基于虚拟仪器的力传感器动态标定技术研究.pdf

第 2 9 卷第 6期 2 0 0 8年 6 月 煤矿机械 Co a l Mi n e Ma c h i n e l V0 1 ． 2 9 No． 6 J u n．2 008 基 于虚拟仪 器 的力传感器 动 态标定技术研 究* 沈春丰，陈光柱。韩振铎 中国矿业大学 机电学院，江苏 徐州 2 2 1 0 0 8 摘要 采用虚拟仪器技术对 多绳摩擦提升钢丝绳张力监测系统中所用的力传感器进行动态 标定， 在实验中采用复测标定的方法， 并构建相应的硬件系统和软件系统。通过实验表明， 基于虚 拟仪器的力传感器动态标定技术不仅简单快速， 而且可靠性和精度都完全符舍标定要求。 关键词 力传感器；虚拟仪器 ；动态标定；复测校正 中图分类号 T P 2 1 2 ；T P 2 7 4 ． 2 文献标志码 A文章编号 1 0 0 3 ． 0 7 9 4 2 0 0 8 } 0 6 0 0 6 5 0 3 Fo r c e S e n s o r Ca l i b r a t i o n Dy n a mi c Te c hn o l o g y Ba s e d o n Vi r t u a l I ns t r um e nt S HE N Ch u nf e n g 。CHE N Gu a n gz h u，HA N Z h e nd u o C o l l e g e o f Me c h a n i c a l a n d E l e c t I i c a l E n g i n e e r i n g ， C hi n a U n i v e r s i t y o f M i ni n g and T e c h n o l o g y ，X u z h o u 2 2 1 0 0 8 ， C h i n a Ab s t r a c t On t h e u s e o f v i r t u a l i n s t r u me n t a ti o n u p g r a d e mu l ti r o p e f ric ti o n rop e t e n s i o n mo n i t o rin g s y s t e m u s e d i n t h e d y n a mi c f o r c e s e n s o r c ali b r a ti o n。i n e x p e ri me n t s e mp l o y me a s u r e me n t c ali b r a t i o n me t } l o d s a nd the c o r r e s p o n d i n g c o n s t r u c ti o n o f t } l e h a r d w a r e s y s t e m and s o f t w a r e s y s t e ms 、T h rou g h e x p e ri me n t s s h o w e d t } l a t the v i r t u a l i n s t r u me n t b a s e d o n d y n a mi c f o r c e s e n s o r c ali b r a t i o n t e c h n o l o g y i S n o t o n l y s i mp l e an d r a p i d。an d t } l e r e l i a b i l i t y an d a c c u r a c y a 工 e ful l y c o n s i s t e n t wi th c ali b r a t i o n r e q ui r e me n t s ． Ke y wo r d s f o rce s e n s o r ；v i rtu al i n s t r u me n t ；d y n a mi c c a l i b ratio n；me asu r e me n t c ali b ratio n 0前 言 随着生产和科技 的进步 ， 传感器 的应 用越来越 广泛， 人们对于传感器的各种性能更加关注， 特别是 动态性能。 、 对于力传感器及其测量系统的复位校准 是为了检验该系统 的线性度以及试验 的准确性 。现 在对于力传感器的标定大致可分为静态静压标定和 动态标定。动态标定是力传感器标定的最好方法， 因为在标定时， 整个力传感器工作状态和实际情况 相似。 目前对于力传感器动态标定 的具体研究还不 多 ， 尤其是在复测校正环节中的应用更是缺乏。文 中阐述了如何应用 L a b V I E W在力传感器实验过程 中进行数据采集、 处理以及动态的复测标定。 1 传感器动态标定原理 动态标定主要是针对传感器的动态特性， 从测 量误差角度分析出误差 ， 从而进行传感器的标定。 文中进行的传感器的动态复测校正就是针对已使用 过的力传感器在实验过程中， 利用虚拟仪器技术进 行动态 的检测和标定。 虚拟仪器技术是综合运用了计算机技术、 数字 信号处理技术、 标准总线技术和软件工程方法 ， 代表 了测量仪器与 自动测试系统未来的发展方 向。L a b V I E W 是美国 N I 公 司为了适应新的测试理论、 测试 *中国矿业大学科技基金项 目 E 2 0 0 6 B 0 0 7 方法和测试领域而研制出的集开发 、 调试 、 运行于一 体的虚拟开发系统软件。它编程简单、 易于理解 ， 并 且它还提供了丰富的功能图标， 用户可以直接调用。 本系统正是利用 L a b V IEW 虚拟仪器技术对力传感 器的动态标定过程进行设计 。 2 系统的组成 多绳摩擦式提升机 由于具有体积小、 重量轻 、 提 升能力大、 安全性能好、 适合于深井等优点， 目前已 成为我国各大煤矿的主要提升设备。但多绳摩擦提 升机在使用过程中存在各绳之间的张力平衡问题。 若各绳之间的张力不平衡， 不仅会影响到提升机性 能 ， 而且还会造成钢丝绳疲劳损坏和摩擦衬垫 的早 期报废 ， 甚至会造成滑绳 、 断绳等重大事故。因此对 钢丝绳 的承载大小及各钢丝绳之间张力平衡情况的 掌握和监测 ， 就成为实现煤矿安全提升很 重要 的一 个环节。钢丝绳的张力监测系统由力传感器、 发射 部分及接收部分组成。力传感器性能参数的准确度 对钢丝绳张力的监测结果 的影响尤为重要。 为了保证力传感器性能参数的准确性， 构建了 一 个力传感器动态标定系统， 系统由硬件部分与软 件部分组成。硬件部分主要进行数据的采集及预处 理； 软件部分 主要进行数据 的后期处理 ， 包括显示、 分析及标定 。 2 。 1 系统硬 件组 成 维普资讯 V o 1 ． 2 9 N 。 ． 6 基于虚拟仪器的 力传感器动态标定撞 塞二 查主 笠 箜 鲞箜鱼 塑 实验的硬件主要是由计算机、 力传感器以及数 据采集卡组成。力传感器采用的是 J N B P 一 3 型力传 感器 ， 它 的主要技术参数 量程为 0～2 0 0 MP a ， 过载 力 1 5 0 ％F ． S ， 综合精度为 0 ． 1 ％ ～ 0 ． 0 5 ％F ． S 。采集 卡采用 的是 P C I 一1 7 1 8 H D U的 1 2 位数据采集卡 。该 数据采集卡的主要性能参数 1 6 位单端差分模拟量 输入 、 1 2 位 A ／ D转换器 、 自动通道 、 1 路 1 2 位模拟量 输出、 1 6 位数字量输入输出及计时器／ 定时器。利用 该数据采集卡 ， 实现原始数据的采集 。 2 。 2软件 组成 力传感器复测标 定的软件主要 由主程序、 数据 采集系统、 数据的显示和分析及动态标定组成 。 1 主程序 主程序的功能是按照标定人员 的要求 ， 通过调 用数据采集程序， 对力传感器的信号进行采集， 并把 采集到的数据与标准数据比较且进行判断。通过比 较， 可以判断出所得到的数据是否符合要求。若符 合要求 ， 就把当前所检测到的数据打印并进行保存； 若不符合要求 ， 就必须 由检测人员进行动态复测标 定。 L a b V I E W语言是一种基于 图形编程 的语言 ， 它 区别于一般的图形 编程软件 ， 主要特点是它的编程 界面更 加形象 ， 更 接近于现实。因此 ， 前 面板对 于 L a b V IE W来讲是非常重要的。根据要求本实验的前 面板上的主要控件有拉力 一时间曲线 图、 时间显示 、 标定个数显示 、 命令控件及数据的显示控件 。 2 数据采集程序 数据采集程序 的主要功能是控制采集系统硬件 对力传感器输出的模拟信号进行采样， 按照所设定 的通道及采样点数采集数据 ， 并将采集到的数据在 前面板的控件中显示。 首先将采集数据按 照时间 同步的方式显示在 力 一时间图中， 在数据采集的同时， 再根据所需要标 定点的个数， 通过键盘触发事件来完成所需标定点 的数据采集 。 3 数据处理程序 数据处理程序主要功能是通过上一步所采集到 的在标定点处的数据与标准值进行简单的运算后， 与给定的测试范围进行比较。若运算结果在测试范 围之内， 则可以生成 表格并打 印， 实验结束 ； 若不在 测试范围内， 程序就会发 出警报并提示操作者进行 复测校正， 并停止程序。具体程序如图 1 所示。其 中误差范围精度的子程序如图 2所示 。 4 动态复测标定 以上的步骤完成以后， 若判断不合格后， 就必须 对传感器进行动态复测标定。动态复测标定是指在 力传感器所测数据与标准值误差过大时， 通过实验 采集实测数据来代替原先的标准值 ， 使得力传感器 改变标准值， 从而得出正确的实验数据的过程。 图 1 数 据处理的程序框图 图 2 误差范 围精 度的子程序 复测标定过程主要分为数据采集和数据标定 2 步。数据采集的功能以及方法与以上的实验过程中 的数据采集相 同。数据标定是指将所要标定位置的 数据采集到后， 保存到后台的数据库中， 而这组数据 即为标定后 的数据 ， 在以后 的实验 中就以这组数据 为标准 。它的方法是利用键盘触 发， 每触发一次就 将该点的实测数据保存到数据库中。当所有点的数 据都采集到、 保存后 ， 即结束程序。 5 标定试验结果 在试验条件标定 前所测 的结果 ， 如表 1所示。 由于该力传感器经过长时间的存放， 引起了误差， 除 了第 1 点以外 ， 其他要标定的点的精度都超出了所 规定 误差 1 ％ 的范围。因此， 要求对传感器进行 复测校正。而通过上述动态复测的标定过程， 可以 得到动态标定的标准数值， 如表 2 所示。标定结束 以后 ， 再一次进行试验 ， 得到结果如表 3 所示。 表 1 标定前实验数据 一 66 一 目 静 嚣 一职 嚣 一 嚣 一 嚣 ～ 一 ～ ～ 辫 嚣 一 曼 维普资讯 第 2 9 卷第 6 期 2 0 0 8 年 6月 煤矿机械 Co a l Mi n e Ma c h i n e V 0 】 ． 2 9 No ． 6 J u n． 2 008 带式输送机跑偏原因分析及调偏托辊的研究 * 刘训涛，李光煜，李阳星 黑龙江科技学院 机械学院，哈尔滨 1 5 0 0 2 7 摘要 通过对带式输送机跑偏现 象的研 究， 从理论上对带式输送机输送带跑偏原 因进行逐 一 分析 ， 为跑偏问题的解决提供 了理论依据 ， 并结合跑偏 问题的分析 ， 设计 了新型调偏托辊 ， 提高了 带式输送机 自动调偏能力和调偏速度。 关键词跑偏 ；托辊 ；带式输送机 中图分类号 T D 5 2 8 文献标志码 A文章编号 1 0 0 3 0 7 9 4 2 0 0 8 0 6 一 O 0 6 7 0 3 An a l y s i s o f D e v i a ti o n o f Be l t C o n v e y o r a n d S t u d y 0 f Ad j u s t me n t De v i a t i o n I d l e r LI U Xu nt a o ，LI Gu a n gy u，LI Ya n gx i n g C o l l e g e o f M e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ， H e i l o n g j i a n g I n s t i t u t e o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， H a r b i n 1 5 0 0 2 7 ，C h i n a Ab s t r a c t Ana l y z e d a d e v i a ti o n c a u s e o f t h e c o n v e y e r i n t h e o r e t i c all y t h ou g h the s t u d y o n the d e v i a t i o n p h e n o m e n o n o f the c o n v e y e r ， p r o v i d e s a t h e o r y b a s i s f o r the s o l v i n g o f t h e d e vi a t i o n o f the c o n v e y e r， d e s i g n e d th e n e w t y p e i d l e r w h i c h m a y a d j u s t t h e d e v i a t i o n c o n j o i n t a n al y s i s o f t h e d e v i a ti o n． i m p r o v e d the a d j ustme n t d e v i a t i o n v e l o c i t y and the c a p a c i ty o f the a d j u s t m e n t d e v i a t i o n ． Ke y wo r d s a d j u s tme n t d e via t i o n ；i dle r ；c o n v e y o r 1 输送带的跑偏原因 1 ． 1 输送带本身质量缺 陷 由于输送带生产质量问题， 输送带出厂时存在 * 黑龙江省教育厅项目 1 1 5 1 3 1 0 0 表 2 标定数据 “ 飞边 ” 、 输送带上、 下盖胶厚度不均或钢丝绳芯带中 各钢丝绳的初张力不等 ， 输送带安装时接头不对 中 等原 因， 引起输送带截面上张力分布不均， 张力对输 送带的中心线产生弯矩 引起跑偏、 撒料、 刮边等 事故 ， 如 图 1 所示。 理论数据 标定后数据 序号 标准值／ k N 实测值／ k N 精度／ ％ 通过表 3分析可以得出 ， 标定后 的力传感器 的 各标定点的精度都满足了要求 误差在 1 ％以内 。 3 结语 使用虚拟仪器给传感器的动态标定提供了一种 新的数据处理手段， 改变了以往力传感器动态复测 标定的模式。基于虚拟仪器的传感器动态标定技术 为机械设备的试验和测试提供了 1 种不同的手段， 具有比较好的应用价值和推广价值。实验也表明， 基于虚拟仪器的力传感器动态标定技术不仅简单快 速， 而且可靠性和精度都完全符合标定要求。 参考文献 、 [ 1 ] 崔海涛， 刘庆明． 冲击波压力传感器测试系统的动态标定[ J ] ． 流 体力学实验与测量, 2 0 0 4 1 9 2 9 6 ． [ 2 ] 高晓蓉． 传感器技术[ M] ． 成都 西南交通大学出版社， 2 0 0 3 ． [ 3 ] 廖捷， 张琦， 李焕 良． 基于虚拟仪器技术的传感器静态标定仪的设 计 [ J ] ． 矿山机械， 2 0 0 5 6 7 9 8 1 ． [ 4 ] 杨乐平 ， 李海涛， 杨磊， 等． L a b V I E W高级程序设计[ M ] ． 北京 清 华大学出版社， 2 0 0 3 ． [ 5 ] 王增才， 邵海燕， 高峰． 多摩擦提升机钢丝绳张力检测方法分析 [ J ] ． 煤矿机械 ， 2 0 O 2 ， 2 3 5 7 27 4 ． 作者简介 沈春丰 1 9 8 2一 ， 江苏启东人 ， 中 ．国矿业大学 机电学 院机械 电子工程 专业 在读硕 士 ， 主要 研究方 向为智 能检测 技术 ， 电 话 0 5 1 6 8 3 8 9 1 2 9 0 ， 电子信箱 s c t8 3 0 6 1 6 1 6 3 ． c 0 m ． 一 6 7 一 收稿 日期 2 0 0 7 一 i 0 - 2 0 维普资讯