矿用隔离开关动作过程转矩测试系统及测试方法与流程

本发明涉及矿用隔离开关测试技术，尤其涉及一种矿用隔离开关动作过程瞬态转矩信息测试系统和测试技术。

背景技术：

矿用隔离开关是矿用起动器、矿用掘进机电控箱和矿用照明信号综合保护装置等设备的重要元件，在电网中起到电气隔离和无载换向作用，其产品质量好坏直接关系到煤矿安全生产和电网稳定运行。矿用隔离开关动作过程需要手动提供最初操作力，弹簧过死点后自身机构可以提供动作操作力。在矿用隔离开关分断检验过程依靠气动机构、电机机构提供外界操作力完成动作，外界操作力在整个动作周期内存在。

为了更好的模拟实际应用工况，在弹簧过死点后外界操作力应立即停止，保证其分断末期完成依靠自身驱动力。弹簧过死点时刻的确定是模拟实际应用工况得关键，目前国内外尚未开展相关技术的研究工作，矿用隔离开关动作过程瞬态转矩测试技术是当今检测检验技术领域的空白。

技术实现要素：

为解决上述问题，

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

在第一个技术方案中，矿用隔离开关动作过程转矩测试系统，包括dsp、转矩测试单元、光电编码单元、信号处理单元、操作面板、驱动系统、操作机构、稳压电源和矿用隔离开关组成，其中dsp的模拟信号输入端与信号处理单元的模拟信号输出端相连接，信号处理单元的模拟信号输入端与转矩测试单元的信号输出端相连接，dsp的数字信号输入端与信号处理单元的数字信号输出端相连接，信号处理单元的数字信号输入端与光电编码单元的信号输出端相连接，控制面板的信号输出端与dsp、稳压电源的控制信号输入端相连接，操作机构的一端经过转矩测试单元与矿用隔离开关主轴相连接，操作机构的另一端与光电编码单元的测量端相连接，操作机构的控制信号输入端经过驱动系统与dsp的信号输出端相连接，驱动系统的急停信号输入端与控制面板的急停按钮相连接，稳压电源的输出端与dsp、信号处理单元、驱动系统的电源输入端相连接。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述矿用隔离开关动作过程转矩测试系统还包括显示单元和显示驱动模块，所述显示单元的输入端与显示驱动模块的信号输出端相连接，显示驱动模块的信号输入端与dsp的显示信号输出端相连接，所述稳压电源的输出端与显示驱动模块连接。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述矿用隔离开关动作过程转矩测试系统还包括可移动存储单元，所述可移动存储单元的信号输入端与dsp的信号输出端相连接，可移动存储单元用于记录dsp输出数据。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述操作面板主要有触摸屏、上电按钮、启动按钮、停止按钮、复位按钮、动作方式选择按钮、动作方向选择按钮、急停按钮组成，其中触摸屏的信号输出端经过驱动电路与dsp的信号输入端相连接，上电按钮的信号输出端与稳压电源的控制端相连接，启动按钮、复位按钮、停止按钮、动作方式选择按钮与dsp的数字信号输入端相连接，动作方向选择按钮、急停按钮与驱动系统的控制信号输入端相连接。

在第二个技术方案中，矿用隔离开关动作过程转矩测试方法，使用第一个技术方案中提出的矿用隔离开关动作过程转矩测试系统，包括以下步骤：

步骤1、采集数据：采集至少5个转矩测试单元输出的转矩信号和光电编码单元中光电编码器的位置信号；

步骤2、计算最大转矩值：根据相邻两个转矩信号差值和采集周期计算转矩曲线的斜率，即：

其中，k为转矩曲线的斜率，t为转矩数据采集周期，在斜率为零点附近寻找m个数据，计算m个数据的平均值，即：

其中，为k零点附近m个转矩数据的平均值，即为转矩最大值。

在第二个技术方案中，作为优选的，所述矿用隔离开关动作过程转矩测试方法还包括：

步骤3、计算最大转矩位置：根据转矩最大值前的转矩数据个数和光电编码单元中光电编码器角度周期，计算最大转矩点的位置信息：

其中，α为最大转矩点位置角度，n为光电编码单元中光电编码器一周的脉冲个数，q为对应m个转矩数据位置时光电编码单元中光电编码器对应的脉冲数量。计算得到α值为最大转矩点的角度。

在第二个技术方案中，作为优选的，在步骤1前还包括，步骤a、剔除干扰数据：

计算前后两个数据差值的绝对值，即：

|tn-tn-1|＞tmr(4)

其中，tn为第n个转矩值，tn-1为第(n-1)个转矩值，tmr为最大转矩变化率；tmr计算方法为n时刻及前4组转矩差值的平均值乘以转矩系数，即：

其中，p为转矩系数，tn-2为第(n-2)个转矩值，tn-3为第(n-3)个转矩值，tn-4为第(n-4)个转矩值，tn-5为第(n-5)个转矩值，tn-6为第(n-6)个转矩值；

如果公式(4)不成立，获得的数据tn为有效数据；如果公式(4)成立，则该数据tn为干扰数据，剔除干扰数据后使用前两个数据的平均值乘以转矩增量系数q补充剔除数据，即：

tn＝q×tn-1(6)

其中,q为转矩增量系数。

使用本发明的有益效果是：采用dsp对转矩信号和位置信号进行采集、运算，实现了矿用隔离开关动作过程瞬态转矩信息测试和存储，系统具有结构简单、稳定性好、测量准确度高等优点；同时，矿用隔离开关动作过程转矩测试方法可以计算出矿用隔离开关动作过程的最大转矩值和最大转矩位置，为矿用隔离开关分断试验系统设计提供最大转矩点位置信息，促进了矿用隔离开关智能化检验和智能化电器技术的发展。

附图说明

图1为本发明矿用隔离开关动作过程转矩测试系统结构简图。

图2为本发明矿用隔离开关动作过程转矩测试系统面板示意图。

附图标记包括：

1-dsp，2-转矩测试单元，3-光电编码单元，4-信号处理单元，5-显示单元，6-显示驱动模块，7-可移动存储单元，8-操作面板，9-驱动系统，10-操作机构，11-稳压电源，12-矿用隔离开关，13-驱动电路，14-触摸屏，15-动作方式选择按钮，16-启动按钮，17-停止按钮，18-复位按钮，19-上电按钮，20-动作方向选择按钮，21-急停按钮。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细的描述。

实施例1

本实施例提出的矿用隔离开关动作过程转矩测试系统，包括dsp1、转矩测试单元2、光电编码单元3、信号处理单元4、操作面板8、驱动系统9、操作机构10、稳压电源11和矿用隔离开关12组成，其中dsp1的模拟信号输入端与信号处理单元4的模拟信号输出端相连接，信号处理单元4的模拟信号输入端与转矩测试单元2的信号输出端相连接，dsp1的数字信号输入端与信号处理单元4的数字信号输出端相连接，信号处理单元4的数字信号输入端与光电编码单元3的信号输出端相连接，控制面板的信号输出端与dsp1、稳压电源11的控制信号输入端相连接，操作机构10的一端经过转矩测试单元2与矿用隔离开关12主轴相连接，操作机构10的另一端与光电编码单元3的测量端相连接，操作机构10的控制信号输入端经过驱动系统9与dsp1的信号输出端相连接，驱动系统9的急停信号输入端与控制面板的急停按钮21相连接，稳压电源11的输出端与dsp1、信号处理单元4、驱动系统9的电源输入端相连接。

矿用隔离开关动作过程转矩测试系统还包括显示单元5和显示驱动模块6，显示单元5的输入端与显示驱动模块6的信号输出端相连接，显示驱动模块6的信号输入端与dsp1的显示信号输出端相连接，稳压电源11的输出端与显示驱动模块6连接。

矿用隔离开关动作过程转矩测试系统还包括可移动存储单元7，可移动存储单元7的信号输入端与dsp1的信号输出端相连接，可移动存储单元7用于记录dsp1输出数据。

本实施例中，操作面板8主要有触摸屏14、上电按钮19、启动按钮16、停止按钮17、复位按钮18、动作方式选择按钮15、动作方向选择按钮20、急停按钮21组成，其中触摸屏14的信号输出端经过驱动电路13与dsp1的信号输入端相连接，上电按钮19的信号输出端与稳压电源11的控制端相连接，启动按钮16、复位按钮18、停止按钮17、动作方式选择按钮15与dsp1的数字信号输入端相连接，动作方向选择按钮20、急停按钮21与驱动系统9的控制信号输入端相连接。

本矿用隔离开关动作过程瞬态转矩信息测试系统工作过程如下：

按动上电按钮19，测试系统上电待机等待测试指令，设置动作方式、动作方向、动作角度(触摸屏14设定)、动作速度(触摸屏14设定)参数，按动启动按钮16后驱动单元带动矿用隔离开关12转轴开始动作，dsp1开始采集信号处理单元4反馈的转矩测试单元2转矩信号和光电编码单元3光电编码器的位置信号，在到达设定角度后停止动作，dsp1处理转矩和位置数据，计算最大转矩值和最大转矩点位置信息，将计算结果在显示单元5上显示出来，同时将计算结果在可移动存储单元7中存储。

实施例2

本实施例提出的矿用隔离开关动作过程转矩测试方法，使用实施例1中提出的矿用隔离开关动作过程转矩测试系统，包括以下步骤：

步骤1、采集数据：采集10个转矩测试单元2输出的转矩信号和光电编码单元3中光电编码器的位置信号；

步骤2、计算最大转矩值：根据相邻两个转矩信号差值和采集周期计算转矩曲线的斜率，即：

其中，k为转矩曲线的斜率，t为转矩数据采集周期，在斜率为零点附近寻找m个数据，计算m个数据的平均值，即：

其中，为k零点附近m个转矩数据的平均值，即为转矩最大值。

在第二个技术方案中，作为优选的，矿用隔离开关动作过程转矩测试方法还包括：

步骤3、计算最大转矩位置：根据转矩最大值前的转矩数据个数和光电编码单元3中光电编码器角度周期，计算最大转矩点的位置信息：

其中，α为最大转矩点位置角度，n为光电编码单元3中光电编码器一周的脉冲个数，q为对应m个转矩数据位置时光电编码单元3中光电编码器对应的脉冲数量。计算得到α值为最大转矩点的角度。

在第二个技术方案中，作为优选的，在步骤1前还包括，步骤a、剔除干扰数据：

计算前后两个数据差值的绝对值，即：

|tn-tn-1|＞tmr(4)

其中，tn为第n个转矩值，tn-1为第(n-1)个转矩值，tmr为最大转矩变化率；tmr计算方法为n时刻及前4组转矩差值的平均值乘以转矩系数，即：

其中，p为转矩系数，tn-2为第(n-2)个转矩值，tn-3为第(n-3)个转矩值，tn-4为第(n-4)个转矩值，tn-5为第(n-5)个转矩值，tn-6为第(n-6)个转矩值；

如果公式(4)不成立，获得的数据tn为有效数据；如果公式(4)成立，则该数据tn为干扰数据，剔除干扰数据后使用前两个数据的平均值乘以转矩增量系数q补充剔除数据，即：

tn＝q×tn-1(6)

其中,q为转矩增量系数。

综上所述，本提供采用dsp1对转矩信号和位置信号进行采集、运算，实现了矿用隔离开关动作过程瞬态转矩信息测试和存储，系统具有结构简单、稳定性好、测量准确度高等优点；同时，矿用隔离开关动作过程转矩测试方法可以计算出矿用隔离开关动作过程的最大转矩值和最大转矩位置，为矿用隔离开关12分断试验系统设计提供最大转矩点位置信息，促进了矿用隔离开关12智能化检验和智能化电器技术的发展。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本发明的构思，均属于本发明的保护范围。