摘要：针对汽车洗涤器电机体积小、转速高、测试效率低的问题，以LabVIEW为软件平台开 发了界面友好操作简便的虚似仪器测试系统，提高了测试速度和工作效率。

 

关键词：直流电动机；转速；测试；LabVIEW;虚似仪器

0引言

 

一般测量转速的方法都需要一些附加的要求， 或者需要将电机固定在专用的装置上，如闪光测速 仪；或者需要在电机的旋转部分贴上标记，如光电 数字转速表等，给生产上带来不便。汽车洗涤器电 机体积小，直径一般在28mm32mm之间，高度 在40mm50mm之间，输出轴直径2mm3mm, 空载转速24000r/min26000r/min。基本无法用 上述方法在生产线上对转速进行监测。通常在生产 线上只检测洗涤泵总成（电机+泵）电流大小，判定 其好坏。因此，当一批产品出现质量问题时，很难 进行有效分析。本文利用虚拟仪器技术，做了一些 试验工作，取得了较好的效果，在此基础上利用 Lab VIEW为软件平台，开发出界面友好操作简便 的虚似仪器测试系统。一般情况下，测试一个电机 转速和电流，只需花2s3s。提高了测试效率， 优点非常显著。

 

1虚拟仪器的检测原理及系统组成

 

1)确Lab VIEW软件平台

 

Lab VIEW (laboratory virtual instrument eng 卜 neering workbench,实验室虚拟仪器工作平台）是 美国国家仪器公司（NI)在1986年推出的一种基于 图形化编程语言(G语言）的虚拟仪器开发环境。它 具有十分强大的功能，包括数值函数运算、数据采 集、信号处理、输人输出控制、信号生成、图形获 取、处理和传输等。LabVIEW的执行顺序是以方 块图间数据的传递来决定的，不像传统程序语言必

收稿日期：2005-09-19

须逐行执行，因此用户能设计出可同时执行多个程 序的流程图。人机交互界面直观友好，设计者可以 象搭积木一样，轻松组建测量系统。LabVIEW面 向测试工程师，编程方便。开发的虚拟仪器软件可 在Lab VIEW环境下运行，也可编译为独立的可执 行软件，具有开发简便，技术集成化高，性能扩充 性好，自动化程度高及系统成本低等优点。

 

2)虚拟测试系统的组成 虚拟测试系统主要由以下几部组成：（1)传感 部分；（2)数据采集卡；（3)计算机系统一自动测试 系统的软件结构。

 

(1)传感部分 a转速的取样

 

直流电机工作时将在电流回路中产生明显的脉 动分量(如图1)。其频率与电动机极数、换向器片 数和电机转速相关。因此对电机转速的测量，可归 结为对电枢电流脉动频率的测量。

为了从电机回路中取得电枢电流脉动频率信 号，取样电路采用电流互感器形式。电流互感器的 初级回路串接人电机供电回路，在电流互感器次级 可得到电机运转时升压后的脉动频率信号。

 

由于直流电机的换向过程非常复杂，在运转中 发出的电磁干扰噪声不论在时域上还是频域上都是 随机的，也就是说在电流波形中存在很多毛刺及尖

峰，检测到的干扰波形在相邻频率上存在很大的离 散性，使得同一台电机测试多次会得到不同的频率 谱线分布，影响对转速的测量。本虚拟测试系统采 用2种方法加以抑制：一是在互感器次级并上电容 器，组成LC谐振选频电路，作为输人滤波，使干 扰脉冲信号得到初步抑制。二是在LabVIEW中调 用数字滤波函数，通过软件对取样信号进行加工， 提髙其有用信号，减少干扰和噪声。

 

b电流的取样

 

电流信号从供电稳压电源中的电流表两端取 样，通常电流表规定75mv满度，故此电流信号先 经运算放大器放大，放大后输出的电压信号由 LM331压频（V/F)转换电路转换为频率信号，如 图2所示。

图2电流的取样转换电路

 

由压频(V/F)转换电路工作原理可知：电路输 出的是频率与所加电压严格成正比的一串频率信 号。于是转速和工作电流的检测，可以统一为对2 路脉冲频率信号的检测。

 

上述2路脉冲频率信号通过一条3. 5mm的三 芯插头连接到计算机声卡的输人端。

 

注意：声卡的输人接口有Line in和Mic in的 区别，后者可接人较弱的信号，幅值大约为0.02V 0.2V，而Line in可接人信号幅值不超过1. 5V。 声卡的两个通道是共地的。

 

(2)数据采集卡

 

LabVIEW具有很强的数据采集功能，配备有 多种规格的数据采集卡。由于价格昂贵，在试验中 选用了计算机自带的声卡。

 

从数据采集的角度来看，声卡是一种音频范围 内的数据采集卡，自然可以用声卡实现音频范围内 的数据采集虚拟仪器。

 

民用声卡的价格十分低廉。洗涤器电机转速频 率在音频范围，而且对指标又没有太高要求，所以

考虑使用声卡。LabVIEW提供了操作声卡的函 数。与本虚拟仪器系统有关的声卡的主要技术参数 如下。

 

a采样的位数

 

声卡的位数概念与数据采集卡中位数概念完全 一致。一般的数据采集卡大多只有12位，目前市 面上所有的声卡主流产品都是16位，在这个指标 上，声卡毫不逊色于常用数据采集卡。 b采样频率

 

声卡的最髙采样频率是44. 1kHz。采样频率 越髙，采样波形就越接近原来的波形。本测试方法 关心的脉冲频率在5kHz以下，能够满足要求。 c没有基准电压

 

声卡不提供基准电压，因此在A/D和D/A使 用时，都需要用户参照基准电压进行标定。从上述 介绍可知，本虚拟仪器系统二个测试对象均为频率 信号，故不需要标定基准电压。

 

(3)自动测试系统的软件结构 虚拟仪器测试系统软件主要实现以下功能： a人机界面，参数输人 设置转速换算系数，合格参数； b自动数据采集

 

采集、数字滤波，记录转速和电流传感器的信 号，形成记录文件；

 

c数据和信号显示

 

显示信号的时域波形、频域波形及数据等； d测试数据实时分析

 

频谱分析功能调用，对信号进行必要的处理， 实验数据实时判定，计算被测件的合格与否； e数据管理，报表输出，打印输出数据。

 

2关于频谱分析

 

众所周知，一个电信号的特性，可以由其随时 间的变化来表征，也可以由它所包含的频率分量， 即频谱分布来描述。因此时域分析和频域分析都可 以探知信号的特性，它们之间有着密切的内在联

 

系。

 

对电枢电流脉动频率的测量可以用测频的方法 来实现，从实践结果来看，测频的方法容易受到干 扰的影响，较难得到稳定的结果。

 

基于对周期信号测量，在频域分析中，无论是 谐波、噪声还是非周期采样等因素，都不可能使谱 线在频率轴上的位置发生移动。采用频谱分析，在

 

一串被干扰污染的电机转速脉冲中筛选出主频来， 相对还是最有效的。

 

过去由于硬件、软件多方面的局限，无法做深 人探索，采用LabVEEW后，大部分功能均可由 软件来完成，采用频谱分析就变得简单易行了。经 过与光电测速方法的对比，从实验数据可以得出， 测量结果完全满足精度要求，满足生产线测试需 要，能实现在线质量监控分析。

 

在实验中也发现，不同品种的电机，由于设计 和加工工艺的差别，尤其是碳刷组件结构对测试的 影响较大。图3和图4为用弹簧太紧的碳刷与采用 磷铜片压紧的碳刷所产生的电流脉动波形，后者有 时会导致基频和倍频的混淆，造成测试误差。

3结语

 

利用洗涤器电机工作时供电回路中产生的脉动 分量进行转速测试，是一个影响因素复杂的测试工 作。本测试系统引人了虚拟仪器的概念，借用计算 机声卡作为数据采集卡，采用Lab VIEW完成测试 系统软件设计，采用普通的计算机组成洗涤器电机 转速测试的虚拟仪器系统，取得了较好的效果。因 为初次应用Lab VIEW软件平台，编写的程序趋于 简单，未能充分体现LabVIEW拥用的分析处理软 件包的强大优势和其他扩展功能，尚待进一步实践 验证完善，弥补测试系统的不足。