本發(fā)明涉及農(nóng)用運輸機和信號采集的技術(shù)領域，尤其涉及一種用于山地果園雙軌運輸機的振動測試系統(tǒng)及其測試方法。

背景技術(shù)：

山地果園雙軌運輸機的研發(fā)與推廣有利于推動山地果園的發(fā)展，可降低勞動強度，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約勞動成本，提高經(jīng)濟效益。國內(nèi)目前有部分丘陵地區(qū)已應用運輸機進行果蔬的運輸，但在運輸過程中，考慮到運輸效率以及對水果果品的保證，需要對運輸機的振動性能進行檢測并及時調(diào)整運輸機的運輸速率，提高運輸效率。國內(nèi)的山地果園雙軌運輸機的研發(fā)大部分停留在機械研發(fā)部分，比如防側(cè)翻等設計等，目前國內(nèi)暫無相關(guān)的山地果園運輸機振動測試系統(tǒng)的研究。本發(fā)明研究運輸機運輸過程中載重與速度，載重與頻率之間的關(guān)系，得出運輸過程中與運輸機振動主要相關(guān)的頻率，從而得到最合適的載重與運輸頻率之間的關(guān)系，降低水果因振動而產(chǎn)生的損壞率，并且能延長運輸機的使用年限，改善運輸機系統(tǒng)性能，提高運輸機的運輸效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于一種山地果園雙軌運輸機振動測試系統(tǒng)，通過對運輸過程中系統(tǒng)軌道、運輸機運動時等產(chǎn)生的振動進行分析，在保證運輸安全以及果品質(zhì)量的范圍內(nèi)，分析系統(tǒng)振動頻率的主要分布，有效提升運輸機的運輸效率，系統(tǒng)的用戶界面可實現(xiàn)對運輸系統(tǒng)的速度等運行中的參數(shù)進行監(jiān)控，可提升系統(tǒng)的安全性能。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種山地果園雙軌運輸機振動測試系統(tǒng)，包括計算機、信號采集模塊和傳感器，其特征在于：所述計算機安裝有利用LabVIEW軟件編寫的人機界面，所述信號采集模塊包括振動信號采集模塊、速度信號采集模塊及具有數(shù)據(jù)采集功能的機箱，所述傳感器包括振動加速度傳感器、光電編碼器，振動加速度傳感器與振動信號采集模塊連接，光電編碼器與速度信號采集模塊連接，其中振動加速度傳感器用于測試輪的振動狀態(tài)，光電編碼器用于測試輪的轉(zhuǎn)速，振動信號采集模塊和速度信號采集模塊嵌入在機箱中且機箱與計算機相連。

所述振動信號采集模塊采用NI 9234振動信號采集模塊。

所述速度信號采集模塊采用NI 9361速度信號采集模塊。

所述信號采集模塊工作溫度范圍為-40至70℃，且具備50g抗震、5g防振動的功能，保證采集過程穩(wěn)定進行。

所述振動加速度傳感器采用PCB加速度傳感器。

所述機箱為具有USB數(shù)據(jù)采集功能的NI 9174 CompactDAQ 4槽USB機箱。

一種山地果園雙軌運輸機振動測試系統(tǒng)的測試方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)啟動計算機進行系統(tǒng)初始化，其中測試設備包括信號采集模塊和傳感器；2)初始化完成后，計算機系統(tǒng)發(fā)送采集指令，測試設備接收采集指令后進行數(shù)據(jù)采集；3)數(shù)據(jù)采集完成后，測試設備發(fā)送數(shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)處理，計算機進行數(shù)據(jù)分析并輸出分析結(jié)果；4)數(shù)據(jù)分析完成后，進行下一輪的數(shù)據(jù)采集和分析工作。

所述步驟1)中，計算機進行初始化的方式為：設定控制系統(tǒng)的工作參數(shù)，如系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊的采樣數(shù)、采樣頻率設置，重點是采集函數(shù)的物理通道、輸入接線配置、最大值和最小值等變量，同時設置好文件保存路徑，將輸入輸出通道進行初始化，在濾波器設置上面則有切比雪夫、Butterworth、反切比雪夫等濾波選項，根據(jù)不同的濾波器還能另外設置調(diào)節(jié)截止頻率、采樣率、濾波器類型、階數(shù)和波紋條件，同時在波形放大選項里有100、1000、10000、100000選擇。

所述步驟1)中，測試設備的NI 9234和NI 9361進行初始化的方式為：

NI 9234振動信號采集模塊的啟動：通過NI 9234的開始通道配置FPGAI/O節(jié)點，將設置為TRUE的布爾常量連線至FPGA I/O節(jié)點的開始輸入，發(fā)送同步脈沖至振動信號采集模塊，模塊將以配置的數(shù)據(jù)速率開始采集數(shù)據(jù)，當模塊開始采集數(shù)據(jù)時，使用FPGAI/O節(jié)點從模塊讀取數(shù)據(jù)，F(xiàn)PGA I/O節(jié)點的AI輸出能連線到不同函數(shù)類型，由于NI 9234內(nèi)部以特定速率采集數(shù)據(jù)，F(xiàn)PGAI/O節(jié)點將會在模塊采集到新數(shù)據(jù)后才會返回數(shù)據(jù)，如果當FPGA I/O節(jié)點在等待模塊數(shù)據(jù)時NI 9234沒有開始采集數(shù)據(jù)或停止采集數(shù)據(jù)，F(xiàn)PGAI/O節(jié)點將返回超時錯誤。

NI 9361速度信號采集模塊的啟動：首先將NI 9361的開始通道啟動，該通道控制計數(shù)器開始監(jiān)測其輸入接線端的時間，如寫入TRUE至開始通道，則NI 9361計數(shù)器進行重置、準備就緒并開始監(jiān)測其輸入接線端，從而執(zhí)行當前配置的測量(如邊沿計數(shù))，NI 9361計數(shù)器準備就緒后，就可執(zhí)行CTRx和Dix I/0節(jié)點讀取計數(shù)器數(shù)據(jù)，計數(shù)器就緒前無法執(zhí)行任何NI 9361I/O方法或?qū)傩怨?jié)點，如需取消計數(shù)器的就緒狀態(tài)，則使用停止通道，如將FALSE寫入開始通道，將不會執(zhí)行任何操作。

所述步驟3)中，測試設備將數(shù)據(jù)輸入端到計算機處理，計算機將數(shù)據(jù)進行相應的時域和頻域的分析處理，將數(shù)據(jù)分析結(jié)果進行界面顯示，并將數(shù)據(jù)保存至指定文件夾中。

所述步驟3)中，計算機的人機界面顯示中，信號分析界面包括振動信號采集輸入配置、速度輸入采集配置、波形顯示、濾波器設置選擇、波形放大和讀取文件設置項。

所述步驟3)中，計算機采用正弦波信號發(fā)生函數(shù)以及方波發(fā)生函數(shù)和高斯噪聲發(fā)生器進行混合作為模擬輸入波形進行檢測，并將輸入濾波前與輸入濾波后的波形進行顯示。

所述步驟3)中，計算機數(shù)據(jù)的存取通過寫入電子表格VI和讀取電子表格VI實現(xiàn)，通過寫入電子表格VI即可將數(shù)據(jù)寫入目標文件，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲，從而隨時查看振動運輸機此前運行的狀態(tài)。

系統(tǒng)主要通過定時/計數(shù)器實現(xiàn)對系統(tǒng)速度的測量。啟動系統(tǒng)的同時，測試設備系統(tǒng)控制芯片將芯片自帶的定時/計數(shù)器設定為計數(shù)器模式，將計數(shù)器映射的I/O口設定為輸入模式。接著系統(tǒng)啟用定時/計數(shù)器進行時間的計算，并設定定時中斷，每毫秒進一次中斷并計算輸入脈沖的個數(shù)。完成計算后將數(shù)據(jù)打包將數(shù)據(jù)傳送至接收端模塊。

總的說來，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

1、本發(fā)明的整個測控系統(tǒng)安裝便捷，結(jié)構(gòu)簡易，實現(xiàn)模塊化安裝，維修方便，不會出現(xiàn)某部件損壞就導致整個系統(tǒng)要更換的風險。

2、本發(fā)明采用人性化的分析處理界面，可以根據(jù)用戶的需求增減功能模塊的數(shù)量。

3、可通過計算機分析處理信號界面，實時監(jiān)控山地果園雙軌運輸機的振動情況以及速度情況。

4、提取山地果園雙軌運輸機振動信號的特征。系統(tǒng)振動的測量過程中混雜多種噪聲，在本系統(tǒng)中，對采集信號進行濾波處理后，利用FFT濾波后，主要對振動信號進行幅值與頻率的特征提??；簡化了在測試設備硬件預處理濾波分析的步驟，使系統(tǒng)給用戶更多改進的空間。

附圖說明

圖1是本發(fā)明山地果園雙軌運輸機振動測試系統(tǒng)的流程示意圖；

圖2是本發(fā)明山地果園雙軌運輸機振動測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步說明：

如圖1所示，一種用于山地果園雙軌運輸機的振動測試系統(tǒng)，包括計算機和測試設備，計算機主要是電腦平臺，計算機具有負責信號分析的人機界面；測試設備包括振動加速度傳感器、光電編碼器、NI 9234振動信號采集模塊、NI 9361速度信號采集模塊和具有USB數(shù)據(jù)采集功能的NI 9174 CompactDAQ 4槽USB機箱。

具體的，上述的山地果園雙軌運輸機振動測試系統(tǒng)，適用運輸機的車速變化范圍為0～15km/h，包括振動加速度傳感器，信號采集模塊和計算機界面；其中振動加速度傳感器采用PCB352C33單軸加速度傳感器，振動加速度傳感器用螺栓固定在運輸機垂直正對輪子的車架上。NI9234動態(tài)信號采集模塊負責將振動加速度傳感器的模擬信號采集回來傳輸?shù)骄哂蠻SB數(shù)據(jù)采集功能的NI 9174 CompactDAQ 4槽USB機箱，采用NI 9174CompactDAQ 4槽USB機箱，無需LabVIEW Real-Time模塊就能訪問基于Windows的系統(tǒng)的C系列I/O；NI 9174 CompactDAQ 4槽USB機箱還有診斷及自動配置功能，便于安裝、使用與維護，機箱應該具備網(wǎng)絡故障防護功能，因而能在連接中斷時，檢查網(wǎng)絡的狀態(tài)，且能和遠程主機系統(tǒng)通信，同時把I/0處于安全狀態(tài)；采用計算機控制顯示，人性化的界面便于操作和根據(jù)不同用戶的需要增減功能；

測試設備包括信號采集模塊和傳感器，當測試設備接收到計算機LabVIEW控制系統(tǒng)的信號時，需將測試設備的NI 9234和NI 9361進行初始化：

1)NI 9234振動信號采集模塊的啟動：通過NI 9234的開始通道可以配置FPGAI/O節(jié)點。將設置為TRUE的布爾常量連線至FPGA I/O節(jié)點的開始輸入，可以發(fā)送同步脈沖至模塊，模塊將以配置的數(shù)據(jù)速率開始采集數(shù)據(jù)。當模塊開始采集數(shù)據(jù)時，可以使用FPGAI/O節(jié)點從模塊讀取數(shù)據(jù)。FPGA I/O節(jié)點的AI輸出可以連線到不同函數(shù)類型。由于NI 9234內(nèi)部以特定速率采集數(shù)據(jù)，F(xiàn)PGA I/O節(jié)點將會在模塊采集到新數(shù)據(jù)后才會返回數(shù)據(jù)。如果當FPGAI/O節(jié)點在等待模塊數(shù)據(jù)時NI 9234沒有開始采集數(shù)據(jù)或停止采集數(shù)據(jù)，F(xiàn)PGAI/O節(jié)點將返回超時錯誤。

2)NI9361速度信號采集模塊的啟動：首先將NI9361啟動，該通道控制計數(shù)器開始監(jiān)測其輸入接線端的時間。如寫入TRUE至開始通道，則NI 9361計數(shù)器進行重置、準備就緒并開始監(jiān)測其輸入接線端，從而執(zhí)行當前配置的測量(如邊沿計數(shù))。NI 9361計數(shù)器準備就緒后，就可執(zhí)行CTRx和Dix I/0節(jié)點讀取計數(shù)器數(shù)據(jù)。計數(shù)器就緒時無法執(zhí)行任何NI 9361 I/O方法或?qū)傩怨?jié)點。如需取消計數(shù)器的就緒狀態(tài)，可使用停止通道。如將FALSE寫入開始通道，將不會執(zhí)行任何操作。

本發(fā)明的振動測試系統(tǒng)主要通過定時/計數(shù)器實現(xiàn)對系統(tǒng)速度的測量。啟動測試系統(tǒng)的同時，測試系統(tǒng)的控制芯片將芯片自帶的定時/計數(shù)器設定為計數(shù)器模式，將計數(shù)器映射的I/O口設定為輸入模式。接著系統(tǒng)啟用定時/計數(shù)器進行時間的計算，并設定定時中斷，每毫秒進一次中斷并計算輸入脈沖的個數(shù)。完成計算后將數(shù)據(jù)打包將數(shù)據(jù)傳送至接收端模塊。

所述測試系統(tǒng)振動加速度測試探頭，加速度傳感器安裝到運輸車正上方車架部分；計算機實時顯示山地果園運輸機振動信號的時域波形，采集信號實時將信號送到計算機，計算機通過LabVIEW界面顯示振動的時域波形。

如圖2所示，信號分析界面包括振動信號采集輸入配置、速度輸入采集配置、波形顯示、濾波器設置選擇、波形放大和讀取文件設置項。

當系統(tǒng)啟動時，計算機需要設定系統(tǒng)工作的參數(shù)，如系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊的采樣數(shù)，采樣頻率設置，文件保存路徑，輸入輸出通道初始化等，設定完成后，系統(tǒng)即進入數(shù)據(jù)采集階段，將數(shù)據(jù)通過模擬輸入端到計算機處理，而計算機界面顯示，并將數(shù)據(jù)進行相應的時域和頻域的分析處理，將數(shù)據(jù)保存至指定文件夾中。在系統(tǒng)中，主要需要設置的是采集函數(shù)的如下幾個變量，即物理通道，輸入接線配置，最大值和最小值，配置完成后配合采樣時鐘，即可進行電壓采樣。

在濾波器設置上面有切比雪夫、Butterworth、反切比雪夫等濾波選項，不同的濾波器上還能另外調(diào)節(jié)截止頻率、采樣率、濾波器類型、階數(shù)和波紋條件；在波形放大選項里有100、1000、10000、100000選擇；采集到原波形和分析處理后的波形會在人機界面上顯示。

本發(fā)明的振動測試系統(tǒng)適用于對山地軌道運輸機的振動進行檢測、分析，通過分析山地軌道運輸機的振動參數(shù)及其影響因素，從而對山地軌道運輸機的運行的平順性、安全性狀況進行實時監(jiān)控，從而可以保證運水果輸途中的產(chǎn)品品質(zhì)及生產(chǎn)安全。系統(tǒng)以LabVEW為計算機軟件開發(fā)環(huán)境。LabVIEW軟件提供豐富的封裝函數(shù)，可有效快速地開發(fā)出所需要的系統(tǒng)監(jiān)控界面，用戶僅需要通過編寫的界面設定相應參數(shù)后，通過計算機的USB口，連接美國國家儀器公司NI的振動信號采集模塊，利用振動信號采集模塊對振動信號進行采集，并將采集信號進行采集，顯示以及數(shù)據(jù)的存儲等操作。計算機系統(tǒng)通過已經(jīng)編寫好的信號處理程序?qū)⒉杉降男盘栠M行時域和頻率的分析與處理。測試設備控制子系統(tǒng)的主要功能是采集運輸機的速度，并且將采集到的數(shù)據(jù)傳送到計算機系統(tǒng)。其中子系統(tǒng)主要由速度測量部分，發(fā)送部分和接收部分組成。其中，發(fā)送部分主要由振動傳感器以及外圍電路組成。接收部分主要由外圍電路構(gòu)成，系統(tǒng)通過分析采集的數(shù)據(jù)，得到系統(tǒng)振動因素與振動頻率的關(guān)系，從而為后續(xù)系統(tǒng)的研究打下基礎。

上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理和最佳實施例，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。