CN106441554A - 一种山地果园双轨运输机振动测试***及其测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种山地果园双轨运输机振动测试***及其测试方法，包括计算机、信号采集模块和传感器，其特征在于：所述计算机安装有利用LabVIEW软件编写的人机界面，所述信号采集模块包括NI 9234振动信号采集模块和NI 9361速度信号采集模块及NI 9174 Compact DAQ 4槽USB模块机箱，所述传感器包括PCB 352C33振动加速度传感器、光电编码器，振动加速度传感器与振动信号采集模块连接，光电编码器与速度信号采集模块连接，而模块嵌入在机箱中，且机箱与计算机相连。本发明通过分析运输机的振动和速度信号，对运输机运行的平顺性、安全性进行实时监控，可为果品及生产物资高效运输提供保障。
Description
技术领域
本发明涉及农用运输机和信号采集的技术领域，尤其涉及一种用于山地果园双轨运输机的振动测试***及其测试方法。
背景技术
山地果园双轨运输机的研发与推广有利于推动山地果园的发展，可降低劳动强度，提高生产效率，节约劳动成本，提高经济效益。国内目前有部分丘陵地区已应用运输机进行果蔬的运输，但在运输过程中，考虑到运输效率以及对水果果品的保证，需要对运输机的振动性能进行检测并及时调整运输机的运输速率，提高运输效率。国内的山地果园双轨运输机的研发大部分停留在机械研发部分，比如防侧翻等设计等，目前国内暂无相关的山地果园运输机振动测试***的研究。本发明研究运输机运输过程中载重与速度，载重与频率之间的关系，得出运输过程中与运输机振动主要相关的频率，从而得到最合适的载重与运输频率之间的关系，降低水果因振动而产生的损坏率，并且能延长运输机的使用年限，改善运输机***性能，提高运输机的运输效率。
发明内容
本发明的目的在于一种山地果园双轨运输机振动测试***，通过对运输过程中***轨道、运输机运动时等产生的振动进行分析，在保证运输安全以及果品质量的范围内，分析***振动频率的主要分布，有效提升运输机的运输效率，***的用户界面可实现对运输***的速度等运行中的参数进行监控，可提升***的安全性能。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种山地果园双轨运输机振动测试***，包括计算机、信号采集模块和传感器，其特征在于：所述计算机安装有利用LabVIEW软件编写的人机界面，所述信号采集模块包括振动信号采集模块、速度信号采集模块及具有数据采集功能的机箱，所述传感器包括振动加速度传感器、光电编码器，振动加速度传感器与振动信号采集模块连接，光电编码器与速度信号采集模块连接，其中振动加速度传感器用于测试轮的振动状态，光电编码器用于测试轮的转速，振动信号采集模块和速度信号采集模块嵌入在机箱中且机箱与计算机相连。
所述振动信号采集模块采用NI 9234振动信号采集模块。
所述速度信号采集模块采用NI 9361速度信号采集模块。
所述信号采集模块工作温度范围为-40至70℃，且具备50g抗震、5g防振动的功能，保证采集过程稳定进行。
所述振动加速度传感器采用PCB加速度传感器。
所述机箱为具有USB数据采集功能的NI 9174 CompactDAQ 4槽USB机箱。
一种山地果园双轨运输机振动测试***的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)启动计算机进行***初始化，其中测试设备包括信号采集模块和传感器；2)初始化完成后，计算机***发送采集指令，测试设备接收采集指令后进行数据采集；3)数据采集完成后，测试设备发送数据并进行数据处理，计算机进行数据分析并输出分析结果；4)数据分析完成后，进行下一轮的数据采集和分析工作。
所述步骤1)中，计算机进行初始化的方式为：设定控制***的工作参数，如***数据采集模块的采样数、采样频率设置，重点是采集函数的物理通道、输入接线配置、最大值和最小值等变量，同时设置好文件保存路径，将输入输出通道进行初始化，在滤波器设置上面则有切比雪夫、Butterworth、反切比雪夫等滤波选项，根据不同的滤波器还能另外设置调节截止频率、采样率、滤波器类型、阶数和波纹条件，同时在波形放大选项里有100、1000、10000、100000选择。
所述步骤1)中，测试设备的NI 9234和NI 9361进行初始化的方式为：
NI 9234振动信号采集模块的启动：通过NI 9234的开始通道配置FPGAI/O节点，将设置为TRUE的布尔常量连线至FPGA I/O节点的开始输入，发送同步脉冲至振动信号采集模块，模块将以配置的数据速率开始采集数据，当模块开始采集数据时，使用FPGAI/O节点从模块读取数据，FPGA I/O节点的AI输出能连线到不同函数类型，由于NI 9234内部以特定速率采集数据，FPGAI/O节点将会在模块采集到新数据后才会返回数据，如果当FPGA I/O节点在等待模块数据时NI 9234没有开始采集数据或停止采集数据，FPGAI/O节点将返回超时错误。
NI 9361速度信号采集模块的启动：首先将NI 9361的开始通道启动，该通道控制计数器开始监测其输入接线端的时间，如写入TRUE至开始通道，则NI 9361计数器进行重置、准备就绪并开始监测其输入接线端，从而执行当前配置的测量(如边沿计数)，NI 9361计数器准备就绪后，就可执行CTRx和Dix I/0节点读取计数器数据，计数器就绪前无法执行任何NI 9361I/O方法或属性节点，如需取消计数器的就绪状态，则使用停止通道，如将FALSE写入开始通道，将不会执行任何操作。
所述步骤3)中，测试设备将数据输入端到计算机处理，计算机将数据进行相应的时域和频域的分析处理，将数据分析结果进行界面显示，并将数据保存至指定文件夹中。
所述步骤3)中，计算机的人机界面显示中，信号分析界面包括振动信号采集输入配置、速度输入采集配置、波形显示、滤波器设置选择、波形放大和读取文件设置项。
所述步骤3)中，计算机采用正弦波信号发生函数以及方波发生函数和高斯噪声发生器进行混合作为模拟输入波形进行检测，并将输入滤波前与输入滤波后的波形进行显示。
所述步骤3)中，计算机数据的存取通过写入电子表格VI和读取电子表格VI实现，通过写入电子表格VI即可将数据写入目标文件，实现数据的存储，从而随时查看振动运输机此前运行的状态。
***主要通过定时/计数器实现对***速度的测量。启动***的同时，测试设备***控制芯片将芯片自带的定时/计数器设定为计数器模式，将计数器映射的I/O口设定为输入模式。接着***启用定时/计数器进行时间的计算，并设定定时中断，每毫秒进一次中断并计算输入脉冲的个数。完成计算后将数据打包将数据传送至接收端模块。
总的说来，本发明具有如下优点：
1、本发明的整个测控***安装便捷，结构简易，实现模块化安装，维修方便，不会出现某部件损坏就导致整个***要更换的风险。
2、本发明采用人性化的分析处理界面，可以根据用户的需求增减功能模块的数量。
3、可通过计算机分析处理信号界面，实时监控山地果园双轨运输机的振动情况以及速度情况。
4、提取山地果园双轨运输机振动信号的特征。***振动的测量过程中混杂多种噪声，在本***中，对采集信号进行滤波处理后，利用FFT滤波后，主要对振动信号进行幅值与频率的特征提取；简化了在测试设备硬件预处理滤波分析的步骤，使***给用户更多改进的空间。
附图说明
图1是本发明山地果园双轨运输机振动测试***的流程示意图；
图2是本发明山地果园双轨运输机振动测试***的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
如图1所示，一种用于山地果园双轨运输机的振动测试***，包括计算机和测试设备，计算机主要是电脑平台，计算机具有负责信号分析的人机界面；测试设备包括振动加速度传感器、光电编码器、NI 9234振动信号采集模块、NI 9361速度信号采集模块和具有USB数据采集功能的NI 9174 CompactDAQ 4槽USB机箱。
具体的，上述的山地果园双轨运输机振动测试***，适用运输机的车速变化范围为0～15km/h，包括振动加速度传感器，信号采集模块和计算机界面；其中振动加速度传感器采用PCB352C33单轴加速度传感器，振动加速度传感器用螺栓固定在运输机垂直正对轮子的车架上。NI9234动态信号采集模块负责将振动加速度传感器的模拟信号采集回来传输到具有USB数据采集功能的NI 9174 CompactDAQ 4槽USB机箱，采用NI 9174CompactDAQ 4槽USB机箱，无需LabVIEW Real-Time模块就能访问基于Windows的***的C系列I/O；NI9174 CompactDAQ 4槽USB机箱还有诊断及自动配置功能，便于安装、使用与维护，机箱应该具备网络故障防护功能，因而能在连接中断时，检查网络的状态，且能和远程主机***通信，同时把I/0处于安全状态；采用计算机控制显示，人性化的界面便于操作和根据不同用户的需要增减功能；
测试设备包括信号采集模块和传感器，当测试设备接收到计算机LabVIEW控制***的信号时，需将测试设备的NI 9234和NI 9361进行初始化：
1)NI 9234振动信号采集模块的启动：通过NI 9234的开始通道可以配置FPGAI/O节点。将设置为TRUE的布尔常量连线至FPGA I/O节点的开始输入，可以发送同步脉冲至模块，模块将以配置的数据速率开始采集数据。当模块开始采集数据时，可以使用FPGAI/O节点从模块读取数据。FPGA I/O节点的AI输出可以连线到不同函数类型。由于NI 9234内部以特定速率采集数据，FPGA I/O节点将会在模块采集到新数据后才会返回数据。如果当FPGAI/O节点在等待模块数据时NI 9234没有开始采集数据或停止采集数据，FPGAI/O节点将返回超时错误。
2)NI9361速度信号采集模块的启动：首先将NI9361启动，该通道控制计数器开始监测其输入接线端的时间。如写入TRUE至开始通道，则NI 9361计数器进行重置、准备就绪并开始监测其输入接线端，从而执行当前配置的测量(如边沿计数)。NI 9361计数器准备就绪后，就可执行CTRx和Dix I/0节点读取计数器数据。计数器就绪时无法执行任何NI 9361I/O方法或属性节点。如需取消计数器的就绪状态，可使用停止通道。如将FALSE写入开始通道，将不会执行任何操作。
本发明的振动测试***主要通过定时/计数器实现对***速度的测量。启动测试***的同时，测试***的控制芯片将芯片自带的定时/计数器设定为计数器模式，将计数器映射的I/O口设定为输入模式。接着***启用定时/计数器进行时间的计算，并设定定时中断，每毫秒进一次中断并计算输入脉冲的个数。完成计算后将数据打包将数据传送至接收端模块。
所述测试***振动加速度测试探头，加速度传感器安装到运输车正上方车架部分；计算机实时显示山地果园运输机振动信号的时域波形，采集信号实时将信号送到计算机，计算机通过LabVIEW界面显示振动的时域波形。
如图2所示，信号分析界面包括振动信号采集输入配置、速度输入采集配置、波形显示、滤波器设置选择、波形放大和读取文件设置项。
当***启动时，计算机需要设定***工作的参数，如***数据采集模块的采样数，采样频率设置，文件保存路径，输入输出通道初始化等，设定完成后，***即进入数据采集阶段，将数据通过模拟输入端到计算机处理，而计算机界面显示，并将数据进行相应的时域和频域的分析处理，将数据保存至指定文件夹中。在***中，主要需要设置的是采集函数的如下几个变量，即物理通道，输入接线配置，最大值和最小值，配置完成后配合采样时钟，即可进行电压采样。
在滤波器设置上面有切比雪夫、Butterworth、反切比雪夫等滤波选项，不同的滤波器上还能另外调节截止频率、采样率、滤波器类型、阶数和波纹条件；在波形放大选项里有100、1000、10000、100000选择；采集到原波形和分析处理后的波形会在人机界面上显示。
本发明的振动测试***适用于对山地轨道运输机的振动进行检测、分析，通过分析山地轨道运输机的振动参数及其影响因素，从而对山地轨道运输机的运行的平顺性、安全性状况进行实时监控，从而可以保证运水果输途中的产品品质及生产安全。***以LabVEW为计算机软件开发环境。LabVIEW软件提供丰富的封装函数，可有效快速地开发出所需要的***监控界面，用户仅需要通过编写的界面设定相应参数后，通过计算机的USB口，连接美国国家仪器公司NI的振动信号采集模块，利用振动信号采集模块对振动信号进行采集，并将采集信号进行采集，显示以及数据的存储等操作。计算机***通过已经编写好的信号处理程序将采集到的信号进行时域和频率的分析与处理。测试设备控制子***的主要功能是采集运输机的速度，并且将采集到的数据传送到计算机***。其中子***主要由速度测量部分，发送部分和接收部分组成。其中，发送部分主要由振动传感器以及***电路组成。接收部分主要由***电路构成，***通过分析采集的数据，得到***振动因素与振动频率的关系，从而为后续***的研究打下基础。
上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理和最佳实施例，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (10)
1.一种山地果园双轨运输机振动测试***，包括计算机、信号采集模块和传感器，其特征在于：所述计算机安装有利用LabVIEW软件编写的人机界面，所述信号采集模块包括振动信号采集模块、速度信号采集模块及具有数据采集功能的机箱，所述传感器包括振动加速度传感器、光电编码器，振动加速度传感器与振动信号采集模块连接，光电编码器与速度信号采集模块连接，振动信号采集模块和速度信号采集模块嵌入在机箱中且机箱与计算机相连。
2.根据权利要求1所述的山地果园双轨运输机振动测试***，其特征在于：所述振动加速度传感器采用PCB加速度传感器。
3.根据权利要求1所述的山地果园双轨运输机振动测试***，其特征在于：所述机箱为具有USB数据采集功能的NI 9174 CompactDAQ 4槽USB机箱。
4.一种山地果园双轨运输机振动测试***的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)启动计算机和测试设备进行***初始化，其中测试设备包括信号采集模块和传感器；2)初始化完成后，计算机***发送采集指令，测试设备接收采集指令后进行数据采集；3)数据采集完成后，测试设备发送数据并进行数据处理，计算机进行数据分析并输出分析结果；4)数据分析完成后，进行下一轮的数据采集和分析工作。
5.根据权利要求4所述的山地果园双轨运输机振动测试***的测试方法，其特征在于：所述步骤1)中，计算机进行初始化的方式为：设定控制***的工作参数，如***数据采集模块的采样数、采样频率设置，重点是采集函数的物理通道、输入接线配置、最大值和最小值等变量，同时设置好文件保存路径，将输入输出通道进行初始化，在滤波器设置上面则有切比雪夫、Butterworth、反切比雪夫等滤波选项，根据不同的滤波器还能另外设置调节截止频率、采样率、滤波器类型、阶数和波纹条件，同时在波形放大选项里有100、1000、10000、100000选择。
6.根据权利要求4所述的山地果园双轨运输机振动测试***的测试方法，其特征在于：所述步骤1)中，振动信号采集模块为NI 9234振动信号采集模块，其初始化过程为：通过NI9234的开始通道配置FPGAI/O节点，将设置为TRUE的布尔常量连线至FPGAI/O节点的开始输入，发送同步脉冲至振动信号采集模块，模块将以配置的数据速率开始采集数据，当模块开始采集数据时，使用FPGAI/O节点从模块读取数据，FPGAI/O节点的AI输出能连线到不同函数类型，由于NI 9234内部以特定速率采集数据，FPGAI/O节点将会在模块采集到新数据后才会返回数据，如果当FPGAI/O节点在等待模块数据时NI 9234没有开始采集数据或停止采集数据，FPGAI/O节点将返回超时错误。
7.根据权利要求4所述的山地果园双轨运输机振动测试***的测试方法，其特征在于：所述步骤1)中，速度信号采集模块为NI 9361速度信号采集模块，其初始化过程为：首先将NI 9361的开始通道启动，该通道控制计数器开始监测其输入接线端的时间，如写入TRUE至开始通道，则NI 9361计数器进行重置、准备就绪并开始监测其输入接线端，从而执行当前配置的测量(如边沿计数)，NI 9361计数器准备就绪后，就可执行CTRx和Dix I/0节点读取计数器数据，计数器就绪前无法执行任何NI 9361I/O方法或属性节点，如需取消计数器的就绪状态，则使用停止通道，如将FALSE写入开始通道，将不会执行任何操作。
8.根据权利要求4所述的山地果园双轨运输机振动测试***的测试方法，其特征在于：所述步骤3)中，测试设备将数据通过模拟输入端到计算机处理，计算机将数据进行相应的时域和频域的分析处理，将数据分析结果进行界面显示，并将数据保存至指定文件夹中。
9.根据权利要求4所述的山地果园双轨运输机振动测试***的测试方法，其特征在于：所述步骤3)中，计算机的人机界面显示中，信号分析界面包括振动信号采集输入配置、速度输入采集配置、波形显示、滤波器设置选择、波形放大和读取文件设置项。
10.根据权利要求4所述的山地果园双轨运输机振动测试***的测试方法，其特征在于：所述步骤3)中，计算机采用正弦波信号发生函数以及方波发生函数和高斯噪声发生器进行混合作为模拟输入波形进行检测，并将输入滤波前与输入滤波后的波形进行显示。
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