1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (14 голосовало, оценка: 4,21 из of 5)
Загрузка...

ИЗМЕРЕНИЕ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА ПРИ ПОМОЩИ ДАТЧИКА И ПК

Автор: руководитель калибровочной лаборатории
фирмы Lorenz Messtechnik GmbH (Германия), к.т.н.

Вильфрид Криммель

Перевод: АЛЬФА-СЕНСОР © 2010


Благодаря интеграции USB-интерфейса в цифровой датчик крутящего момента (см. рис. 1), удалось полностью отказаться от достаточно дорогих и сложных в управлении дополнительных измерительных усилителей. Кроме того, благодаря работающему по принципу Plug and Play USB-интерфейсу, датчик автоматически распознаётся компьютером, что позволяет начать измерения в течение нескольких секунд. Для отображения и анализа измерительного сигнала достаточно обычного компьютера. Перед началом эксплуатации необходимо лишь инсталлировать программное обеспечение и USB-драйвер на компьютере. Измеренные данные сохраняются в формате CSV и могут обрабатываться в любой программе табличной обработки (например, в MS Excel).
Диаграмма сигнала, отображённая на мониторе, может быть сохранена на компьютере как BMP-файл. Таким образом,  данный Современный датчик крутящего момента DR-3000 с USB-интерфейсом датчик идеален в тех случаях, когда крутящий момент нужно измерить быстро и просто, например, при конструировании, испытаниях, а так же при производстве, например, при проверке производственного оборудования.

Устройство современного датчика крутящего момента.
Механическая конструкция.
Устройство современного датчика крутящего момента представлено на рис. 2. На находящемся в корпусе валу имеется суженное место, где наклеены тензорезисторы. На валу так же находится электроника. На корпусе располагается дополнительная электроника и USB-разъем для электрического подключения датчика. Для передачи сигнала и энергии служат два вращающихся трансформатора. Такой трансформатор состоит из двух расположенных концентрически друг к друг катушек. Причём одна катушка закреплена на роторе, а другая — на статоре. При опции «частота вращения» или «угол поворота» присутствует генератор импульсов.

Механическая конструкция DR-3000

Принцип функционирования электроники

Как уже было показано выше, измерение крутящего момента происходит посредством тензорезисторов на вращающемся валу. Снятый сигнал тотчас же усиливается, оцифровывается и попадает в процессор, который обрабатывает его для передачи через трансформаторный транслятор в форме последовательного кода (рис. 3). Большое преимущество данного транслятора в его двухстороннем применении. Сигналы могут передаваться как от вращающегося ротора к статору, так и в противоположном направлении. Типичным примером передачи команд является контрольное включение для проверки датчика. Так же через трансформаторный транслятор происходит питание вращающейся электроники.
В статоре сигнал с данными измерения обрабатывается и преобразуется в процессоре в последовательный сигнал. Далее следует конвертер, который отвечает за конвертирование последовательных данных в USB-протокол. В заключение, данные передаются по USB-интерфейсу на компьютер.

Блок-схема датчика крутящего момента DR-3000

Использование процессоров позволяет сохранить в датчике крутящего момента такие данные, как серийный номер, калибровочные значения, измерительный диапазон, дату калибровки и т.д. Эти данные считываются программным обеспечением для автоматической конфигурации, что ведёт к повышению надёжности работы измерительного устройства.Так как для питания датчика используется постоянное напряжение 5 В от USB-интефейса, нет необходимости в дополнительных источниках питания.

Измерение угла поворота и частоты вращения
Снятие значений угла и частоты вращения происходит двумя различными способами. При угле поворота у TTL-сигнала углового датчика обрабатываются только вертикальные фронты. Таким образом получается разрешение в ¼°. Информация о направлении вращения берётся из фазового смещения двух каналов угла. Датчик выдает не обычный TTL-сигнал, а уже подготовленный сигнал в градусах. Тем самым к измеренному моменту всегда выдаётся соответствующий угол.

Измерение частоты вращения происходит другим путём. Здесь проводится продолжительный замер периодов и отсюда определяется частота вращения. Также и в этом случае выдаётся не TTL-сигнал, а уже скорость вращения в мин-1. Как при измерении частоты вращения так и при измерении угла поворота результат выдаётся датчиком значением в 16 бит.

Передача данных через USB
USB — это вид интерфейсов для звёздоподобного подключения к компьютеру до 124 периферийных приборов, таких как принтер, цифровая камера, мышка, сканер, измерительные приборы и прочие. USB-приборы могут быть подключены и снова отключены во время работы. Таким образом они имеют hot-plugging и plug & play — качества. При наличии драйвера на на компьютере операционная система автоматически распознаёт подключение прибора. В противном случае запрашивается инсталляция драйвера. Через USB могут передаваться данные со скоростью до 480 Мбит/с, что для измерительных нужд вполне достаточно.
Коммуникация с датчиком происходит при помощи разработанного фирмой Лоренц протокола (рис. 4). Он содержит определённое число команд, которые служат для конфигурации датчика. Как пример тут можно назвать частоту измерений, которая устанавливается до значения 2500 измерений в секунду. Передача данных подстрахована контрольными суммами и обеспечивает наивысшую надёжность данных.
Протокол USB-интерфейса применяется при передаче данных между компьютером и датчиком. Поэтому команды протокола Лоренца с измерительными величинами формируются в пакеты данных и передаются по протоколу USB. Таким образом, такие элементы, как данные измерений, управляющие команды, контрольные суммы и т.д. туннелизируются шиной USB. Коммуникация между датчиком и проинсталлированным на компьютере программным обеспечением происходит как показано на рис. 4.

Передача данных между компьютером и датчиком крутящего момента

Последовательный сигнал после процессора соответствует протоколу интерфейса RS232. Этот сигнал преобразуется в конвертере в USB-подключение с соответствующим USB-протоколом. Драйвер, установленный на компьютере, перенимает на себя коммуникацию через USB-интерфейс и возвращает последовательный сигнал обратно. Таким образом, поставляемое с датчиком программное обеспечение видит не USB-интерфейс, а COM-порт (последовательный интерфейс), который виртуально представляется драйвером. Во время коммуникации компьютера с датчиком компьютер отправляет команды датчику, который их обрабатывает и исполняет. Так как внутри симулируется последовательный интерфейс, скорость передачи в бодах для передатчика и приёмника должна выставляться и быть идентичной. Это происходит, конечно же, автоматически, благодаря программному обеспечению.
Передача данных происходит как для измеренных значений крутящего момента, так и для угла и скорости вращения как 16-ти битное машинное слово. Таким образом через USB-интерфейс передаётся не больше 2 Мбит данных в секунду. И мы видим, что только малая часть возможной передачи используется датчиком крутящего момента. Даже у соединения USB 1.1 возможная ширина передачи в 12 Мбит/с только частично востребуется датчиком.

Коммуникационное программное обеспечение
Поставляемое вместе с датчиком коммуникационное программное обеспечение (рис. 5) инсталлируется вместе с драйвером на компьютере. После электрического подключения датчика программа распознаёт его и настраивает себя автоматически. В заключение можно тотчас же начинать измерения. Коммуникационное программное обеспечение записывает одновременно крутящий момент, угол и частоту вращения датчика соответственно, в зависимости от исполнения датчика. Из крутящего момента и скорости вращения программа высчитывает механическую мощность и показывает все измеренные и вычисленные значения. Единицы измерения выставляются индивидуально. Даже англо-американская система единиц может быть выбрана. Также можно выбрать триггерную схему функционирования через ручную настройку старта и стопа триггера. Само собой разумеется, можно установить скорость измерений, вид представления измеренных данных, вычисление среднего значения и т.д. Графическое отображение измеренных значений с различными возможностями конфигурации происходит в зоне диаграмм программного обеспечения.

Программное обеспечение для сбора, визуализации и обработки  данных

Измеренные значения могут быть экспортированы в CSV-файл и обрабатываться дальше при помощи обычной программы табличной обработки данных. Сохранение графического отображения происходит в виде растровой графики в формате BMP. Кроме того возможна пользовательская настройка датчика. При этом через нулевой пункт и юстировочное значение прокладывается прямая и таким образом датчику присваивается новая юстировочная кривая. Это применяется, например, в том случае, когда датчик при калибровке нужно заново отъюстировать. Заводская юстировка в этом случае не активна, но через стирание пользовательской юстировки может быть снова активирована.

Применение в испытательных стендах

Стенд для испытания электродвигателейИспытательные стенды (рис. 6) состоят, как правило, из тормозного устройства и испытуемого образца, между которыми свободно встроен датчик с двумя половинчатыми муфтами. Муфты применяются для сглаживания неминуемого смещения валов, так как из-за смещения валов на датчик могут действовать неопределимо большие сторонние силы, ведущие к ошибкам в измерении момента. Испытуемый образец фиксируется в призматической направляющей при помощи зажима. Причём выравнивание образца происходит посредством смещения по осям Y и Z. Пружинные клеммы обеспечивают быстрое и надёжное электрическое подключение испытуемого образца.

© Copyright Lorenz Messtechnik GmbH

© Перевод и оформление АЛЬФА-СЕНСОР, 2010.

www.alfa-sensor.ru

ger@alfa-sensor.ru

Оригинал перевода статьи находится по адресу:

http://www.alfa-sensor.ru/alfa/university/publications/sensor-and-pc

Об Авторе:

Вильфрид Криммель работает в области измерительной техники крутящего момента более 20 лет. На фирме Lorenz Messtechnik GmbH (Германия) он руководит калибровочной лабораторией.

by Dr. Wilfried Krimmel Lorenz Messtechnik GmbH (Germany)

translated by ALFA-SENSOR

Dr. Krimmel has been active in the field of torque measurement technology since 1981.

[print_link]

Эта запись была опубликована 15.05.2010в 11:02 пп. В рубриках: Контроль положения, АСУ, Испытательные комплексы, Все статьи. Вы можете следить за ответами к этой записи через RSS 2.0. Вы можете оставить свой отзыв или трекбек со своего сайта.

Оставьте свой отзыв

Примечание: Осуществляется проверка отзывов на соотвествие правилам, и это может задержать их публикацию. Отправлять отзыв повторно нет необходимости.