坦克电传动系统试验台的工作原理和信号测试对象分析

引言

测试是具有试验性质的测量。测试技术包含着测量和试验两个方面内容。测量就是把被测对象中的某种信息检测出来并加以量度；试验就是通过专门的装置把被测系统所存在的某种信息激发出来并加以测量。自古以来，测试技术作为科学技术的重要分支就渗透在人类的生产活动、科学实验与日常生活的各个方面。随着我国军事装备现代化和自动化水平的提高，对部队装备的保障也提出了更高的要求。

1、坦克电传动系统试验台概述

1．1 试验台组成

试验台由测试台、控制柜、电阻柜组成。测试台布局如图1、图2所示，其包括风扇、磁粉制动器、减速箱、电磁离合器、扭矩传感器等。控制柜用于系统控制、信号采集及显示。由阳柜用于为电机大机提负载。

1．2 试验台工作原理

坦克电传动系统由三个电气部件组成——电机扩大机、炮塔电动机、测速发电机。电机扩大机和炮塔电动机进行单独测试，测速发电机在炮塔电动机的驱动下进行。试验台工作原理建立在所测部件与检测系统构成一个正常的车内工作环境平台。这项任务由两个直流稳压电源、磁粉制动器、电阻柜和控制部分的有机结合来完成。试验台检测电路原理如图3所示。图中有A—S的方框表示电流传感器，有V——S的方框表示电压传感器。

2、 信号的测试和传感器

试验台中需要测试的信号有：电流、电压、扭矩、转速，用到的传感器有：电流传感器、电压传感器、扭矩传感器、测速传感器。

2．1 电流电压的测试

2．1．1 电流电压传感器原理

电流电压传感器工作原理主要是霍尔效应原理。以磁平衡霍尔电流电压传感器为例，其原理如图4所示。磁平衡霍尔电流传感器原理：原边电流In产生的磁通量聚集在磁路中，并由霍尔器件检测出霍尔电压信号，经过放大器放大，该电压信号精确地反映原边电流。原边电流In产生的磁通量与霍尔电压经放大产生的副边电流Im通过副边线圈所产生的磁通量相平衡。副边电流Im精确地反映原边电流。如果输出电流经过测量电阻Rm，则可以得到一个与原边电流成正比的大小为几伏的电压输出信号。磁平衡霍尔电压传感器原理：原边电压Vp通过原边电阻R1转换为原边电流In，In产生的磁通量与霍尔电压经放大产生的副边电流Im通过副边线圈所产生的磁通量相平衡。副边电流Im精确地反映原边电压。

2．1．2 电流电压的测试

电流／电压传感器产生的信号通过数据采集卡采集。首先把真实的大（或小）电流／电压模拟量通过传感器转换成A／D转换器所能转换的范围，然后经A／D转换成微机可以识别的数字量，继而换算可以得到真实的模拟量。如数据采集卡的ACC是L2位，输入电压范围为一5V～+5V，转换完成后对应关系为0～4095，即OV对应的数字量为2095。通过对应关系换算即可得到实际的电流／电压量。为提高精确度在采样时使用数字滤波。如采样十次，去掉最高和最低的两次采样结果，然后把剩余的八次取平均值。

2．2 扭矩的测试

测试台中扭矩的测试需要用到扭矩传感器。测量扭矩的方法是把转轴上的扭矩转化为与其有一定函数关系的物理量，然后再转化成相应的电量。这是一种应变式扭矩传感器，扭矩传感器转轴上受扭矩作用后，在其表面产生剪切应变，这一应变可用电阻应变片来测量。应变信号转换成直流电压信号，电压信号通过V／F（压控振荡器）转换成为频率变化的矩形波信号，将应变信号载于脉冲波上，这一频率调制信号经发射片耦合到固定的接受片上，实现信号的无接触传输，接收到的信号通过解调还原成与V／F转换出的方波同频率的数字信号。测量时只需测出数字信号的频率，即可测出与其有一定关系的扭矩。

测试台中测试电动机的扭矩时，测试软件通过控制磁粉制动器的电压，从而控制其输出的扭矩（作为负载），测试软件根据电动机的测试要求自动调节负载和电枢电压，测试电动机的转矩和电流，得出其特性关系。扭矩传感器输出的是一定频率的脉冲信号，通过计数器板采集，工控机进行结算得出与频率有一定关系的扭矩。扭矩信号与转速信号都是一定频率的脉冲信号，所以它们的测试方法是相同的。只是在使用定时／计数板时要注意频带范围。

2．3 转速的测试

转速的测试需要用到测速传感器，测速传感器就是将旋转物体的转速转换为电量输出的传感器。常用的转速传感器有光电式、电容式、变磁阻式以及测速发电机等。在试验台中根据工作环境以及具体的性能指标选用了电感式接近开关，电感式接近开关是变磁阻式转速传感器的一种。为测试方便，需加工一个工装，如图2所示的感应叶片，当叶片经过测速传感器时传感器会输出一个脉冲。这样转速就会和脉冲频率形成正比关系。工控机通过定时／计数板采集脉冲信号然后进行解算处理，得出脉冲信号的频率，通过频率与转速的对应关系可以算出相应的转速。也就是测试出一定时间内的脉冲个数即可。

脉冲频率是通过计数器板测试得到的，其中主要用8254芯片。8254内部包含三个功能完全相同的通道，每个通道内部设置一个16位计数器，可进行二进制或十进制计数。每个通道既可用作定时器也可用作计数器，其内部操作完全相同，区别在于前者由时钟脉冲进行减l计数，而后者由计数脉冲进行减1计数。其实计数要由定时和计数互相配合同时进行。本例中我们只用到计数器板上的两片8254：Ul和U2。Ul的三个通道可以表示为：U1-0、Ul-1、Ul-2。Ul-l作为定时器，U1-2、U2-0等作为计数器。假设片内时钟为2M作为时钟脉冲，U1-1最大定时时间为：65536*l／‘2000000=0．032768s=32．768ms，如果定时时间短不能满足要求，则可以用Ul—O输出频率更低的方波作为Ul一1的时钟脉冲。如Ul一0通道采用工作方式3，初值为2000，则输出频率为1kHz的方波（2M／2000=lK），U1-1最大定时时间为：65536*1／1000=65．536s。U1一l、Ul一2、U2—0等都采用工作方式0，利用工作方式0既可完成定时功能，也可完成计数功能。Ul—l作为定时器，根据要求定时的时间和CLKi的周期计算出定时系数，预置到计数器中。定时时间从写入计数值开始到计数值计到0为止，这时OUTi输出正跳变，表示定时时间到，利用OUTi输出的正跳变来控制门控信号GATEi，门控信号GATEi用来控制减1计数操作是否进行。这样可以计算出定时的时间内接收到的脉冲数，做到精确计数。原理图如图5所示。

3、 测试软件

测试软件的主要功能是自动控制电动机、扩大机进行工作，检测出各参数并生成特性曲线，还可以把各参数和特性曲线显示、打印或存储。测试软件的流程是在手动测试流程的基础上加以细化生成的。测试软件按流程控制各通路的开关、控制电压和电流的升降、控制扭矩和电阻负载的大小、控制各路A／D信号和扭矩转速信号的采集换算、控制D／A信号的大小和输出、控制各种参数信息在屏幕的显示。信号采样时使用数字滤波来提高准确度。为保护试验台和电机，软件使用了保护装置。操作系统为Win98，开发工具采用Visual C++。测试软件还提供了友好的人机界面，便于操作。

4、 结束语

坦克电传动试验台提高了自动化程度、测试水平和工作效率。现在已经研制成功并且得到广泛应用。

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