基于虚拟仪器技术的光电测速装置的现场校准系统

1、基于虚拟仪器技术的光电测速装置的现场校准系统刘一 陈云庆 沈意吉 蒋帆/上海市计量测试技术研究院摘 要 利用虚狙仪器技术.以光电传魅器，数据采集卡,计算机为慕础.设计了一种落捕冲击试 敦测速装置的现场校准系统.饷写ubviews序设置采集参教.测量过程中自动记亲信号计算豚 冲间隅，根据初始化参数修正测点和校准点之间的测量斌差，在实际测量过程运转良好。关键伺 落锋冲击试验，测速：虚拟仪器0引言落渣冲击试脸.通常是将一定质量的重锤提升 到某一高度后释放.通过渣体的自由落体运动将成 力势能转换成冲击能极,或者锤体在预加力机构作 用下，获得一定的初始速度，对被测试样(片、薄膜、 制品)施加垂直方向的一

2、定冲击能抵.来验证试样 政受冲ji裁荷后的 况,进而确认试样的抗冲 击能力m，o落锤的冲击能量是由落锤的质扯和冲击 瞬间的速度决定.因此.确定冲击能城关键就在于 获取冲击瞬间的速度。由于光电型测速仪的高性 价比.在冲击试验中被广泛应用于瞬时速度的测al 在这些试筮中，瞬时速度测虽结果反映了试样承受 冲击的具体状态.测依结果的准确性决定试验的质 受：因此，光电型测速仪自身的准确程度必须得到 确认.以判断是否符合忒验的要求。然而这些光电 测速仪的作一般部是和辅助系统集成在一起.难 以拆卸送校即使拆卸送检也可能脱离或系统的部 分机构而无法正常工作-，对于冲击过程的测此通 过加速度传感器il算冲击载荷

3、为间接测域，对传感 器的准确度要求高；通过加速度二次积分计算位 移存在传感器零飘和电盛干扰而导致粘度降低的可 能同；通过高速相机和高速激光位移传感器测位位 移需要的硬件本钱较为高吊'f。因此,本文基于 i汕view设计了一种便携光电测速装置的现场校准 系统，提出了通过背靠背安装标准光电传感器和被 测光电传感器对现场的光电测速装置进行性能确认 和数据处理的方法。1系统组成系统组成主要包含光电传感器和数据采集处理 模块.如图1所示。光电传感器选用te()pt()公司 坚号为bcl 5oa-oo4-s5o的光电传感器.工作电源 为10-30v传感滞作时，如果传感器的出射光 和接收端之间无谚挡

4、，传感器的输出为常开或常闭； 如果传感器的出射光和接收端之间有遮挡，传感器 的输出相应转换为常闭或常开因此,当遮光片穿 越传感器的发射湍和接收端的缝隙时传感器的输 出理论上会产生从低电平到高电平再到低电平或从 高电平到低电平再到高电平的炬形波信号。信号采集处理模块采用美国ni公司的9232数 据采集卡，可采集±30 v范围内模拟信号，配合基 于tsn的以太md)aq-9185机箱搭建的系统方便携 带.通过河络远距离传输数据.防止测试人员在落 锤试验的危险区域开展校鼎图1系统ifi成2程序开发与算法设计光电测速装置现场校淮系统.采用基于lihview的虔拟仪器技术,与计算机简单连接.通

5、 过设计或调用特定的程序模块，自定义友好的人机 交互界面,创立符合工程师使用习惯的使用系统c libview程序中主要包含：人机界面、各功能模块 （如多数设置数据采集、数据记录.数据处理）以 及触发停止等的逻辑判断程序流程图和人机界面 分别如图2、图3所示n咒林与峨化»il/.w-r1敢据曰|gg1质e图2程序流程图3人机界面3试验验证将标准和被测光电传感弄背样背安装.如图4 所示,测量两者的光点之间的高度差（通常光点在 光电传感器的中心位可认为是背旅背安装后连 接体的厚度的一半），逐次提高落锤的高度，i己录每 次的高度力和光电传感舞输出信号。光电传感器输 出信号的波形图例如如图5所

6、示 其中x所在的上升沿和下降沿就是遮光片的i.下边缘经过光电传感 器的艇间，提取上升沿和下降沿中最靠近电位中心 线的点作为脉冲的两端，计算脉宽f2图5光电传感瑟输出信号假设：每次落裱冲击试验的初速度4和加速度 q是一致的,一共有效测量"次。对于第i.j次测髭. 计算如下:v;th 亏2= = w 岭 *h= £ 丁 / -八（4）12n（n 1）v； = /v/ + 2a a h（ 5 ）式中：c; i, 第l j次遮光片上下边缘穿越光电 传感器的脉冲持续时间；% *第，/次遮光片中心线经过光电 传感器的速度；如ht第 d次遮光片中心线距离光电 传感器中心线的高度；q” 基

7、于九 hf落锤冲击过程的加速度 对于某型商用落用冲击试验机现场测圾的数据 如表1所示，平均加速度计算结果为9.541 m/s2o表1现场测量始果1落擂高1遮光片高度差计算值/被测e示度e高度anans/m - s'1/mm s“值ms*0.2500.0r0r.02i1.枷0.0151.9451.960.5000.0r05.ir72.x920.0152.9412.970.7000.0r043073.4r30.01533243.541.0000.0803s634.2100.0154.2444.261.2500.0r03.1574.7510.0154.7814.811.6000.0r02.7

8、655.4240.0)55.450547从测量结果可以看出：1）修正后的测靖结果和仪器显示伉根本一致. 说明本文介绍的方法和设备的性能可旅.方便携带. 便于溯源。2）实际平均加速度小于重力加速度，采用= 顾数学模刑'i计算值比实际值偏大:因此，忽略 冲击过程的咔擦力、空气阻力-认为落轲的页力芫能 全部转化为落拯接触试件时的动能是不合诂的明3) 被测光电传感器和标准光电传感器中心线存 在一定高度差对于测址结果的影响不能忽胳以自由 落体为例,高度差带来的速度相对偏差为洁 随着落摊高度的增加.高度差带来的速度相对偏差 逐渐跛小。4结语1) 本文介绍的光电测速装理现场校准系统通过 提取遮光片穿

9、越光电传域器持级的脉冲时间，利用 安装位句的高度差对测最结果进行修正，测量结果 符合预期2) 本文介绍的光电测速装尝现场校准系统虽然 部是针对落裱冲击测嫉系统.不过对于初速度和加 速度都没有要求.理论上适用于每次冲出的初速度 v。和加速度是一致的所有情况.包括水平和斜面3) 程序设计中.为了提高数据的有效性-防止 记录触发前后的无效数据，循环采集设置的时间长 度比拟小，本文采用的是1ms,使得记录的光电信 弓矩形波形不甚美观.有必要设萤触发前i己录数据 和停止后记录数据一4) 上升沿和下降沿过程中存在多个数据记录. 上升沿和下降沿中最靠近电位中心线的点作为脉冲 的两端是否符合光电传感器的运行原

10、理，不同的光 电传感器之间的一致性如何有必要继续研究。参考文献|!|全国力值竣度计似技术妾员会jjf 1445-20xx落悻式冲击试呛机 校准舰阳s北京:中咐检出以社,20xx.|2)场明坤.杨日.落犊冲击试龄系统排建j).仪表技术.20xx (10) 10-13.|3|江矣乙万.汽河柏.新牛落垣冲海武拴系挽研剧|j|.计算机»1 址与控制,202x. 2« ( 2) ： 262-266|4|陈宏亮.马少杰.张英忠.擎r ttlagffi加速度传述备的®试 技术研究ji.传麒技本学hl 20xx(2) ： 175-179.|5|王秀丽.啪形,梁亚实等.斜向冲击下单

11、层两充结构的幼力 响应试株j|振动.测试与诊断.20xx(3) : 445-450.|6|汗做w用.冲击贵收作用下性能试段研究ijj土木 工程学报.20xx. 47(2) : 41-51+6!.|7|抄怠毋.忤贵仁带楝冲击试安1常涉冲击it窿的测定zfwjj现 代滞般勺实验室管理.20xx(6) : 15-16.|»|宜丽华.化蒸供低速冲击试检仅器债制ij.虬床与液 压.202x. 4k ( 10 > ： 28-33.design of photoelectrical velocity calibrationsystem for falling weight impact te

12、st based onlabviewliu yi, (?hen yunqing, shen yiji, jiang fan(shanghai institute of measiuvnieni and testingtechnology')absfraet: an phoioclcctrical vdochy calibration system with phocockctnc scnsor.data ncqiisition card and computcris designed to morsurc insunt an couxvelocity based on 1-abvifw

13、. tbc system will record the photo* ekclnc signal automatically upon ruing ar falling edgcjben cakruhte its pulse width. through several limes measuremcni. average acceleration is cakuutcd to correct tbc deviation from the bcighi between standard sensor and device under (cm.key wnrdxz falling weight

14、 impact tc%t; velocity calibration： virtual instrumcnl(上捷第47页)data visualization of temperature field ofenvironmental test equipmentxu qing li chenyun, huang li liang xiaoxiong, gu quan(shanghai institute of measurement and testing lechnology )abstract this paper introduces a visualization method based on matlab to realize (ik sia<k, dynamic and muhi-ank color display of the cw-dimcnsional nnd three-dimensional temperature field dau of cnvinmmcnul text equipment. the original ar