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基于LabVIEW谱分析法求转轴扭矩的原理研究

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  用NI" title="NI">NI" title="NI">NI公司的数据采集卡将信号采集进来,根据实验所需的分辨率、采样率(A/D转换位数)通道数等参数选取具体型号的数据采集卡。用如图6所示的流程图进行设计,通过频谱分析法求取两路信号的相位差。本文从原型入手,用LabVIEW中的信号发生器产生的两路模拟正弦信号进行设计,完成转轴扭矩的原理研究。当进行实际信号测试时,只需将信号发生部分改成实际采集信号,即可求得实际采集的两路信号的相位差。

  一个LabVIEW程序包括3个主要部分:前面板、程序框图、图标/接线端口。前面板是LabVIEW程序交互式图形化用户界面, 用于设置用户输入和显示程序输出, 目的是仿真真实意义的前面板;框图程序则是利用图形语言对前面板上的控制量和指标量进行控制;图标/接线端口用于把LabVIEW程序定义成一个子程序, 以便在其他程序中加以调用, 这使得LabVIEW 得以实现层次化、模块化编程[2]。
  前面板设计:
  (1)从控件选板上选择6个数值输入控件,包括:采样点数、采样周期、信号1幅值、信号1初相位、信号2幅值、信号2初相位;
  (2)从控件选板上选择1个数值输出控件,即两路信号的相位差;
  (3)从空间选板上的Express中选择1个停止按钮,用于随时结束程序的运行;
  (4)从控制选板的Express中选取1个图形显示控件。可将两路信号波形显示出来。
  程序框图设计:
  (1)从函数选板上的信号处理中选取2个正弦信号发生器vi,2个幅值谱和相位谱vi;
  (2)从函数选板上的编程中选取1个索引数组vi,1个创建数组vi;
  (3)从函数选板上的编程中选取所需的数值vi;
  (4)从函数选板上的编程中选取while循环结构,使其将所有vi均包含在内,达到循环求取的功能;
  (5)按图7所示进行连线即可。 

  连线完毕,将采样点数设为1 024,采样周期设为3,信号1、2幅值设为3,信号1初相位设为0°,信号2初相位设为90°。运行后,如图8所示。

  需要特别说明的是,由于频谱分析法是以余弦信号作为标准,因此实际测得两路信号的相位差为-90°。
  借助于激光读出头的工作原理,将转轴扭矩的测量转换为求取两路信号的相位差,运用这种间接求取的方法,将扭矩信号的测量简易化。另外,利用LabVIEW虚拟仪器平台实现硬件与计算机软件的有效结合, 用已有的频谱分析vi求取相位差,开发出了一种转轴扭矩的测量系统,将光电、机械、信号处理有机地结合在一起,为采用非接触的方式测量转轴扭矩提供了一种新的研究方向。
参考文献
[1] 董全林,高海宾,刘彬,等.利用弧形光栅尺测量大型转轴扭矩的原理研究[J].光学技术,2003,29(2):204-207.
[2] 王永高,薛冬新,宋希庚.基于LabVIEW的相位差法测量发动机轴功率[J]. 微计算机信息,2007,23(1):76-77.
[3] 关林风,李爱华,姚行中,等.光盘驱动器原理和维修技术[M]. 北京:科学出版社,2001.
[4] 程佩青.数字信号处理教程[M].北京:清华大学出版社,2001.
 

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