滑行时间检测仪及非接触式速度计用校准装置的制作方法

本实用新型涉及滑行时间检测仪校准技术领域，尤其涉及一种滑行时间检测仪校准装置及校准方法。

背景技术：

滑行时间检测仪主要用于对汽车排气污染物检测用底盘测功机滑行试验的滑行时间的测量，并通过和理论滑行时间的比较对汽车排气污染物检测用底盘测功机的基本惯量、恒加载滑行时间、变加载滑行时间等参数进行校准。滑行时间检测仪主要由接触式速度采样器和数据控制处理部分组成。接触式速度采样器为带有光电传感器的转动轮，使用时把接触式采样器的转动轮可靠地接触在被检测汽车排气污染物检测用底盘测功机的滚筒上，汽车排气污染物检测用底盘测功机滚筒转动时，借助于摩擦力带动滑行时间检测仪接触式速度采样器的转动轮旋转，从而带动光电编码器旋转。通过测量光电编码器发出的脉冲信号频率可计算出汽车排气污染物检测用底盘测功机滚筒的速度，并可记录不同速度区间滑行试验所用时间，即为滑行时间。

国III标准要求对汽车排气污染物测量需要使用底盘测功机来模拟车辆行驶的各种路况，而底盘测功机用于车辆尾气检测的主要指标基本惯量、恒加载滑行时间、变加载滑行时间、寄生功率等参数均需通过测量滑行时间来测量。目前，全国各省已普遍开展了机动车尾气排放检测，滑行时间检测仪是对汽车尾气检测有重要意义的计量仪器。目前，国内已有多个厂家研制生产了滑行时间测试仪，全国各省级计量技术机构，环保排放设备验收机构、汽车排放用底盘测功机生产厂家，均需使用该设备进行校准验收工作。

但是，目前尚未有检测滑行时间检测仪速度误差的检测设备，急需研制一套滑行时间检测仪校准装置，从而有效保证滑行时间检测仪的精准性。

非接触式速度计是汽车性能试验用最重要、最常用的检测设备之一，是用于测量汽车的行驶速度、行驶距离等参数的计量仪器。它由微型计算机为核心部件，采用光电传感器和相关滤波技术，配以相应的I/O接口，采集路面上不规则的特定反射斑纹图像，变换为频率信号，经A/D转换变成数字量送入计算机，通过相应公式计算出车速V、行驶距离S、加速时间t及油耗等，并作显示。

目前，确认非接触式汽车速度计本身测量准确度的办法只有“道路检测法”和“转鼓检测法”二种。“道路检测法”是选择一条1km，平直的路面，在其间设置定距离的触发点，条件苛刻。由于驾驶员在实际控制时很难确保“稳速”，因此影响测量结果准确性的因素太多。“转鼓检测法”是制造一个转鼓，转鼓以不同的规定转速状况下作旋转运动，产生不同的线速度以检测汽车速度计的准确性。这种方法投资很大、结构庞大、不能进行现场检测，而且被检汽车速度计光电头照射要求的80cm*100cm的反射平面无法保证，就给测量结果带来不可靠性。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种滑行时间检测仪及非接触式速度计用校准装置，能够针对滑行时间检测仪及非接触式速度计进行综合一体化校准，保证校准的精准性。

本实用新型采用的技术方案为：

一种滑行时间检测仪及非接触式速度计用校准装置，包括基座、机壳和校验检测机构，校验检测机构设置在基座上、壳体内，校验检测机构包括变频器、电机、测试滚筒、编码器和控制器，控制器的控制端连接变频器的受控端，变频器的控制端连接电机的受控端，电机的输出轴通过联轴器连接测试滚筒的中心轴，编码器与测试滚筒的中心轴同步运行，测试滚筒的中心轴水平设置，编码器的信号输出端分别连接变频器的反馈接收端和控制器的反馈接收端；所述的编码器用于监测测试滚筒的实时转速，编码器实现变频器对电机的闭环控制变频器；

所述的机壳上设有测试窗，测试窗与测试滚筒的筒壁对应设置，筒壁的外圆面采用滚花和反光面左右拼接设置；待校准的滑行时间检测仪通过磁力支架设置在测试窗上方，且待校准的滑行时间检测仪与筒壁的滚花面紧密接触，无相对滑动；所述的待校准的非接触式速度计通过安装支架设置在测试窗上方，且待校准的非接触式速度计的探头朝向筒壁的反光面；

控制器还连接外部上位机。

所述的基座包括底部框架和设在框架上的多根龙骨，校验检测机构固定在多根龙骨上，且电机的输出轴和测试滚筒的中心轴在同一水平轴上。

所述的测试滚筒包括筒壁、中心轴和平衡盘，中心轴与筒壁之间径向设置2-4个平衡盘，2-4个平衡盘沿轴向间隔均匀设置。

所述的每个平衡盘上均匀分布有多个通孔。

所述的磁力座设于机壳上、测试窗旁，磁力座包括后端开口的安装盒，安装盒上设有限位螺孔，配合设有限位销，用于固定待校准滑行时间检测仪。

所述的安装支架包括龙门架和安装座，安装座固定在龙门架的上梁上，安装座设于筒壁的反光面的上方，非接触式速度计设于安装座内。

所述的编码器采用旋转编码器。

本实用新型通过在电脑上位机上输入相应测试参数(速度等)，将数据指令通过控制器处理输出给变频器，再通过变频器来控制电机输出，电机与测试滚筒通过联轴器刚性直连，利用旋转编码器对测试滚筒转速监测并反馈给变频器，对滚筒转速的闭环控制，获得稳定速度，并读取到计算机实时显示。

进一步地，利用标准校准误差值对测量的滑行时间检测仪的速度示值进行误差校准，同时，还能对非接触式速度计的速度和距离进行校准，达到一机两校准的综合一体化使用。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的内部结构示意图；

图3为本实用新型的电路原理框图；

图4为本实用新型的测试滚筒的结构示意图；

图5为本实用新型的测试滚筒的轴向截面图。

具体实施方式

如图1、图2和图3所示，本实用新型包括基座、机壳6和校验检测机构，校验检测机构设置在基座上、壳体内。所述的基座包括底部框架1和设在框架上的多根龙骨2，校验检测机构固定在多根龙骨2上，且电机3的输出轴和测试滚筒4的中心轴5在同一水平轴上。所述的机壳6上设有测试窗7，测试窗7与测试滚筒4的筒壁4c对应设置，筒壁4c的外圆面采用滚花面4a和反光面4b左右拼接设置；待校准的滑行时间检测仪8通过磁力支架设置在测试窗7上方，且待校准的滑行时间检测仪8与筒壁4c的滚花面4a紧密接触，无相对滑动；所述的待校准的非接触式速度计9通过安装支架设置在测试窗7上方，且待校准的非接触式速度计9的探头朝向筒壁4c的反光面4b。

校验检测机构包括变频器10、电机3、测试滚筒4、编码器11和控制器12，控制器12的控制端连接变频器10的受控端，变频器10的控制端连接电机3的受控端，电机3的输出轴通过联轴器连接测试滚筒4的中心轴5，编码器11与测试滚筒4的中心轴5同步运行，测试滚筒4的中心轴5水平设置，编码器11的信号输出端分别连接变频器10的反馈接收端和控制器12的反馈接收端；所述的编码器11用于监测测试滚筒4的实时转速，编码器11实现变频器10对电机3的闭环控制变频器10；控制器12还连接外部上位机。

如图4和图5所示，所述的测试滚筒4包括筒壁4c、中心轴5和平衡盘4d，中心轴5与筒壁4c之间径向设置2-4个平衡盘4d，2-4个平衡盘4d沿轴向间隔均匀设置，所述的每个平衡盘4d上均匀分布有多个通孔4e。所述的磁力座设于机壳6上、测试窗7旁，磁力座包括后端开口的安装盒13，安装盒13上设有限位螺孔，配合设有限位销14，用于固定待校准滑行时间检测仪8。所述的安装支架包括龙门架15和安装座16，安装座16固定在龙门架15的上梁上，安装座16设于筒壁4c的反光面4b的上方，非接触式速度计9设于安装座16内。所述的编码器11采用旋转编码器11。

下面结合附图说明本实用新型的工作原理：

本装置根据测试要求，在电脑上位机上输入相应测试参数(速度等)，将数据指令通过控制器处理输出给变频器，再通过变频器来控制电机输出，电机与测试滚筒通过联轴器刚性直连，利用旋转编码器对测试滚筒转速监测并反馈给变频器，对滚筒转速的闭环控制，获得稳定速度，并读取到计算机实时显示。

其中，滚筒长度选取300mm，150mm滚花处理满足滑行时间检测，150mm外圆车削处理满足非接触式速度计的检测。直径360mm宽度300mm铸铝滚筒，其惯量约为0.2kg·m2。滚筒参数及惯量基本计算公式J＝mr2，考虑到滚筒半径增大，惯量增大比例呈平方倍以上，滚筒惯量越大，电机越难控制，控制精度越差；滚筒直径太小，对非接触式速度计校准结果的准确度越差，两极电机同步转速3000r/min，滚筒直径为360mm，满足200km/h的测试速度要求。

在电机选型上，本实施例采用，电机带动滚筒稳定运转主要克服轴承摩擦阻力矩：M＝μFd/2。考虑轴承质量，μ值取0.01，轴承载荷主要来自测试滚筒，测试滚筒及滚筒轴总质量不大于20kg。

轴承内径35mm，

1)最大阻力矩:

M＝μFd/2

＝0.01×200×0.035/2

＝0.035Nm,

相对电机输出扭矩很小，可忽略。

2)负载惯量：

负载主要包括铸铝滚筒、滚筒轴、联轴器。

铸铝滚筒惯量：

J1＝0.2kgm2

滚筒轴惯量：

J2≤0.001kgm2

联轴器惯量：

J3＝0.0011kgm2

负载总惯量

J0＝J1+J2+J3

＝0.2+0.001+0.0011

＝0.2021kgm2

3)电机启动转子角加速度:

ε＝T/(J0+JM)

＝18.112/0.2021

＝85.03rad/s2

T为电机输出扭矩，J0为负载惯量,JM为电机转子惯量

3)启动时间:

t＝ωmax/ε

＝308.64/85.03

＝3.63s

ωmax为滚筒最大角速度(200km/h对应角速度为308.64rad/s)

由于最大线速度200km/h对应滚筒最大转速为2947.3r/min，超过电机额定转速2900r/min，超过后为恒功率控制阶段，随着转速升高，电机输出扭矩降低，转子角加速度也随之减小，加速时间增大，故电机带动滚筒至最大转速所需时间大于3.63s。

综上，选择电动机额定功率5.5kw，额定转速2900r/min。

变频器选型

电机额定功率为5.5kw，匹配相应功率变频器，配合旋转编码器反馈实现变频器的FOC+PG(闭环矢量控制)的控制方式，频率控制输出精度可达0.01％，满足测试需求。

编码器选型

编码器采集精度可达1/2000＝0.05％，满足检测要求。

控制精度分析：

卷筒制造误差：k1＝0.2/360＝0.056％

变频器控制输出精度：k2＝0.01％

旋转编码器采集精度：k3＝1/2000＝0.05％

综上，累计误差：k＝k1+k2+k3＝0.116％＜0.2％,满足测试要求。

测试开始前，对于滑行时间检测仪，应将其速度采样器通过磁力座固定在台架上，其中，磁力座设于机壳上、测试窗旁，磁力座包括后端开口的安装盒，安装盒的顶部开设有限位螺孔，配合设有限位销，通过旋拧限位销，利用限位销与速度采样器的相抵触的相互压力作用，从而固定待校准滑行时间检测仪使速度采样器的转动轮与滚筒滚花面可靠接触，无相对滑动和跳动。

设备固定完成后，上位机通过TCP/IP方式与电控箱内设备控制器设定校准装置测试参数，根据设定的测试参数，变频器控制电动机旋转，电动机带动滚筒和编码器旋转，控制器通过采集编码器输出信号计算对电机进行修正，从而保证电机转速的精准度。

具体操作为：

B：通过上位机设定电机3初始转速v0，控制器12将信息发送给变频器10，变频器10控制电机3运转，同时，通过旋转编码器11监测测试滚筒4的实时转速，反馈给变频器10和控制器12，实时修正电机3的转速，使得电机3输出恒定的初始转速v0，单位为km/h；并记录待校准滑行时间检测仪8显示的速度值vn，单位为km/h；

C：重复步骤B三次，分别记录待校准滑行时间检测仪8显示的速度值v1、v2、v3，单位为km/h；并用公式(1)计算每次的速度测量误差，公式(1)为：

计算结果为：△v1、△v2、△v3；

D：比较步骤C中的△v1、△v2、△v3，取最大值作为误差校准值；再将误差校准值与最大允许误差相比较，得到校准结果；其中，最大允许误差为：当初始转速v0为0.1km/h～20km/h时，最大允许误差为±0.04km/h；当初始转速v0为20km/h～130km/h时，最大允许误差为±0.2％km/h；

E：下面进行测试点为30km/h、5km/h、20km/h、50km/h、100km/h的速度测量误差校准：

(1)、当测试点为30km/h时，即v0＝30km/h，重复步骤B三次，分别记录待校准滑行时间检测仪在初始速度v0＝30km/h下显示的速度值v1、v2、v3，再根据公式(1)分别计算速度测量误差△v1、△v2、△v3，取最大值作为误差校准值；再将误差校准值与最大允许误差相比较，得到校准结果；

(2)、当测试点为5km/h时，即v0＝5km/h，重复步骤B三次，分别记录待校准滑行时间检测仪在初始速度v0＝5km/h下显示的速度值v1、v2、v3，再根据公式(1)分别计算速度测量误差△v1、△v2、△v3，取最大值作为误差校准值；再将误差校准值与最大允许误差相比较，得到校准结果；

(3)、当测试点为20km/h时，即v0＝20km/h，重复步骤B三次，分别记录待校准滑行时间检测仪在初始速度v0＝20km/h下显示的速度值v1、v2、v3，再根据公式(1)分别计算速度测量误差△v1、△v2、△v3，取最大值作为误差校准值；再将误差校准值与最大允许误差相比较，得到校准结果；

(4)、当测试点为50km/h时，即v0＝50km/h，重复步骤B三次，分别记录待校准滑行时间检测仪在初始速度v0＝50km/h下显示的速度值v1、v2、v3，再根据公式(1)分别计算速度测量误差△v1、△v2、△v3，取最大值作为误差校准值；再将误差校准值与最大允许误差相比较，得到校准结果；

(5)、当测试点为100km/h时，即v0＝100km/h，重复步骤B三次，分别记录待校准滑行时间检测仪在初始速度v0＝100km/h下显示的速度值v1、v2、v3，再根据公式(1)分别计算速度测量误差△v1、△v2、△v3，取最大值作为误差校准值；再将误差校准值与最大允许误差相比较，得到校准结果；

F：将步骤E中的每个测试点下的校准结果制表、输出。

当进行非接触式速度计的校准时，包括以下步骤：

a：利用安装支架将待校准非接触式速度计固定在上测试滚筒的反光面上方，进行预热处理；

b：将滑行时间检测仪及非接触式速度计用校准装置和待校准非接触式速度计置于检测状态，通过上位机设定电机初始转速v0＝5km/h，控制器将信息发送给变频器，变频器控制电机运转，同时，通过旋转编码器监测测试滚筒的实时转速，反馈给变频器和控制器，实时修正电机的转速，使得电机输出恒定的初始转速v0；之后，逐步调节电机转速，调整到180km/h，观察待校准非接触式速度计显示是否正常，检测待校准非接触式速度计的测试范围；若待校准非接触式速度计显示正常，进行下一步骤；

c：速度示值误差校准：

c1、通过步骤b使得电机输出恒定的测试转速vb，并读取待校准非接触式速度计此时的速度示值vi，重复三次，取得三个速度示值分别为vi1、vi2、vi3；并求得三个速度示值的平均值vi；

c2、计算示值误差：

当测试转速vb不大于50km/h时，最大允许误差△v0＝±0.1km/h，按照公式(3)求得示值误差，

式中，△vi：第i测试点时，待校准非接触式速度计的示值误差，i＝1、2；

当测试转速vb大于50km/h时，最大允许误差△v0＝±0.2km/h，按照公式(4)求得示值误差，

式中，δvi：第i测试点时，待校准非接触式速度计的示值误差，i＝3、4、5、6；

d：下面根据步骤c进行测试点为10km/h、30km/h、60km/h、90km/h、120km/h、180km/h的速度示值误差校准，其对应序号为i＝1、2、3、4、5、6：

d1、当测试点为10km/h时，即vb＝10km/h，重复步骤c；再根据公式(3)，当i等于1时，计算速度示值误差△v1，再将速度示值误差△v1与最大允许误差△v0＝±0.1km/h相比较，从而得到校准结果；

d2、当测试点为30km/h时，即vb＝30km/h，重复步骤c；再根据公式(3)，当i等于2时，计算速度示值误差△v2，再将速度示值误差△v2与最大允许误差△v0＝±0.1km/h相比较，从而得到校准结果；

d3、当测试点为60km/h时，即vb＝60km/h，重复步骤c；再根据公式(4)，当i等于3时，计算速度示值误差△v3，再将速度示值误差△v3与最大允许误差△v0＝±0.2km/h相比较，从而得到校准结果；

d3、当测试点为90km/h时，即vb＝90km/h，重复步骤c；再根据公式(4)，当i等于4时，计算速度示值误差△v4，再将速度示值误差△v4与最大允许误差△v0＝±0.2km/h相比较，从而得到校准结果；

d3、当测试点为120km/h时，即vb＝120km/h，重复步骤c；再根据公式(4)，当i等于5时，计算速度示值误差△v5，再将速度示值误差△v5与最大允许误差△v0＝±0.2km/h相比较，从而得到校准结果；

d3、当测试点为180km/h时，即vb＝180km/h，重复步骤c；再根据公式(4)，当i等于6时，计算速度示值误差△v6，再将速度示值误差△v6与最大允许误差△v0＝±0.2km/h相比较，从而得到校准结果；

e：进行测试点为25m、100m的距离示值误差校准：

e1：当校准距离为25m时，电机转速设置为30km/h，速度稳定后，保证测试滚筒与速度计同步计量距离，并读取电机及速度计距离示值；重复测量3次，并记录；

当距离不大于30m时，根据公式(5)计算距离示值误差，

其中，Δsj＝sj-sAj (6)

公式(5)和公式(6)中的，Δs：待校准非接触式速度计的距离示值误差；

Δsj：第j次测量时，待校准非接触式速度计的距离示值误差；

sj：第j次测量时，待校准非接触式速度计的距离示值；

sAj第j次测量时，电机的距离示值；

e2：校准距离为100m时，电机转速设置为100km/h，速度稳定后，保证测试滚筒与速度计同步计量距离，并读取电机及速度计距离示值；重复测量3次，并记录；

当距离大于30m时，根据公式(7)计算距离示值误差；

其中

公式(7)和公式(8)中的δs：待校准非接触式速度计的距离示值误差；

δsj：第j次测量时，待校准非接触式速度计的距离示值误差，j＝1、2、3,；

sj：第j次测量时，待校准非接触式速度计的距离示值；

sAj第j次测量时，电机的距离示值；

综上，根据公式(5)和公式(7)求得测试点为25m、100m的距离示值误差；

f：将步骤d和e中的每个测试点下的校准结果制表、输出。

通过上述步骤，本装置能够完成对滑行时间检测仪的整体速度值校准；非接触速度计速度和距离的校准；结构简单，便于售后维修及日常维护；便捷的软件控制系统，测试准确、检测时间短；功能全面，操作简单易学，系统升级简单，易于维护；防过压、防缺相、抗干扰的电路设计。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的范围。