摘要：針對汽車洗滌器電機體積小、轉速高、測試效率低的問題，以LabVIEW為軟件平臺開 發(fā)了界面友好操作簡便的虛似儀器測試系統(tǒng)，提高了測試速度和工作效率。
關鍵詞：直流電動機；轉速；測試；LabVIEW;虛似儀器
0引言
一般測量轉速的方法都需要一些附加的要求， 或者需要將電機固定在專用的裝置上，如閃光測速 儀；或者需要在電機的旋轉部分貼上標記，如光電 數字轉速表等，給生產上帶來不便。汽車洗滌器電 機體積小，直徑一般在28mm32mm之間，高度 在40mm50mm之間，輸出軸直徑2mm3mm, 空載轉速24000r/min26000r/min。基本無法用 上述方法在生產線上對轉速進行監(jiān)測。通常在生產 線上只檢測洗滌泵總成（電機+泵）電流大小，判定 其好壞。因此，當一批產品出現質量問題時，很難 進行有效分析。本文利用虛擬儀器技術，做了一些 試驗工作，取得了較好的效果，在此基礎上利用 Lab VIEW為軟件平臺，開發(fā)出界面友好操作簡便 的虛似儀器測試系統(tǒng)。一般情況下，測試一個電機 轉速和電流，只需花2s3s。提高了測試效率， 優(yōu)點非常顯著。
1虛擬儀器的檢測原理及系統(tǒng)組成
1)確Lab VIEW軟件平臺
Lab VIEW (laboratory virtual instrument eng 卜 neering workbench,實驗室虛擬儀器工作平臺）是 美國國家儀器公司（NI)在1986年推出的一種基于 圖形化編程語言(G語言）的虛擬儀器開發(fā)環(huán)境。它 具有十分強大的功能，包括數值函數運算、數據采 集、信號處理、輸人輸出控制、信號生成、圖形獲 取、處理和傳輸等。LabVIEW的執(zhí)行順序是以方 塊圖間數據的傳遞來決定的，不像傳統(tǒng)程序語言必
收稿日期：2005-09-19
須逐行執(zhí)行，因此用戶能設計出可同時執(zhí)行多個程 序的流程圖。人機交互界面直觀友好，設計者可以 象搭積木一樣，輕松組建測量系統(tǒng)。LabVIEW面 向測試工程師，編程方便。開發(fā)的虛擬儀器軟件可 在Lab VIEW環(huán)境下運行，也可編譯為獨立的可執(zhí) 行軟件，具有開發(fā)簡便，技術集成化高，性能擴充 性好，自動化程度高及系統(tǒng)成本低等優(yōu)點。
2)虛擬測試系統(tǒng)的組成 虛擬測試系統(tǒng)主要由以下幾部組成：（1)傳感 部分；（2)數據采集卡；（3)計算機系統(tǒng)一自動測試 系統(tǒng)的軟件結構。
(1)傳感部分 a轉速的取樣
直流電機工作時將在電流回路中產生明顯的脈 動分量(如圖1)。其頻率與電動機極數、換向器片 數和電機轉速相關。因此對電機轉速的測量，可歸 結為對電樞電流脈動頻率的測量。
為了從電機回路中取得電樞電流脈動頻率信 號，取樣電路采用電流互感器形式。電流互感器的 初級回路串接人電機供電回路，在電流互感器次級 可得到電機運轉時升壓后的脈動頻率信號。
由于直流電機的換向過程非常復雜，在運轉中 發(fā)出的電磁干擾噪聲不論在時域上還是頻域上都是 隨機的，也就是說在電流波形中存在很多毛刺及尖
峰，檢測到的干擾波形在相鄰頻率上存在很大的離 散性，使得同一臺電機測試多次會得到不同的頻率 譜線分布，影響對轉速的測量。本虛擬測試系統(tǒng)采 用2種方法加以抑制：一是在互感器次級并上電容 器，組成LC諧振選頻電路，作為輸人濾波，使干 擾脈沖信號得到初步抑制。二是在LabVIEW中調 用數字濾波函數，通過軟件對取樣信號進行加工， 提髙其有用信號，減少干擾和噪聲。
b電流的取樣
電流信號從供電穩(wěn)壓電源中的電流表兩端取 樣，通常電流表規(guī)定75mv滿度，故此電流信號先 經運算放大器放大，放大后輸出的電壓信號由 LM331壓頻（V/F)轉換電路轉換為頻率信號，如 圖2所示。
圖2電流的取樣轉換電路
由壓頻(V/F)轉換電路工作原理可知：電路輸 出的是頻率與所加電壓嚴格成正比的一串頻率信 號。于是轉速和工作電流的檢測，可以統(tǒng)一為對2 路脈沖頻率信號的檢測。
上述2路脈沖頻率信號通過一條3. 5mm的三 芯插頭連接到計算機聲卡的輸人端。
注意：聲卡的輸人接口有Line in和Mic in的 區(qū)別，后者可接人較弱的信號，幅值大約為0.02V 0.2V，而Line in可接人信號幅值不超過1. 5V。 聲卡的兩個通道是共地的。
(2)數據采集卡
LabVIEW具有很強的數據采集功能，配備有 多種規(guī)格的數據采集卡。由于價格昂貴，在試驗中 選用了計算機自帶的聲卡。
從數據采集的角度來看，聲卡是一種音頻范圍 內的數據采集卡，自然可以用聲卡實現音頻范圍內 的數據采集虛擬儀器。
民用聲卡的價格十分低廉。洗滌器電機轉速頻 率在音頻范圍，而且對指標又沒有太高要求，所以
考慮使用聲卡。LabVIEW提供了操作聲卡的函 數。與本虛擬儀器系統(tǒng)有關的聲卡的主要技術參數 如下。
a采樣的位數
聲卡的位數概念與數據采集卡中位數概念完全 一致。一般的數據采集卡大多只有12位，目前市 面上所有的聲卡主流產品都是16位，在這個指標 上，聲卡毫不遜色于常用數據采集卡。 b采樣頻率
聲卡的最髙采樣頻率是44. 1kHz。采樣頻率 越髙，采樣波形就越接近原來的波形。本測試方法 關心的脈沖頻率在5kHz以下，能夠滿足要求。 c沒有基準電壓
聲卡不提供基準電壓，因此在A/D和D/A使 用時，都需要用戶參照基準電壓進行標定。從上述 介紹可知，本虛擬儀器系統(tǒng)二個測試對象均為頻率 信號，故不需要標定基準電壓。
(3)自動測試系統(tǒng)的軟件結構 虛擬儀器測試系統(tǒng)軟件主要實現以下功能： a人機界面，參數輸人 設置轉速換算系數，合格參數； b自動數據采集
采集、數字濾波，記錄轉速和電流傳感器的信 號，形成記錄文件；
c數據和信號顯示
顯示信號的時域波形、頻域波形及數據等； d測試數據實時分析
頻譜分析功能調用，對信號進行必要的處理， 實驗數據實時判定，計算被測件的合格與否； e數據管理，報表輸出，打印輸出數據。
2關于頻譜分析
眾所周知，一個電信號的特性，可以由其隨時 間的變化來表征，也可以由它所包含的頻率分量， 即頻譜分布來描述。因此時域分析和頻域分析都可 以探知信號的特性，它們之間有著密切的內在聯
系。
對電樞電流脈動頻率的測量可以用測頻的方法 來實現，從實踐結果來看，測頻的方法容易受到干 擾的影響，較難得到穩(wěn)定的結果。
基于對周期信號測量，在頻域分析中，無論是 諧波、噪聲還是非周期采樣等因素，都不可能使譜 線在頻率軸上的位置發(fā)生移動。采用頻譜分析，在
一串被干擾污染的電機轉速脈沖中篩選出主頻來， 相對還是最有效的。
過去由于硬件、軟件多方面的局限，無法做深 人探索，采用LabVEEW后，大部分功能均可由 軟件來完成，采用頻譜分析就變得簡單易行了。經 過與光電測速方法的對比，從實驗數據可以得出， 測量結果完全滿足精度要求，滿足生產線測試需 要，能實現在線質量監(jiān)控分析。
在實驗中也發(fā)現，不同品種的電機，由于設計 和加工工藝的差別，尤其是碳刷組件結構對測試的 影響較大。圖3和圖4為用彈簧太緊的碳刷與采用 磷銅片壓緊的碳刷所產生的電流脈動波形，后者有 時會導致基頻和倍頻的混淆，造成測試誤差。
3結語
利用洗滌器電機工作時供電回路中產生的脈動 分量進行轉速測試，是一個影響因素復雜的測試工 作。本測試系統(tǒng)引人了虛擬儀器的概念，借用計算 機聲卡作為數據采集卡，采用Lab VIEW完成測試 系統(tǒng)軟件設計，采用普通的計算機組成洗滌器電機 轉速測試的虛擬儀器系統(tǒng)，取得了較好的效果。因 為初次應用Lab VIEW軟件平臺，編寫的程序趨于 簡單，未能充分體現LabVIEW擁用的分析處理軟 件包的強大優(yōu)勢和其他擴展功能，尚待進一步實踐 驗證完善，彌補測試系統(tǒng)的不足。
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