坦克電傳動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)和信號(hào)測(cè)試

O 引言
    測(cè)試是具有試驗(yàn)性質(zhì)的測(cè)量。測(cè)試技術(shù)包含著測(cè)量和試驗(yàn)兩個(gè)方面內(nèi)容。測(cè)量就是把被測(cè)對(duì)象中的某種信息檢測(cè)出來(lái)并加以量度；試驗(yàn)就是通過(guò)專門的裝置把被測(cè)系統(tǒng)所存在的某種信息激發(fā)出來(lái)并加以測(cè)量。自古以來(lái)，測(cè)試技術(shù)作為科學(xué)技術(shù)的重要分支就滲透在人類的生產(chǎn)活動(dòng)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)與日常生活的各個(gè)方面。隨著我國(guó)軍事裝備現(xiàn)代化和自動(dòng)化水平的提高，對(duì)部隊(duì)裝備的保障也提出了更高的要求。

1 坦克電傳動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)概述
1．1 試驗(yàn)臺(tái)組成
    試驗(yàn)臺(tái)由測(cè)試臺(tái)、控制柜、電阻柜組成。測(cè)試臺(tái)布局如圖1、圖2所示，其包括風(fēng)扇、磁粉制動(dòng)器、減速箱、電磁離合器、扭矩傳感器等?？刂乒裼糜谙到y(tǒng)控制、信號(hào)采集及顯示。由陽(yáng)柜用于為電機(jī)大機(jī)提負(fù)載。

1．2 試驗(yàn)臺(tái)工作原理
    坦克電傳動(dòng)系統(tǒng)由三個(gè)電氣部件組成——電機(jī)擴(kuò)大機(jī)、炮塔電動(dòng)機(jī)、測(cè)速發(fā)電機(jī)。電機(jī)擴(kuò)大機(jī)和炮塔電動(dòng)機(jī)進(jìn)行單獨(dú)測(cè)試，測(cè)速發(fā)電機(jī)在炮塔電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行。試驗(yàn)臺(tái)工作原理建立在所測(cè)部件與檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)正常的車內(nèi)工作環(huán)境平臺(tái)。這項(xiàng)任務(wù)由兩個(gè)直流穩(wěn)壓電源、磁粉制動(dòng)器、電阻柜和控制部分的有機(jī)結(jié)合來(lái)完成。試驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)電路原理如圖3所示。圖中有A—S的方框表示電流傳感器，有V——S的方框表示電壓傳感器。

2 信號(hào)的測(cè)試和傳感器
    試驗(yàn)臺(tái)中需要測(cè)試的信號(hào)有：電流、電壓、扭矩、轉(zhuǎn)速，用到的傳感器有：電流傳感器、電壓傳感器、扭矩傳感器、測(cè)速傳感器。
2．1 電流電壓的測(cè)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(yīng)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(chǎn)生的磁通量聚集在磁路中，并由霍爾器件檢測(cè)出霍爾電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大器放大，該電壓信號(hào)精確地反映原邊電流。原邊電流In產(chǎn)生的磁通量與霍爾電壓經(jīng)放大產(chǎn)生的副邊電流Im通過(guò)副邊線圈所產(chǎn)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(jīng)過(guò)測(cè)量電阻Rm，則可以得到一個(gè)與原邊電流成正比的大小為幾伏的電壓輸出信號(hào)。磁平衡霍爾電壓傳感器原理：原邊電壓Vp通過(guò)原邊電阻R1轉(zhuǎn)換為原邊電流In，In產(chǎn)生的磁通量與霍爾電壓經(jīng)放大產(chǎn)生的副邊電流Im通過(guò)副邊線圈所產(chǎn)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(cè)試
    電流／電壓傳感器產(chǎn)生的信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡采集。首先把真實(shí)的大(或小)電流／電壓模擬量通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換成A／D轉(zhuǎn)換器所能轉(zhuǎn)換的范圍，然后經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換成微機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字量，繼而換算可以得到真實(shí)的模擬量。如數(shù)據(jù)采集卡的ACC是L2位，輸入電壓范圍為一5V～+5V，轉(zhuǎn)換完成后對(duì)應(yīng)關(guān)系為0～4095，即OV對(duì)應(yīng)的數(shù)字量為2095。通過(guò)對(duì)應(yīng)關(guān)系換算即可得到實(shí)際的電流／電壓量。為提高精確度在采樣時(shí)使用數(shù)字濾波。如采樣十次，去掉最高和最低的兩次采樣結(jié)果，然后把剩余的八次取平均值。
2．2 扭矩的測(cè)試
    測(cè)試臺(tái)中扭矩的測(cè)試需要用到扭矩傳感器。測(cè)量扭矩的方法是把轉(zhuǎn)軸上的扭矩轉(zhuǎn)化為與其有一定函數(shù)關(guān)系的物理量，然后再轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的電量。這是一種應(yīng)變式扭矩傳感器，扭矩傳感器轉(zhuǎn)軸上受扭矩作用后，在其表面產(chǎn)生剪切應(yīng)變，這一應(yīng)變可用電阻應(yīng)變片來(lái)測(cè)量。應(yīng)變信號(hào)轉(zhuǎn)換成直流電壓信號(hào)，電壓信號(hào)通過(guò)V／F(壓控振蕩器)轉(zhuǎn)換成為頻率變化的矩形波信號(hào)，將應(yīng)變信號(hào)載于脈沖波上，這一頻率調(diào)制信號(hào)經(jīng)發(fā)射片耦合到固定的接受片上，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的無(wú)接觸傳輸，接收到的信號(hào)通過(guò)解調(diào)還原成與V／F轉(zhuǎn)換出的方波同頻率的數(shù)字信號(hào)。測(cè)量時(shí)只需測(cè)出數(shù)字信號(hào)的頻率，即可測(cè)出與其有一定關(guān)系的扭矩。
    測(cè)試臺(tái)中測(cè)試電動(dòng)機(jī)的扭矩時(shí)，測(cè)試軟件通過(guò)控制磁粉制動(dòng)器的電壓，從而控制其輸出的扭矩(作為負(fù)載)，測(cè)試軟件根據(jù)電動(dòng)機(jī)的測(cè)試要求自動(dòng)調(diào)節(jié)負(fù)載和電樞電壓，測(cè)試電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和電流，得出其特性關(guān)系。扭矩傳感器輸出的是一定頻率的脈沖信號(hào)，通過(guò)計(jì)數(shù)器板采集，工控機(jī)進(jìn)行結(jié)算得出與頻率有一定關(guān)系的扭矩。扭矩信號(hào)與轉(zhuǎn)速信號(hào)都是一定頻率的脈沖信號(hào)，所以它們的測(cè)試方法是相同的。只是在使用定時(shí)／計(jì)數(shù)板時(shí)要注意頻帶范圍。
2．3 轉(zhuǎn)速的測(cè)試
    轉(zhuǎn)速的測(cè)試需要用到測(cè)速傳感器，測(cè)速傳感器就是將旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為電量輸出的傳感器。常用的轉(zhuǎn)速傳感器有光電式、電容式、變磁阻式以及測(cè)速發(fā)電機(jī)等。在試驗(yàn)臺(tái)中根據(jù)工作環(huán)境以及具體的性能指標(biāo)選用了電感式接近開關(guān)，電感式接近開關(guān)是變磁阻式轉(zhuǎn)速傳感器的一種。為測(cè)試方便，需加工一個(gè)工裝，如圖2所示的感應(yīng)葉片，當(dāng)葉片經(jīng)過(guò)測(cè)速傳感器時(shí)傳感器會(huì)輸出一個(gè)脈沖。這樣轉(zhuǎn)速就會(huì)和脈沖頻率形成正比關(guān)系。工控機(jī)通過(guò)定時(shí)／計(jì)數(shù)板采集脈沖信號(hào)然后進(jìn)行解算處理，得出脈沖信號(hào)的頻率，通過(guò)頻率與轉(zhuǎn)速的對(duì)應(yīng)關(guān)系可以算出相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。也就是測(cè)試出一定時(shí)間內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)即可。
    脈沖頻率是通過(guò)計(jì)數(shù)器板測(cè)試得到的，其中主要用8254芯片。8254內(nèi)部包含三個(gè)功能完全相同的通道，每個(gè)通道內(nèi)部設(shè)置一個(gè)16位計(jì)數(shù)器，可進(jìn)行二進(jìn)制或十進(jìn)制計(jì)數(shù)。每個(gè)通道既可用作定時(shí)器也可用作計(jì)數(shù)器，其內(nèi)部操作完全相同，區(qū)別在于前者由時(shí)鐘脈沖進(jìn)行減l計(jì)數(shù)，而后者由計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)行減1計(jì)數(shù)。其實(shí)計(jì)數(shù)要由定時(shí)和計(jì)數(shù)互相配合同時(shí)進(jìn)行。本例中我們只用到計(jì)數(shù)器板上的兩片8254：Ul和U2。Ul的三個(gè)通道可以表示為：U1-0、Ul-1、Ul-2。Ul-l作為定時(shí)器，U1-2、U2-0等作為計(jì)數(shù)器。假設(shè)片內(nèi)時(shí)鐘為2M作為時(shí)鐘脈沖，U1-1最大定時(shí)時(shí)間為：65536*l／'2000000=0．032768s=32．768ms，如果定時(shí)時(shí)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(shí)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(shí)時(shí)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(shí)功能，也可完成計(jì)數(shù)功能。Ul—l作為定時(shí)器，根據(jù)要求定時(shí)的時(shí)間和CLKi的周期計(jì)算出定時(shí)系數(shù)，預(yù)置到計(jì)數(shù)器中。定時(shí)時(shí)間從寫入計(jì)數(shù)值開始到計(jì)數(shù)值計(jì)到0為止，這時(shí)OUTi輸出正跳變，表示定時(shí)時(shí)間到，利用OUTi輸出的正跳變來(lái)控制門控信號(hào)GATEi，門控信號(hào)GATEi用來(lái)控制減1計(jì)數(shù)操作是否進(jìn)行。這樣可以計(jì)算出定時(shí)的時(shí)間內(nèi)接收到的脈沖數(shù)，做到精確計(jì)數(shù)。原理圖如圖5所示。

3 測(cè)試軟件
    測(cè)試軟件的主要功能是自動(dòng)控制電動(dòng)機(jī)、擴(kuò)大機(jī)進(jìn)行工作，檢測(cè)出各參數(shù)并生成特性曲線，還可以把各參數(shù)和特性曲線顯示、打印或存儲(chǔ)。測(cè)試軟件的流程是在手動(dòng)測(cè)試流程的基礎(chǔ)上加以細(xì)化生成的。測(cè)試軟件按流程控制各通路的開關(guān)、控制電壓和電流的升降、控制扭矩和電阻負(fù)載的大小、控制各路A／D信號(hào)和扭矩轉(zhuǎn)速信號(hào)的采集換算、控制D／A信號(hào)的大小和輸出、控制各種參數(shù)信息在屏幕的顯示。信號(hào)采樣時(shí)使用數(shù)字濾波來(lái)提高準(zhǔn)確度。為保護(hù)試驗(yàn)臺(tái)和電機(jī)，軟件使用了保護(hù)裝置。操作系統(tǒng)為Win98，開發(fā)工具采用Visual C++。測(cè)試軟件還提供了友好的人機(jī)界面，便于操作。 

4 結(jié)束語(yǔ)
    坦克電傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)提高了自動(dòng)化程度、測(cè)試水平和工作效率?，F(xiàn)在已經(jīng)研制成功并且得到廣泛應(yīng)用。