CN114325075A - 一种用于马达接触转速测试仪的马达反电势信号采集设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于马达接触转速测试仪的马达反电势信号采集设备，包括：差分信号处理单元，采集被测马达的原始反电动势信号，根据原始反电动势信号所处的电压档位，按照相应的放大倍数档位自动调节放大增益，将原始反电动势信号放大后输出至AD转换单元，并将电压档位标识发送给AD转换单元；AD转换单元，将马达反电势信号，进行AD转换，得到马达反电势数字信号；AD信号读取单元，根据放大倍数档位标识，将马达反电势数字信号按照相应的放大倍数还原，得到与原始马达反电势信号幅度一致的马达反电势数字信号；通信单元，将马达反电势数字信号实时同步传输给上位机；上位机数据读取单元，将收到的马达反电动势数据绘制成马达反电动势曲线。
Description
技术领域
本发明属于接触转速测试仪技术领域，尤其涉及一种用于马达接触转速测试仪的马达反电势信号采集设备。
背景技术
马达接触转速是马达断电后，马达转子体依靠惯性继续进行减速运转，当在某一转速下，气浮轴承转动部分(球碗)从完全脱离的状态到接触到轴承不动的部分(半球)时刻，此时的对应的转速即为马达接触转速。
马达接触转速测试仪通过测试马达断电后的反电势信号，可以得出马达的负载力矩、摩擦力矩、惯性时间、接触转速、停转转速、接滑时间、悬浮时间等参数，为深入分析马达性能提供了测试手段，通过测试可以更有针对性的对马达进行设计改进和工艺改进，提高马达性能及可靠性。
目前，已有的方案中仅能实现马达反电动势的直接采集以及上传，但由于马达的反电动势范围较大，转速最高时马达的反电动势峰峰值可以达到100V以上，接触时刻马达反电势较小，只能达到mV级别，传统的采集方式存在电压采样范围小、小信号采样精度低的问题；并且现有的马达接触转速测试设备都是采用单路通信上传方式，容易出现通信问题导致测试失败，通信可靠性较低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服目前马达接触转速测试仪采样范围小、采样精度低以及通信可靠性差的缺陷，提供一种用于马达接触转速测试仪的马达反电势信号采集设备,实现mV至100V大范围高精度反电势采集。
本发明的技术方案是：一种用于马达接触转速测试仪的马达反电势信号采集设备，该装备包括差分信号处理单元、AD转换单元、AD信号读取单元、双路同步通信单元、上位机数据读取单元；
差分信号处理单元，采集被测马达的原始反电动势信号，根据原始反电动势信号所处的电压档位，按照相应的放大倍数档位自动调节放大增益，将原始反电动势信号放大后输出至AD转换单元，并将电压档位标识发送给AD转换单元；
AD转换单元，将差分信号处理单元处理后的马达反电势信号，进行AD转换，得到马达反电势数字信号；
AD信号读取单元，根据放大倍数档位标识，将马达反电势数字信号按照相应的放大倍数还原，得到与原始马达反电势信号幅度一致的马达反电势数字信号；
通信单元，将马达反电势数字信号实时同步传输给上位机；
上位机数据读取单元，将收到的马达反电动势数据绘制成马达反电动势曲线。
优选地，所述差分信号处理单元包括电压采样电路、隔离放大电路、电压比较电路、自动调节增益电压放大电路；
电压采样电路，采集被测马达的原始反电动势信号，并通过等比例电压采样后输出到隔离放大电路；
隔离放大电路，将等比例电压采样后的马达反电势信号隔离放大后输出至电压比较电路；
自动调节增益电路，接收隔离放大电路处理后的马达反电势信号，判断并标识马达反电势属于预设的高、中、低三档电压范围中的哪个档位，将电压档位标识发送给AD信号读取单元，根据电压档位标识，选择相应的电压放大倍数，将隔离放大电路输出的电压进行增益调整，使得输出的电压保持在预设范围内。
优选地，自动调节增益电路包括第一电压比较电路、第二电压比较电路、第三电压比较电路、第一光耦隔离模块、第二光耦隔离模块、第三光耦隔离模块、第一继电器、第二继电器、第三继电器、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、运算放大器；
隔离放大电路的输出端连接第一电压比较器、第二电压比较器、第三电压比较器的输入端和电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接运算放大器的正输入端，运算放大器的输出端连接至AD转换单元；
第一光耦隔离模块，将第一电压比较器的输出信号传输至第一继电器的开关控制端，第一继电器开关的一端通过通过电阻R3连接运算放大器的输出端，另一端反馈至运算放大器的正输入端；
第二光耦隔离模块，将第二电压比较器的输出信号传输至第二继电器的开关控制端，第二继电器开关的一端通过通过电阻R4连接运算放大器的输出端，另一端反馈至运算放大器的正输入端；
第三光耦隔离模块，将第三电压比较器的输出信号传输至第三继电器的开关控制端，第三继电器开关的一端通过通过电阻R5连接运算放大器的输出端，另一端反馈至运算放大器的正输入端；
当隔离放大电路输出信号电压大于预设的第一电压比较值时，第一电压比较电路输出高电平，第二电压比较电路、第三比较电路输出低电平；第一继电器开关接通，将电阻R3接入运算放大器的反馈支路，使得放大倍数为电阻R3的阻值/电阻R6的阻值；
当所述隔离放大电路输出信号电压小于预设的第一电压比较值大于预设的第二电压比较值时，第二电压比较电路输出高电平，第一电压比较电路、第三比较电路输出低电平；第二继电器开关接通，将电阻R4接入运算放大器的反馈支路，使得放大倍数为电阻R4的阻值/电阻R6的阻值；
当所述隔离放大电路输出信号电压小于预设的第二电压比较值时，第三电压比较电路输出高电平，第一电压比较电路、第二电压比较电路输出低电平；第二继电器开关接通，将电阻R5接入运算放大器的反馈支路，使得放大倍数为电阻R5的阻值/电阻R6的阻值；所述第一电压比较值大于第二电压比较值。
优选地，所述通信单元为双路同步通信单元，采用两种通信方式分别将马达反电势数字信号实时同步传输给上位机，两路马达反电势数字信号互为备份。
优选地，所述双路同步通信单元包括一路为SPI转USB通信单元，另一路为RS485转USB通信单元。
优选地，SPI转USB通信单元和RS485转USB通信单元的输入端为AD信号读取单元，AD信号读取单元利用同步时钟发送马达反电势数字信号帧，并且通过在每一帧马达反电势数字信号帧的帧头加序列号的方法保证信号传输的同步性，上位机校验两路马达反电势数字信号帧的同步性，实现双路同步通信。
优选地，所述上位机读取单元包括数据接收单元、同步校验单元、数据处理单元；
数据接收单元，通过通信协议接收双路USB传输数据；同步校验单元指通过检测数据帧的序列号来保证数据的同步性及完整性；数据处理单元，将马达反电动势数据绘制成马达反电动势曲线。
优选地，测量时，被测马达的任意两相与差分信号处理单元输入端差分信号线连接。本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)、本发明通过信号放大增益自动调节方法增大了电压信号采集范围，提高了微小信号的电压采集精度。
(2)、本发明通过电压比较电路和自动调节放大增益后从输出端输出，提高了电压采样范围以及微弱信号的采样精度；
(3)、本发明通过两种通信方式分别将数据传输给上位机，并保证信号传输的同步性，增强了采集***的可靠性，解决了现有接触转速测试仪由于因通信不稳定等原因造成测试失败的问题，避免了因重复测试而带来的影响。
附图说明
图1为现有技术的用于马达接触转速测试仪的信号采集***结构示意图；
图2为本发明实施例的用于马达接触转速测试仪的信号采集***的连接示意图；
图3为本发明实施例的差分信号处理单元的各模块连接关系图。
具体实施方式
为使本发明的目的，技术方案和优点更加清楚，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
如图2所示，本发明提供了一种用于马达接触转速测试仪的马达反电势信号采集设备，该采集设备包括差分信号处理单元、AD转换单元、AD信号读取单元、双路同步通信单元、上位机数据读取单元以及依次相连的信号电缆。
差分信号处理单元，采集被测马达的原始反电动势信号，根据原始反电动势信号所处的电压档位，按照相应的放大倍数档位自动调节放大增益，将原始反电动势信号放大后输出至AD转换单元，并将电压档位标识发送给AD转换单元；测量时，被测马达的任意两相与差分信号线的两个输入端连接，通信单元通过通信线与上位机连接。
AD转换单元，将差分信号处理单元处理后的马达反电势信号，进行AD转换，得到马达反电势数字信号；
AD信号读取单元，根据放大倍数档位标识，将马达反电势数字信号按照相应的放大倍数还原，得到与原始马达反电势信号幅度一致的马达反电势数字信号；
通信单元，将马达反电势数字信号实时同步传输给上位机；
上位机数据读取单元，将收到的马达反电动势数据绘制成马达反电动势曲线。马达反电动势曲线用于对曲线求解以及多阶拟合得到马达接触转速。
优选地，所述差分信号处理单元包括电压采样电路、隔离放大电路、电压比较电路、自动调节增益电压放大电路。
电压采样电路，采集被测马达的原始反电动势信号，并通过等比例电压采样后输出到隔离放大电路；本发明某一具体实施例通过精密电阻分压电路将反电势转换为原信号的1/20。
隔离放大电路，将等比例电压采样后的马达反电势信号隔离放大后输出至电压比较电路；
自动调节增益电路，接收隔离放大电路处理后的马达反电势信号，判断并标识马达反电势属于预设的高、中、低三档电压范围中的哪个档位，将电压档位标识发送给AD信号读取单元，根据电压档位标识，选择相应的电压放大倍数，将隔离放大电路输出的电压进行增益调整，使得输出的电压保持在预设范围内。
优选地，自动调节增益电路包括第一电压比较电路、第二电压比较电路、第三电压比较电路、第一光耦隔离模块、第二光耦隔离模块、第三光耦隔离模块、第一继电器、第二继电器、第三继电器、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、运算放大器；
隔离放大电路的输出端连接第一电压比较器、第二电压比较器、第三电压比较器的输入端和电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接运算放大器的正输入端，运算放大器的输出端连接至AD转换单元；
第一光耦隔离模块，将第一电压比较器的输出信号传输至第一继电器的开关控制端，第一继电器开关的一端通过电阻R3连接运算放大器的输出端，另一端反馈至运算放大器的正输入端；
第二光耦隔离模块，将第二电压比较器的输出信号传输至第二继电器的开关控制端，第二继电器开关的一端通过电阻R4连接运算放大器的输出端，另一端反馈至运算放大器的正输入端；
第三光耦隔离模块，将第三电压比较器的输出信号传输至第三继电器的开关控制端，第三继电器开关的一端通过电阻R5连接运算放大器的输出端，另一端反馈至运算放大器的正输入端；
当隔离放大电路输出信号电压大于预设的第一电压比较值时，第一电压比较电路输出高电平，第二电压比较电路、第三比较电路输出低电平；第一继电器开关接通，将电阻R3接入运算放大器的反馈支路，使得放大倍数为电阻R3的阻值/电阻R6的阻值；
当所述隔离放大电路输出信号电压小于预设的第一电压比较值大于预设的第二电压比较值时，第二电压比较电路输出高电平，第一电压比较电路、第三比较电路输出低电平；第二继电器开关接通，将电阻R4接入运算放大器的反馈支路，使得放大倍数为电阻R4的阻值/电阻R6的阻值；
当所述隔离放大电路输出信号电压小于预设的第二电压比较值时，第三电压比较电路输出高电平，第一电压比较电路、第二电压比较电路输出低电平；第二继电器开关接通，将电阻R5接入运算放大器的反馈支路，使得放大倍数为电阻R5的阻值/电阻R6的阻值；所述第一电压比较值大于第二电压比较值。
电阻R3的阻值<电阻R4的阻值<电阻R5的阻值，原始的马达电动势电压值越大，放大倍数越低。
本发明电压放大电路输入端为隔离放大电路输出电压信号，放大倍数通过电压放大电路的反馈电阻控制，电压比较电路输出端电平接入光耦隔离电路，由光耦隔离电路的输出控制接入电压放大电路的反馈电阻，放大后的信号输出至AD转换电路。
所述光耦隔离电路的输入端接收电压比较电路输出的高电平或者低电平，当光耦隔离电路的输入为高电平时输出端也为高电平，对应的继电器开关闭合，相应的反馈电阻被接入电路，同时将电压比较电路输出信号输入到AD转换电路，经AD转换后在AD信号读取单元中进行数据还原，AD信号读取单元可以用FPGA实现，读取后的信号在FPGA内部依据AD转换单元的模拟量和数字量的对应关系，将数字信号还原为原始信号，再输出。
优选地，所述通信单元为双路同步通信单元，采用两种通信方式分别将马达反电势数字信号实时同步传输给上位机，两路马达反电势数字信号互为备份。
优选地，所述双路同步通信单元包括一路为SPI转USB通信单元，另一路为RS485转USB通信单元。所述SPI转USB通信单元的USB接口为A型公口。所述SPI转USB通信单元的USB接口为B型公口，防止误插。
优选地，所述SPI转USB通信单元和RS485转USB通信单元的输入端为AD信号读取单元，SPI转USB通信单元和RS485转USB通信单元利用同步时钟发送马达反电势数字信号帧，并且通过在每一帧马达反电势数字信号帧的帧头加序列号的方法保证信号传输的同步性，上位机校验两路马达反电势数字信号帧的同步性，实现双路同步通信。
优选地，所述上位机读取单元包括数据接收单元、同步校验单元、数据处理单元；
数据接收单元，通过通信协议接收双路USB传输数据；同步校验单元指通过检测数据帧的序列号来保证数据的同步性及完整性，具体操作为：验证双路数据的序列号是否一致，如不一致则以序列号为上一帧数据序列号加1的数据为准；数据处理单元，将马达反电动势数据绘制成马达反电动势曲线。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
Claims (8)
1.一种用于马达接触转速测试仪的马达反电势信号采集设备，其特征在于包括差分信号处理单元、AD转换单元、AD信号读取单元、双路同步通信单元、上位机数据读取单元；
差分信号处理单元，采集被测马达的原始反电动势信号，根据原始反电动势信号所处的电压档位，按照相应的放大倍数档位自动调节放大增益，将原始反电动势信号放大后输出至AD转换单元，并将电压档位标识发送给AD转换单元；
AD转换单元，将差分信号处理单元处理后的马达反电势信号，进行AD转换，得到马达反电势数字信号；
AD信号读取单元，根据放大倍数档位标识，将马达反电势数字信号按照相应的放大倍数还原，得到与原始马达反电势信号幅度一致的马达反电势数字信号；
通信单元，将马达反电势数字信号实时同步传输给上位机；
上位机数据读取单元，将收到的马达反电动势数据绘制成马达反电动势曲线。
2.根据权利要求1所述一种用于马达接触转速测试仪的马达反电势信号采集设备，其特征在于所述差分信号处理单元包括电压采样电路、隔离放大电路、电压比较电路、自动调节增益电压放大电路；
电压采样电路，采集被测马达的原始反电动势信号，并通过等比例电压采样后输出到隔离放大电路；
隔离放大电路，将等比例电压采样后的马达反电势信号隔离放大后输出至电压比较电路；
自动调节增益电路，接收隔离放大电路处理后的马达反电势信号，判断并标识马达反电势属于预设的高、中、低三档电压范围中的哪个档位，将电压档位标识发送给AD信号读取单元，根据电压档位标识，选择相应的电压放大倍数，将隔离放大电路输出的电压进行增益调整，使得输出的电压保持在预设范围内。
3.根据权利要求2所述一种用于马达接触转速测试仪的马达反电势信号采集设备，其特征在于自动调节增益电路包括第一电压比较电路、第二电压比较电路、第三电压比较电路、第一光耦隔离模块、第二光耦隔离模块、第三光耦隔离模块、第一继电器、第二继电器、第三继电器、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、运算放大器；
隔离放大电路的输出端连接第一电压比较器、第二电压比较器、第三电压比较器的输入端和电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接运算放大器的正输入端，运算放大器的输出端连接至AD转换单元；
第一光耦隔离模块，将第一电压比较器的输出信号传输至第一继电器的开关控制端，第一继电器开关的一端通过通过电阻R3连接运算放大器的输出端，另一端反馈至运算放大器的正输入端；
第二光耦隔离模块，将第二电压比较器的输出信号传输至第二继电器的开关控制端，第二继电器开关的一端通过通过电阻R4连接运算放大器的输出端，另一端反馈至运算放大器的正输入端；
第三光耦隔离模块，将第三电压比较器的输出信号传输至第三继电器的开关控制端，第三继电器开关的一端通过通过电阻R5连接运算放大器的输出端，另一端反馈至运算放大器的正输入端；
当隔离放大电路输出信号电压大于预设的第一电压比较值时，第一电压比较电路输出高电平，第二电压比较电路、第三比较电路输出低电平；第一继电器开关接通，将电阻R3接入运算放大器的反馈支路，使得放大倍数为电阻R3的阻值/电阻R6的阻值；
当所述隔离放大电路输出信号电压小于预设的第一电压比较值大于预设的第二电压比较值时，第二电压比较电路输出高电平，第一电压比较电路、第三比较电路输出低电平；第二继电器开关接通，将电阻R4接入运算放大器的反馈支路，使得放大倍数为电阻R4的阻值/电阻R6的阻值；
当所述隔离放大电路输出信号电压小于预设的第二电压比较值时，第三电压比较电路输出高电平，第一电压比较电路、第二电压比较电路输出低电平；第二继电器开关接通，将电阻R5接入运算放大器的反馈支路，使得放大倍数为电阻R5的阻值/电阻R6的阻值；所述第一电压比较值大于第二电压比较值。
4.根据权利要求1所述一种用于马达接触转速测试仪的马达反电势信号采集设备，其特征在于所述通信单元为双路同步通信单元，采用两种通信方式分别将马达反电势数字信号实时同步传输给上位机，两路马达反电势数字信号互为备份。
5.根据权利要求4所述一种用于马达接触转速测试仪的马达反电势信号采集设备，其特征在于所述双路同步通信单元包括一路为SPI转USB通信单元，另一路为RS485转USB通信单元。
6.根据权利要求1所述一种用于马达接触转速测试仪的马达反电势信号采集设备，其特征在于：
SPI转USB通信单元和RS485转USB通信单元的输入端为AD信号读取单元，AD信号读取单元利用同步时钟发送马达反电势数字信号帧，并且通过在每一帧马达反电势数字信号帧的帧头加序列号的方法保证信号传输的同步性，上位机校验两路马达反电势数字信号帧的同步性，实现双路同步通信。
7.根据权利要求1所述一种用于马达接触转速测试仪的马达反电势信号采集设备，其特征在于所述上位机读取单元包括数据接收单元、同步校验单元、数据处理单元；
数据接收单元，通过通信协议接收双路USB传输数据；同步校验单元指通过检测数据帧的序列号来保证数据的同步性及完整性；数据处理单元，将马达反电动势数据绘制成马达反电动势曲线。
8.根据权利要求1所述一种用于马达接触转速测试仪的马达反电势信号采集设备，其特征在于测量时，被测马达的任意两相与差分信号处理单元输入端差分信号线连接。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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