专利名称：基于虚拟仪器的编码器测试装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测试装置，特别涉及一种基于虚拟仪器的编码器测试装置。
背景技术：
传感器是测量仪器、智能化仪表、自动控制系统以及计算机信息输入装置中的敏 感元件。传感器的质量不仅直接关系到设备的运行状态，而且关系到系统的安全问题，特别 是一些提供反馈信号的传感器，其工作状态直接影响到系统的性能。据统计，80 %的控制系 统失效起因于传感器的故障，仅靠人力去发现和修复传感器故障很难做到及时有效。作为自动控制技术典型应用的电力机车，运行控制系统复杂，系统中含有大量的 传感器，它们的故障对机车可靠运行具有重大影响。本实用新型中涉及的对象为光电编码 器，它是“和谐”号动车机组上的重要部件，用来检测和反馈机车的运行速度，机车司机根据 检测的速度做出判断。但由于受机车振动、日光暴晒、雨水和油污等的侵袭，使得光电编码 器成为机车控制系统中最易发生故障的部件之一，这样就会直接影响到机车的工作情况， 从而进一步影响到机车的运行安全。因此光电编码器的故障检测对于电传动机车的安全运 行有着举足轻重的作用，各电传动机车检修段都将速度传感器检测作为定期检修的重要设 备。目前国内大多数机务段的维修人员对于光电编码器的故障靠简单仪器来进行测 试和人工诊断故障，对故障产生的原因不能深刻地分析。容易产生误判和漏判，所以传统的 测试方法很难满足提高测试效率和缩短维修时间要求。因此，研究传感器故障机理的分析 和诊断方法，设计一种针对光电编码器故障测试的低成本、高效率、高可靠性诊断装置十分 必要，也具有现实意义。
发明内容本实用新型是针对传统的测试装置很难满足提高测试效率和缩短维修时间要求 的问题，提出了一种基于虚拟仪器的编码器测试装置，通过测试平台结构结合由传感器、数 据采集卡、步进电机和工业计算机组成的虚拟仪器测试系统，可动态地采集光电编码器的 输出脉冲，然后对测试结果进行诊断、整理、显示、保存以及报表打印等后续工作，进而对光 电编码器的故障做出评价和诊断分析。是一种低成本、高效率、高可靠性光电编码器诊断装 置。本实用新型的技术方案为基于虚拟仪器的编码器测试装置，包括工业计算机、 数据采集卡、步进电动机及步进电机驱动器、编码器、光电编码器转轴、信号处理电路、联轴 器、传感器电源、紧固架、导轨，编码器套到紧固架上，紧固架固定在可调整的导轨上，编码 器转轴套入联结轴中，联轴器连接了编码器和步进电动机的轴端，让传感器跟着步进电动 机稳定运转，工业计算机发出指令控制数据采集卡的计数器输出控制信号到步进电机驱动 器控制步进电动机，编码器将步进电机的转速信号通过信号处理电路后进入数据采集卡， 数据采集卡将数据再反馈回工业计算机。[0007]所述编码器包括光电编码器、旋转编码器和虚拟仪器软件。所述信号处理电路包 括光电编码器信号处理卡、旋转编码器信号处理卡、数字信号处理卡。
本实用新型的有益效果在于本实用新型基于虚拟仪器的编码器测试装置，能自 动地完成光电编码器的故障诊断和提出维修措施；由虚拟仪器编制的程序可根据测试对象 类型的更换进行方便的更改，提高了灵活性；数据采集速度快，并且消除了人工读书引起的 误差；测试精度高，重复性好，可节省大量的时间和人力，大大提高了测试效率，并且提高可 靠性。
图1是本实用新型光电编码器结构图；图2是本实用新型基于虚拟仪器的编码器测试装置前视图；图3是本实用新型基于虚拟仪器的编码器测试装置左侧视图；图4是本实用新型基于虚拟仪器的编码器测试装置后视图；图5是本实用新型基于虚拟仪器的编码器测试装置工作原理框图；图6是本实用新型基于虚拟仪器的编码器测试装置的测试软件流程图；图7是本实用新型基于虚拟仪器的编码器测试装置的测试软件操作界面图。
具体实施方式
如图1光电编码器结构图，包括光电编码器传感器101，航空插头102，螺丝孔103， 光电编码器转轴104，线缆105。基于虚拟仪器的光电编码器测试装置如图2、图3及图4所示由硬件设备和测 试软件两个分系统组成，硬件设备分系统主要包括显示屏201，电源开关202，计算机开关 203，电源电压显示屏204，电源指示灯205，计算机指示灯206，打印机207，航空插座208，联 接轴209，紧固架210，导轨211，鼠标212，键盘213，控制台214 ；工业计算机401，光电编码 器信号处理卡403，旋转编码器信号处理卡404，数字信号处理卡405，光电编码器供电电源 406，信号处理卡电源407，步进电机408，步进电机电源开关409，风扇410，步进电机驱动器 411，旋转编码器412 ；数据采集卡501等部分。测试软件分系统701主要由步进电机的运 动控制、数据采集、数据分析与处理及数据的显示与存储等四个部分组成。如图5所示装置工作原理框图，装置包括工业计算机401、数据采集卡501、步进电 动机408及步进电机驱动411、编码器309、信号处理电路404、联轴器209、传感器电源406、 航空插座208，人机联系的部件显示器201、打印机207、鼠标212和键盘213。其中计算机 401用来存储程序、数据，并进行一系列的运算和处理；数据采集501是计算机401与外部 物理器件连接的桥梁；步进电动机408及驱动器411作为系统的执行机构，直接接收来自计 算机401的数字信号，不需要经过D/A转换；编码器309用于检测步进电动机408的转速， 对系统起反馈作用；信号处理电路404主要由处理前期信号，使进入计算机401的信号符合 技术要求；联轴器209连接了光电编码器309和步进电动机408的轴端，让传感器跟着步进 电动机稳定运转；固定导轨部件用于紧固和调整光电编码器309在测试台上的位置，使传 感器101与步进电动机411更好的同轴衔接；人机联系的部件的作用是沟通操作者和仪器 之间的联系，它主要由仪器面板中的键盘213和液晶显示屏201等组成。[0019]通过测试平台结构结合由软件程序发出指令控制数据采集卡501的计数器输出 一系列脉冲到步进电机驱动器411控制步进电动机运行，步进电动机拖动光电编码器和编 码器转动，光电编码器和编码器将输出一系列脉冲方波，这些脉冲方波经过信号处理电路 变换、放大、整形、去噪、滤波等过程处理转换为合适的电压信号进入数据采集卡501，由软 件处理系统对这些脉冲方波的频率、波幅、波谷、占空比及相位差等参数进行计算分析，然 后对测试结果进行诊断、整理、显示、保存以及报表打印等后续工作，进而对光电编码器的 故障做出评价和诊断分析。上述所说的测试装置的机械安装平台如图2所示，首先把光电编码器309沿着螺 丝215套到紧固架210上，按照导轨211的方向调整紧固架210，确保光电编码器转轴104 套 入联结轴209中，并保持光电编码器转轴104与联结轴209在轴向上一致；然后将航空插 头102接到航空插座208上并拧紧；接着打开电源开关202、计算机开关203及步进电机电 源开关，风扇410开始工作起散热作用；通过软件界面的控制按钮704使能步进电机驱动器 411驱动步进电机308以一定的转速往逆时针方向运动；光电编码器信号处理卡403和旋 转编码器信号处理卡404将对光电编码器101和旋转编码器412输出的电压信号进行预滤 波、隔离、放大、再滤波处理，并转化为数据采集卡501所能够接受的电压范围，输送到工业 计算机401。上述所说的测试软件分系统701流程图如图6所示测试软件首先完成数据采集 卡的采样频率、采用点数、采样通道等参数的设置，控制步进电机启动和数据采集卡对光电 编码器和旋转编码器信号进行同步采用；将采样后得到的数据送至计算机进行数据的分析 与处理，主要是对被采集来的信号进行滤波、频率计算及相位差计算；数据的显示与回调于 前面板的表格用于对所处理的信号以直观的示波窗口、表格等形式输出，电机调速用于测 试不同转速下的情况，以判断光电编码器是否有故障，提高测试的精确度，对于测试过程操 作正确的数据送至EXCEL中保持，可方便调用；程序检测到关闭指令后，调用Windows底层 的API函数，进入关机画面，程序自动关闭。在本实例所涉及的基于虚拟仪器的光电编码器测试装置的软件分系统中，采用模 块化、层次化的思想进行编制。模块化设计要求在进行具体编程的过程中，按照层次结构， 对每个独立的任务编制相应独立的程序模块，根据主程序任务的需要，对每个模块进行调 用；层次化设计，即要求自上而下的把软件从整体到布局进行层层细分，分析各个任务的细 节以及相互之间的关系。上述所涉及的软件分系统主要完成了以下任务如图7所示测试软件操作界面图，测试软件主界面701，标准数据702，测试数据 703，控制按钮704，波形图705，故障诊断与分析结果显示框706。首先，利用软件图形化界 面功能，快速地编制好用户界面。用户可以简单地通过主界面上的控制操作测试系统以完 成测试任务。通过主界面上的显示控制，进行测试的波形显示、数据显示等，编写测试中各 种测试功能模块，这是软件系统最核心的部分。其中包括初始参数设置，测试项目选择，步 进电机运动控制、数据采集、分析等模块，对测试的数据进行保持、显示和分析，并可以回调 数据，再现测试数据和图形。其次，在确定了软件系统的功能和任务划分后，可以设计出主要程序结构和程序 流程图，明确了各个功能模块的划分，在定义的公用数据接口上，进行各模块的编程，这样 可以使程序有条理，容易修改和维护。[0025]在本实用新型各个实施例中的各功能可以集成在一个处理模块中，也可以是各个 单元单独物理存在，也可以两个或者两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既 可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以 软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读 取存储介质中。综上所述，本文提供了一种基于虚拟仪器的光电编码器测试装置及系统，对其原 理、测试平台机械结构及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发 明的方案；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式
及 应用范围上均会有用处，本说明书内容不应该理解为对本实用新型的限制。
权利要求一种基于虚拟仪器的编码器测试装置，其特征在于，包括工业计算机、数据采集卡、步进电动机及步进电机驱动器、编码器、光电编码器转轴、信号处理电路、联轴器、传感器电源、紧固架、导轨，编码器套到紧固架上，紧固架固定在可调整的导轨上，编码器转轴套入联结轴中，联轴器连接了编码器和步进电动机的轴端，让传感器跟着步进电动机稳定运转，工业计算机发出指令控制数据采集卡的计数器输出控制信号到步进电机驱动器控制步进电动机，编码器将步进电机的转速信号通过信号处理电路后进入数据采集卡，数据采集卡将数据再反馈回工业计算机。
2.根据权利要求1所述基于虚拟仪器的编码器测试装置，其特征在于，所述编码器包 括光电编码器、旋转编码器和虚拟仪器软件。
3.根据权利要求2所述基于虚拟仪器的编码器测试装置，其特征在于，所述信号处理 电路包括光电编码器信号处理卡、旋转编码器信号处理卡、数字信号处理卡。
专利摘要本实用新型涉及一种基于虚拟仪器的编码器测试装置，编码器套到紧固架上，紧固架固定在可调整的导轨上，编码器转轴套入联结轴中，联轴器连接了编码器和步进电动机的轴端，让传感器跟着步进电动机稳定运转，工业计算机发出指令控制数据采集卡的计数器输出控制信号到步进电机驱动器控制步进电动机，编码器将步进电机的转速信号通过信号处理电路后进入数据采集卡，数据采集卡将数据再反馈回工业计算机。自动地完成光电编码器的故障诊断和提出维修措施；可根据测试对象类型的更换进行方便的更改，提高了灵活性；数据采集速度快，消除了人工读书引起的误差；测试精度高，重复性好，大大提高了测试效率，并且提高可靠性。
文档编号G01D18/00GK201731895SQ20102023353
公开日2011年2月2日 申请日期2010年6月22日 优先权日2010年6月22日
发明者吕新慧, 杨文焕, 葛敏, 陈庆生 申请人:上海理工大学