織機(jī)緯紗張力測試分析系統(tǒng)
在織機(jī)運(yùn)行過程中，由于開口、打緯的交替作用，緯紗張力呈現(xiàn)周期性波動，緯紗張力的大小直接影響著緯紗的斷頭率及織機(jī)其它性能，制約著生產(chǎn)率的提高。在新機(jī)對比測試、工藝分析中，為給織機(jī)上機(jī)參數(shù)的調(diào)整提供可靠的依據(jù)，需對緯紗張力準(zhǔn)確測試。另外，我國紡機(jī)行業(yè)多是在消化吸收國外先進(jìn)機(jī)型基礎(chǔ)上研制開發(fā)新織機(jī)，緯紗張力作為評價織機(jī)性能的一項(xiàng)指標(biāo)，對其進(jìn)行測試有利于生產(chǎn)廠家對織機(jī)進(jìn)行性能對比，進(jìn)一步改型提高，合理配置工藝參數(shù)。
以前，緯紗張力的測試多采用動態(tài)電阻應(yīng)變儀，利用光線示波器進(jìn)行記錄，工作復(fù)雜，且結(jié)果精度和準(zhǔn)確性難以令人滿意。文獻(xiàn)提出對紡紗張力測試采用應(yīng)變電橋、自制放大電路、數(shù)據(jù)采集卡、計算機(jī)、VB編程實(shí)現(xiàn)，具有簡單、準(zhǔn)確、通用等特點(diǎn)。此方法也可用于緯紗張力測試，但需要自己設(shè)計硬件電路，電路參數(shù)調(diào)整不方便，靈活性較差，且VB編寫儀器界面不是很好。本文針對上述問題介紹一種基于虛擬儀器的測試新方法，該方法具有建立系統(tǒng)快、簡單、可靠、通用性強(qiáng)、界面友好等特點(diǎn)。
1 系統(tǒng)組成
主要由傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、計算機(jī)及相應(yīng)軟件組成。
1．1 傳感器
主軸傳感器采用光電編碼器，它的轉(zhuǎn)子和織機(jī)主軸同軸固定，主軸回轉(zhuǎn)時帶動轉(zhuǎn)子同速回轉(zhuǎn)。傳感器每隔α=0．5度產(chǎn)生一個脈沖，織機(jī)主軸每轉(zhuǎn)一周，就會產(chǎn)生720個脈沖。圖2中ti為第i個脈沖的周期。零位觸發(fā)(前止心)采用霍爾傳感器，織機(jī)每轉(zhuǎn)在固定轉(zhuǎn)角位置產(chǎn)生一個定位脈沖，本系統(tǒng)采用它標(biāo)志測試過程的起點(diǎn)，其波形如圖3所示。張力傳感器采用全橋應(yīng)變式，其輸出電壓的高低正比于紗線張力大小，經(jīng)標(biāo)定后，測出電壓即可換算出紗線張力。
數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)將傳感器輸出的電壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，此數(shù)字量送給計算機(jī)，編程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取與保存。本系統(tǒng)采用美國NI(NationalInstrument)公司基于計算機(jī)PCI插槽的多路模擬輸入采集卡，12位A／D轉(zhuǎn)換，最高采樣頻率可達(dá)200kHz。目前，噴氣織機(jī)的一般轉(zhuǎn)速為500-1500r/min，緯紗張力變化頻率為8．3-25kHz。本次使用中采樣率選擇100kHz，數(shù)據(jù)采集卡本身集成放大電路和A／D轉(zhuǎn)換，具有可編程選擇放大倍數(shù)，用戶無需自制放大電路，故測量系統(tǒng)建立快、測量精度高，測量時將轉(zhuǎn)速傳感器、定位傳感器、張力傳感器的輸出分別接至采集卡的三路模擬輸入通道。
1．3計算機(jī)硬件與軟件
任何具有PCI插槽的普通電腦，Windows98及以上操作系統(tǒng)均能滿足要求。對數(shù)據(jù)采集卡編程及界面設(shè)計采用美國NI公司開發(fā)的工具軟件LabWindows-CVI，CVI具有功能強(qiáng)大、界面友好、對多種采集卡支持等特點(diǎn)。
2 基于虛擬儀器的測試方法
虛擬儀器是儀器技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物[4>，在以計算機(jī)為核心的硬件平臺上，通過配置I／O接口設(shè)備(DAQ，數(shù)據(jù)采集卡)將采集到的信號送往計算機(jī)，通過用戶自己應(yīng)用LabView語言或者CVI語言編寫的不同測試功能的程序，對采集到的信號分析處理并顯示。一臺插有采集卡的計算機(jī)加上用戶自己開發(fā)的程序，就能實(shí)現(xiàn)用戶自定義的功能，它具有體積小、操作方便、功能自定義、界面友好等特點(diǎn)，利用虛擬儀器可快速建立一個測試系統(tǒng)，借助于計算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)用戶所需要的處理功能。本系統(tǒng)測量時將轉(zhuǎn)速傳感器、定位傳感器、張力傳感器的輸出分別接至采集卡的三路模擬輸入通道，用CVI軟件編程采集數(shù)據(jù)，將張力隨轉(zhuǎn)角變化的波形顯示在計算機(jī)屏幕上。
3 具體測試原理
本測量共用三個模入通道，首先啟動所設(shè)計好的儀器，開啟織機(jī)，零位觸發(fā)傳感器作為織機(jī)零度標(biāo)志，采集到零位信號后，利用主軸光柵脈沖觸發(fā)，對張力傳感器的輸出進(jìn)行采樣，按預(yù)定的采樣點(diǎn)數(shù)采集結(jié)束后，經(jīng)標(biāo)定可得到動態(tài)情況下緯紗張力隨織機(jī)轉(zhuǎn)角變化。
4 應(yīng)用
本系統(tǒng)已成功地用于青島星火紡機(jī)有限公司多臺噴氣織機(jī)性能的測試。測試時，將三個傳感器的輸出接入對應(yīng)模擬輸入通道，啟動織機(jī)，在圖5所示的界面上打開儀器開關(guān)，設(shè)定測試參數(shù)，單擊"采集"按鈕即可實(shí)現(xiàn)測試。圖5所示為YC426型噴氣織機(jī)一次測試的結(jié)果。測試條件為：溫度為26℃，濕度為75％，織機(jī)車速為542r／min，在任何時候可重新調(diào)出來查看，分析織機(jī)的性能，測試中張力出現(xiàn)的負(fù)值是由于動態(tài)測試中，傳感器梁材料本身回彈效應(yīng)引起，可通過選用精度高、性能好的傳感器進(jìn)一步提高檢測精度，與前述其它測試方法相比，在選用相同精度的傳感器下，由于所需硬件大大減少，避免了過多線路引人的誤差。
5 結(jié) 論
本系統(tǒng)以普通電腦為基礎(chǔ)，只需購買一個數(shù)據(jù)采集卡，通過用戶編寫程序，不需任何硬件電路就可快速建立測試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)織機(jī)緯紗張力測試，具有簡單、可靠、實(shí)用、界面友好等特點(diǎn)。通過改變程序，還可實(shí)現(xiàn)織機(jī)其它性能測試，可進(jìn)行數(shù)字微積分，對信號進(jìn)行頻譜分析等。因此，該方法具有一定的實(shí)用和推廣價值。
以前，緯紗張力的測試多采用動態(tài)電阻應(yīng)變儀，利用光線示波器進(jìn)行記錄，工作復(fù)雜，且結(jié)果精度和準(zhǔn)確性難以令人滿意。文獻(xiàn)提出對紡紗張力測試采用應(yīng)變電橋、自制放大電路、數(shù)據(jù)采集卡、計算機(jī)、VB編程實(shí)現(xiàn)，具有簡單、準(zhǔn)確、通用等特點(diǎn)。此方法也可用于緯紗張力測試，但需要自己設(shè)計硬件電路，電路參數(shù)調(diào)整不方便，靈活性較差，且VB編寫儀器界面不是很好。本文針對上述問題介紹一種基于虛擬儀器的測試新方法，該方法具有建立系統(tǒng)快、簡單、可靠、通用性強(qiáng)、界面友好等特點(diǎn)。
1 系統(tǒng)組成
主要由傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、計算機(jī)及相應(yīng)軟件組成。
1．1 傳感器
主軸傳感器采用光電編碼器，它的轉(zhuǎn)子和織機(jī)主軸同軸固定，主軸回轉(zhuǎn)時帶動轉(zhuǎn)子同速回轉(zhuǎn)。傳感器每隔α=0．5度產(chǎn)生一個脈沖，織機(jī)主軸每轉(zhuǎn)一周，就會產(chǎn)生720個脈沖。圖2中ti為第i個脈沖的周期。零位觸發(fā)(前止心)采用霍爾傳感器，織機(jī)每轉(zhuǎn)在固定轉(zhuǎn)角位置產(chǎn)生一個定位脈沖，本系統(tǒng)采用它標(biāo)志測試過程的起點(diǎn)，其波形如圖3所示。張力傳感器采用全橋應(yīng)變式，其輸出電壓的高低正比于紗線張力大小，經(jīng)標(biāo)定后，測出電壓即可換算出紗線張力。
數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)將傳感器輸出的電壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，此數(shù)字量送給計算機(jī)，編程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取與保存。本系統(tǒng)采用美國NI(NationalInstrument)公司基于計算機(jī)PCI插槽的多路模擬輸入采集卡，12位A／D轉(zhuǎn)換，最高采樣頻率可達(dá)200kHz。目前，噴氣織機(jī)的一般轉(zhuǎn)速為500-1500r/min，緯紗張力變化頻率為8．3-25kHz。本次使用中采樣率選擇100kHz，數(shù)據(jù)采集卡本身集成放大電路和A／D轉(zhuǎn)換，具有可編程選擇放大倍數(shù)，用戶無需自制放大電路，故測量系統(tǒng)建立快、測量精度高，測量時將轉(zhuǎn)速傳感器、定位傳感器、張力傳感器的輸出分別接至采集卡的三路模擬輸入通道。
1．3計算機(jī)硬件與軟件
任何具有PCI插槽的普通電腦，Windows98及以上操作系統(tǒng)均能滿足要求。對數(shù)據(jù)采集卡編程及界面設(shè)計采用美國NI公司開發(fā)的工具軟件LabWindows-CVI，CVI具有功能強(qiáng)大、界面友好、對多種采集卡支持等特點(diǎn)。
2 基于虛擬儀器的測試方法
虛擬儀器是儀器技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物[4>，在以計算機(jī)為核心的硬件平臺上，通過配置I／O接口設(shè)備(DAQ，數(shù)據(jù)采集卡)將采集到的信號送往計算機(jī)，通過用戶自己應(yīng)用LabView語言或者CVI語言編寫的不同測試功能的程序，對采集到的信號分析處理并顯示。一臺插有采集卡的計算機(jī)加上用戶自己開發(fā)的程序，就能實(shí)現(xiàn)用戶自定義的功能，它具有體積小、操作方便、功能自定義、界面友好等特點(diǎn)，利用虛擬儀器可快速建立一個測試系統(tǒng)，借助于計算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)用戶所需要的處理功能。本系統(tǒng)測量時將轉(zhuǎn)速傳感器、定位傳感器、張力傳感器的輸出分別接至采集卡的三路模擬輸入通道，用CVI軟件編程采集數(shù)據(jù)，將張力隨轉(zhuǎn)角變化的波形顯示在計算機(jī)屏幕上。
3 具體測試原理
本測量共用三個模入通道，首先啟動所設(shè)計好的儀器，開啟織機(jī)，零位觸發(fā)傳感器作為織機(jī)零度標(biāo)志，采集到零位信號后，利用主軸光柵脈沖觸發(fā)，對張力傳感器的輸出進(jìn)行采樣，按預(yù)定的采樣點(diǎn)數(shù)采集結(jié)束后，經(jīng)標(biāo)定可得到動態(tài)情況下緯紗張力隨織機(jī)轉(zhuǎn)角變化。
4 應(yīng)用
本系統(tǒng)已成功地用于青島星火紡機(jī)有限公司多臺噴氣織機(jī)性能的測試。測試時，將三個傳感器的輸出接入對應(yīng)模擬輸入通道，啟動織機(jī)，在圖5所示的界面上打開儀器開關(guān)，設(shè)定測試參數(shù)，單擊"采集"按鈕即可實(shí)現(xiàn)測試。圖5所示為YC426型噴氣織機(jī)一次測試的結(jié)果。測試條件為：溫度為26℃，濕度為75％，織機(jī)車速為542r／min，在任何時候可重新調(diào)出來查看，分析織機(jī)的性能，測試中張力出現(xiàn)的負(fù)值是由于動態(tài)測試中，傳感器梁材料本身回彈效應(yīng)引起，可通過選用精度高、性能好的傳感器進(jìn)一步提高檢測精度，與前述其它測試方法相比，在選用相同精度的傳感器下，由于所需硬件大大減少，避免了過多線路引人的誤差。
5 結(jié) 論
本系統(tǒng)以普通電腦為基礎(chǔ)，只需購買一個數(shù)據(jù)采集卡，通過用戶編寫程序，不需任何硬件電路就可快速建立測試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)織機(jī)緯紗張力測試，具有簡單、可靠、實(shí)用、界面友好等特點(diǎn)。通過改變程序，還可實(shí)現(xiàn)織機(jī)其它性能測試，可進(jìn)行數(shù)字微積分，對信號進(jìn)行頻譜分析等。因此，該方法具有一定的實(shí)用和推廣價值。
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