专利名称：一种光电编码器及测速机性能自动测试装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电子测量技术领域，具体涉及一种光电脉冲编码器、测速发电机技术性能的自动测试装置。
脉冲编码器的技术指标有零脉冲Z、A、B相脉冲的个数、A、B相脉冲之间相移、脉冲的占空比、脉冲上升沿和下降沿的斜率。现有技术是用示波器直接测脉冲编码器的输出脉冲波形，通过示波器上的坐标变换来估算出脉冲编码器的A、B脉冲的相移和占空比，且其计算过程费工费时，计算结果误差很大，另外不能测出A、B相脉冲数。中国专利说明书CN-88105036和CN-0102987.4公开的是用信号整理电路对脉冲编码器的输出脉冲进行整形，再通过计数器计数，虽然能计算出脉冲数，但对脉冲编码器的占空比、A、B相脉冲的相移及实际输出脉冲波形上升沿和下降沿的斜率等参数难以进行定量分析和计算。测速机的主要技术指标有纹波系数、线性度、重复性，目前常用的测试方法是通过示波器将测速机在某一转速下的输出电压波形直接显示出来，直接观测叠加在直流电压上的纹波电压形状，但很难作出定量指标分析。对于线性度和重复性只能通过数字转速表和电压表逐点测量。人工计算出其实际数据，显然计算量大，精度不能得到保证。
本实用新型的目的在于提供一种精度高、鲁棒性好、操作方便的光电编码器及测速机性能自动测试装置。
本实用新型硬件构成可分为两大部分机械动力平台和计算机测试平台，其中机械动力安装平台主要由交流电源1；小功率变频器2；微型交流电机3；标准编码器4，适于不同类型光电编码器；测速发电机法兰接手5和连轴器组成，提供各种类型光电编码器、测速发电机机械安装条件和测试旋转动力。计算机测试平台主要由数据采集卡8(超高速A/D卡，低速A/D卡，高速计数器板)，被测设备6(各类测速发电机和脉冲编码器)，信号调理板7，工业控制计算机9组成，完成信号调理、数据采集、测试数据综合分析等功能。
本实用新型的技术方案是这样实现的将三相交流电源1通过动力电缆接入小功率变频器2的三相交流输入端子，小功率变频器2的三相交流输出通过动力电缆接入微型交流电机3。本装置中，微型交流电机3采用双轴电机，一端安装一标准编码器4，实现电机实际转速的精确测量，另一端通过机械法兰接手5连接被测设备6(各类测速发电机和脉冲编码器)；不同型号和工作电压的脉冲编码器输出A相、B相、Z相脉冲通过五芯信号电缆接入信号调理模块7进行控制选通，其输出接入插在计算机总线槽内的数据采集卡8(超高速A/D卡)；标准编码器4输出A相、B相脉冲信号通过三芯信号电缆接入高速计数卡；测速发电机输出信号通过二芯信号电缆接入低通衰减电路后接入低速A/D卡。测试过程如下先将被测设备6的额定参数输入计算机9，计算机9给小功率变频器2给出转速设定值和启动指令，小功率变频器2带动电机3旋转，装在电机轴上脉冲编码器的输出脉冲通过高速A/D卡输入计算机9，计算机9读取零脉冲Z信号上升沿，记录零脉冲数为I和对应的坐标，第二次读到零脉冲信号的上升沿，记录零脉冲数为II和对应的坐标，第三次读到零脉冲信号的上升沿，记录零脉冲数为III和对应的坐标，然后计算相邻两零脉冲的之间的间隔时间，如二个间隔时间不等，则显示零脉冲丢失，如间隔时间相等，则零脉冲正常。在零脉冲正常情况下，从零脉冲第一个上升沿开始，测得A相脉冲是上升沿，A相脉冲数记为I，并记录相应的坐标，测得A相脉冲第二次上升沿，A相脉冲数记为II，并记录相应的坐标，以此类推，直到Z脉冲出现第二个上升沿，A相脉冲数即为实测脉冲数，B相脉冲数计算方法与A相相同，同时，利用A、B相脉冲上升沿坐标分别计算A、B相脉冲间的相移。读取A、B相脉冲信号，从第一个上升沿开始到第二个上升沿结束，通过累计高电平点数和低电平点数，计算占空比；根据脉冲上升沿、下降沿的定义脉冲从10％Ue-90％Ue时间，因此通过累计[0.1Ue，0.9Ue]区间的上升沿和下降沿点数，由采样周期计算出上升时间和下降时间，进而得到上升沿和下降沿斜率。
由于本实用新型采用高速A/D卡，通过计算机将脉冲编码器输出脉冲信号以模拟量的形式采集进来，实现了高速示波器功能，由脉冲编码器输出脉冲之间相互约束关系，导出一种全新的编码器性能定量测试方法---基于多组脉冲信息相关约束测量法，对被测器件性能指标自动作出全面定量综合分析。
以下结合附图对本实用新型作进一步说明。
图1是本实用新型的测试装置硬件结构图。
图2是本实用新型的多路信号选择板电路图。
图1中，三相交流电源1和变频器2之间通过三芯动力电缆连接；变频器2和双轴微型交流电机3之间通过三芯动力电缆连接；双轴微型交流电机3和标准编码器4之间通过法兰固定，由配套连轴器进行机械连接安装；双轴微型交流电机3另一端和法兰接手5通过配套镙母固定、连轴器相连接；法兰接手5另一端和被测设备6(脉冲编码器、测速发电机)由配套连轴器机械连接、通过镙铨固定；被测设备6(脉冲编码器、测速发电机)和信号调理(信号调理板、多路信号选择板)模块7之间通过屏蔽信号电缆相连；信号调理模块7输出和数据采集卡之间通过扁平电缆连接；数据采集卡8和工业计算机9之间通过计算机槽内并行总线连接；数据采集卡8中D/A转换结果通过二芯屏蔽信号电缆接入小功率变频器2模拟给定输入通道实现计算机自动速度给定。
测试装置硬件分别集成在两个柜体内，机械安装平台交流电源1；1KW小功率变频器2；0.75KW，3000rpm双轴微型交流电机；标准编码器4，1024，A相、B相、Z相输出，适于不同类型脉冲编码器、测速发电机，法兰接手5；根据被测器件型号、尺寸配套设计和连轴器，提供各种类型脉冲编码器、测速发电机机械安装条件和测试旋转动力；为测试方便，将双轴电机垂直安装，法兰接手5固定镙铨位于柜体上表面平台，使被测器件的重量完全加在柜体表面法兰上，避免水平安装时被测器件重量的影响且使测试平台整齐规范；计算机测试柜主要由数据采集卡8(超高速A/D卡，20MHZ采样频率、16KRAM、4通道；低速A/D卡，100KHZ采样频率、二通道、双端输入；高速计数器板，4通道100KHZ计数频率)，信号调理模块7，工业控制计算机9(10G硬盘、64MRAM，Windows98操作系统、，VB或VC++语言编程)组成，完成信号调理、数据采集、测试数据综合分析等功能，可采用标准工控机柜。
图2中，157(U1和U2)为四二选一数据选择器，40D(X1、X2)为40芯扁平电缆插座，20D(DO、DI)为20芯扁平电缆插座，37D为37芯信号电缆插座，Q9(J1、J2、J3、J4)为Q9型插座。其主要功能是实现多路信号的选择和接线端子的转换，目的是为了使脉冲编码器输出的脉冲信号(24V或5V)在前面信号调理板的基础上符合高速计数器卡、数字量I/O卡和超高速A/D卡输入信号范围的需要。工作原理为已调理过的脉冲信号经X1、X2送至157(U1、U2)，例如调理前的24V信号对应157的A端，5V对应157的B端，计算机根据信号类型通过DO发出控制命令，选择对应信号，经37D送给计数器卡进行计数，经Q9型插座送给超高速A/D卡。另外，该板还可以作为数字量I/O的接线端子板，通过DO、DI利用20芯扁平电缆与计算机内数字量I/O卡相连。
权利要求1.一种光电编码器及测速机性能自动测试装置，包括机械动力平台和计算机测试平台，其中机械动力安装平台包括三相交流电源(1)；小功率变频器(2)；微型交流电机(3)；标准编码器(4)，适于不同类型光电编码器；测速发电机法兰接手(5)和连轴器，提供各种类型光电编码器、测速发电机机械安装条件和测试旋转动力；计算机测试平台包括数据采集卡(8)(超高速A/D卡，低速A/D卡，高速计数器板)；信号调理模块(7)；工业控制计算机(9)，其特征在于将三相交流电源(1)通过动力电缆接入小功率变频器(2)的三相交流输入端子，小功率变频器(2)的三相交流输出通过动力电缆接入微型交流电机(3)，微型交流电机(3)一端安装一标准脉冲编码器(4)，另一端通过机械法兰接手(5)连接被测设备(6)，被测设备可以是脉冲编码器或测速发电机，脉冲编码器输出A相、B相、Z相脉冲通过五芯信号电缆接入脉冲信号调理电路，输出信号接入插在计算机总线槽内的高速A/D卡；标准编码器(4)输出A相、B相脉冲信号通过三芯信号电缆接入高速计数卡；测速发电机输出信号通过二芯信号电缆接入低通衰减电路后接入低速A/D转换卡。
2.权利要求1所述的一种光电编码器及测速机性能自动测试装置，其特征为采用157四二选一数据选择器作为多路信号通道选则开关，使脉冲编码器输出的24V或5V信号经过调理符合高速计数器卡、数字量I/O卡和超高速A/D卡输入信号范围的需要；采用40芯扁平电缆插座、37芯信号电缆插座和Q9型插座，使前面信号调理板输出的信号经40芯扁平电缆连接到37芯信号电缆插座和Q9型插座上，再经37芯信号电缆和二芯信号电缆与高速计数器卡和超高速A/D卡相连，实现信号端子的转换。
专利摘要本实用新型公开了一种光电编码器及测速机性能自动测试装置,包括三相交流电源;小功率变频器;微型交流电机;标准编码器;法兰接手和连轴器;数据采集卡;信号调理模块;工业控制计算机。由于该装置采用高速A/D卡,通过计算机将脉冲编码器输出脉冲信号以模拟量的形式采集进来,实现了高速示波器功能,由脉冲编码器输出脉冲之间相互约束关系,导出一种全新的编码器性能定量测试方法,实现了对被测器件性能指标自动作出全面定量综合分析。
文档编号G01R31/00GK2476824SQ0123741
公开日2002年2月13日 申请日期2001年4月19日 优先权日2001年4月19日
发明者葛芦生, 张英杰, 王兆聚, 方华超, 刘亮 申请人:安徽工业大学