(duì)于測(cè)試過(guò)程操 作正確的數(shù)據(jù)送至EXCEL中保持，可方便調(diào)用；程序檢測(cè)到關(guān)閉指令后，調(diào)用Windows底層 的API函數(shù)，進(jìn)入關(guān)機(jī)畫(huà)面，程序自動(dòng)關(guān)閉。在本實(shí)例所涉及的基于虛擬儀器的光電編碼器測(cè)試裝置的軟件分系統(tǒng)中，采用模 塊化、層次化的思想進(jìn)行編制。模塊化設(shè)計(jì)要求在進(jìn)行具體編程的過(guò)程中，按照層次結(jié)構(gòu)， 對(duì)每個(gè)獨(dú)立的任務(wù)編制相應(yīng)獨(dú)立的程序模塊，根據(jù)主程序任務(wù)的需要，對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行調(diào) 用；層次化設(shè)計(jì)，即要求自上而下的把軟件從整體到布局進(jìn)行層層細(xì)分，分析各個(gè)任務(wù)的細(xì) 節(jié)以及相互之間的關(guān)系。上述所涉及的軟件分系統(tǒng)主要完成了以下任務(wù)如圖7所示測(cè)試軟件操作界面圖，測(cè)試軟件主界面701，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)702，測(cè)試數(shù)據(jù) 703，控制按鈕704，波形圖705，故障診斷與分析結(jié)果顯示框706。首先，利用軟件圖形化界 面功能，快速地編制好用戶(hù)界面。用戶(hù)可以簡(jiǎn)單地通過(guò)主界面上的控制操作測(cè)試系統(tǒng)以完 成測(cè)試任務(wù)。通過(guò)主界面上的顯示控制，進(jìn)行測(cè)試的波形顯示、數(shù)據(jù)顯示等，編寫(xiě)測(cè)試中各 種測(cè)試功能模塊，這是軟件系統(tǒng)最核心的部分。其中包括初始參數(shù)設(shè)置，測(cè)試項(xiàng)目選擇，步 進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)采集、分析等模塊，對(duì)測(cè)試的數(shù)據(jù)進(jìn)行保持、顯示和分析，并可以回調(diào) 數(shù)據(jù)，再現(xiàn)測(cè)試數(shù)據(jù)和圖形。其次，在確定了軟件系統(tǒng)的功能和任務(wù)劃分后，可以設(shè)計(jì)出主要程序結(jié)構(gòu)和程序 流程圖，明確了各個(gè)功能模塊的劃分，在定義的公用數(shù)據(jù)接口上，進(jìn)行各模塊的編程，這樣 可以使程序有條理，容易修改和維護(hù)。[0025]在本實(shí)用新型各個(gè)實(shí)施例中的各功能可以集成在一個(gè)處理模塊中，也可以是各個(gè) 單元單獨(dú)物理存在，也可以?xún)蓚€(gè)或者兩個(gè)以上單元集成在一個(gè)模塊中。上述集成的模塊既 可以采用硬件的形式實(shí)現(xiàn)，也可以采用軟件功能模塊的形式實(shí)現(xiàn)。所述集成的模塊如果以 軟件功能模塊的形式實(shí)現(xiàn)并作為獨(dú)立的產(chǎn)品銷(xiāo)售或使用時(shí)，也可以存儲(chǔ)在一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀 取存儲(chǔ)介質(zhì)中。綜上所述，本文提供了一種基于虛擬儀器的光電編碼器測(cè)試裝置及系統(tǒng)，對(duì)其原 理、測(cè)試平臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā) 明的方案；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本實(shí)用新型的思想，在具體實(shí)施方式
及 應(yīng)用范圍上均會(huì)有用處，本說(shuō)明書(shū)內(nèi)容不應(yīng)該理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。
權(quán)利要求一種基于虛擬儀器的編碼器測(cè)試裝置，其特征在于，包括工業(yè)計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、編碼器、光電編碼器轉(zhuǎn)軸、信號(hào)處理電路、聯(lián)軸器、傳感器電源、緊固架、導(dǎo)軌，編碼器套到緊固架上，緊固架固定在可調(diào)整的導(dǎo)軌上，編碼器轉(zhuǎn)軸套入聯(lián)結(jié)軸中，聯(lián)軸器連接了編碼器和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的軸端，讓傳感器跟著步進(jìn)電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，工業(yè)計(jì)算機(jī)發(fā)出指令控制數(shù)據(jù)采集卡的計(jì)數(shù)器輸出控制信號(hào)到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，編碼器將步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)通過(guò)信號(hào)處理電路后進(jìn)入數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡將數(shù)據(jù)再反饋回工業(yè)計(jì)算機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于虛擬儀器的編碼器測(cè)試裝置，其特征在于，所述編碼器包 括光電編碼器、旋轉(zhuǎn)編碼器和虛擬儀器軟件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于虛擬儀器的編碼器測(cè)試裝置，其特征在于，所述信號(hào)處理 電路包括光電編碼器信號(hào)處理卡、旋轉(zhuǎn)編碼器信號(hào)處理卡、數(shù)字信號(hào)處理卡。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于虛擬儀器的編碼器測(cè)試裝置，編碼器套到緊固架上，緊固架固定在可調(diào)整的導(dǎo)軌上，編碼器轉(zhuǎn)軸套入聯(lián)結(jié)軸中，聯(lián)軸器連接了編碼器和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的軸端，讓傳感器跟著步進(jìn)電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，工業(yè)計(jì)算機(jī)發(fā)出指令控制數(shù)據(jù)采集卡的計(jì)數(shù)器輸出控制信號(hào)到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，編碼器將步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)通過(guò)信號(hào)處理電路后進(jìn)入數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡將數(shù)據(jù)再反饋回工業(yè)計(jì)算機(jī)。自動(dòng)地完成光電編碼器的故障診斷和提出維修措施；可根據(jù)測(cè)試對(duì)象類(lèi)型的更換進(jìn)行方便的更改，提高了靈活性；數(shù)據(jù)采集速度快，消除了人工讀書(shū)引起的誤差；測(cè)試精度高，重復(fù)性好，大大提高了測(cè)試效率，并且提高可靠性。
文檔編號(hào)G01D18/00GK201731895SQ20102023353
公開(kāi)日2011年2月2日 申請(qǐng)日期2010年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月22日
發(fā)明者呂新慧, 楊文煥, 葛敏, 陳慶生 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)