传感器在制动器试验台信号采集系统的应用黄漫国1,陶元芳2,樊尚春1(1.北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京　100083;2.太原科技大学机电工程学院,太原　030024)摘要:为了实现对起重机制动器性能试验和质量检测,设计了起重机制动器试验台信号采集系统。

系统的温度、扭矩以及转速等反映制动器主要性能的数据都需要通过各种传感器得到,因此作为信号采集系统的重要组成部分传感器具有至关重要的作用。

在详细分析系统参数要求以及各个传感器性能的基础上,对温度传感器、扭矩传感器和测速传感器进行了选择,在系统中进行了相关测试并对试验结果进行了分析。

试验结果表明,该系统中的传感器选用合理,达到了对制动器主要性能参数的准确检测。

关键词:起重机;制动器;温度传感器;扭矩传感器;转速传感器中图分类号:TP212.9　文献标识码:A　文章编号:167124776(2007)07/0820183202Application of Sensors on B rake2T est B edSignal Acquisition SystemHUAN G Man2guo1,TAO Yuan2fang2,Fan Shang2chun(1.S chool of I nst rumentation S cience&Opto2Elect ronics Engineering,Bei hang Universit y,Bei j i ng100083,China;2.College of Mechanical Engi neeri ng,T ai y uan Uni versit y of S cience and Technolog y,T ai y uan030024,Chi na)Abstract:Signal acquisition system of brake2test bed was designed in order to realize t he service test and mass detect of t he crane brake.Sensors as an important part of t he signal acquisition sys2 tem play a very important role in system because of t he temperat ure,torque and rotational speed which reflect t he main capabilities of t he brake to be measured by kinds of sensors.The sensors were cho sen and test s were taken in t he signal acquisition system and t he result s were analyzed t hrough t he analysis of parameters demanded in system and tested in system.The test s show t hat t he sensors are selected properly and t he main capabilities of t he brake are measured exactly.K ey w ords:crane;brake;temperat ure sensor;torque sensor;rotational speed sensor1　引　言制动器在制动过程中的安全、平稳和可靠关系到人身生命及设备财产的安全保障,对它的性能试验和质量检测是各制动器生产厂家和使用单位都非常重视的一个重要环节。

但目前国内各制动器生产厂家对制动器产品所采用的检测设备和检测方法都远远落后于高速发展的现代工业对该产品的要求,尤其对起重机制动器的检测,由于目前在生产成本、制动力矩标定等方面受到较大限制,长久以来一直是困扰各生产厂家的一个难题[124]。

起重机制动器试验台是专门用于起重机制动器收稿日期:2007204202Micro nano ele ctro nic F e ch no lo gy/J uly～Augus t2007 183 微纳电子技术　2007年第7/8期微纳电子技术　2007年第7/8期 184 Mi cro nano ele ctro ni c F e ch no lo gy /J uly ～August 2007性能试验和质量检测的实验装置,可对盘式、钳盘式等多种制动器进行测试。

在制动器的性能试验中,温度、扭矩和转速是所需检测的重要参数。

根据起重机制动器试验台的特点及检测项目需求,设计了起重机制动器试验台信号采集系统。

其中,传感器是信号采集系统的基础。

本文对系统中用到的温度传感器、扭矩传感器和测速传感器进行了研究。

2　工作原理起重机制动器试验台信号采集系统的工作原理主要是根据制动器的运转时间率J C (%)、飞轮矩GD 2(kg ・m 2)的大小和电机转速n (r ・min -1),调整试验台与之相匹配,然后依据制动能量相等法则模拟制动器的运行状况。

图1为制动器试验台主体原理图。

由测试系统控制的可调速主电机,通过联接和传动装置驱动加载惯性飞轮组及被测制动轮(盘)旋转运行,当制动器在工作循环中反复制动时,通过温度传感器、扭矩传感器、测速传感器和测速发电机等对转速、温度、扭矩等反映制动器性能的主要参数进行测量,经各种预处理及A/D 转换后,由通用计算机进行数据处理与分析。

图1　制动器试验台主体原理图3　传感器的选用3.1　温度传感器系统最初采用的测量制动盘温度的方法是利用热电偶测温。

与其他测温传感器相比,这种方法有许多优点如测温范围广、结构简单、测温点小、准确度高、动态响应快等,缺点是选用热电偶需进行冷端补偿。

要测量制动盘的温度时,制动盘要进行不断的旋转,因此本系统选用Thermalert M ID 10L T 型非接触红外温度测量仪来测量制动盘的温度,测量范围为0～500℃,重复性为±1℃,完全可以满足系统要求,同时避免了采用热电偶测温的缺点。

3.2　扭矩传感器在通过转轴应变或应力来测量扭矩的方法中,最常采用的是应变式扭矩传感器,在转轴的适当部位粘贴4片应变片,做全桥连接,便成为扭矩传感器。

系统测量试验台的制动扭矩选用的是J DN 型(400kg ・m )扭矩传感器,其测量范围不大于5000N ・m ,测量误差不大于±0.3%,均满足系统要求。

由J DN 型(400kg ・m )扭矩传感器输出的制动扭矩信号,接入YD 215型动态电阻应变仪,经放大、滤波后输出。

3.3　测速传感器转速测量目前已从最早的机械式和直接发电式发展到数字脉冲式,常见的转速测量方式有测速发电机、磁电式、光电式、同步闪光式、旋转编码盘等多种测量方式。

制动器试验台的主电机功率为45kW ,最高允许转速1300r ・min -1,无级调速,转速误差不大于±0.3%。

本系统采用SZMB -5型磁电式转速传感器,转速范围:6～9999r ・min -1,测量误差不大于±0.02%,均满足系统要求。

4　试验结果及分析为测试三种传感器在起重机制动器试验台信号采集系统中的精度,对某电磁铁钳盘式制动器进行性能试验。

由测试系统控制可调速主电机产生固定转速,分别用Thermalert M ID 10L T 型非接触红外温度测量仪、J DN 型(400kg ・m )扭矩传感器和SZMB 25型磁电式转速传感器对制动盘的温度、制动力矩和制动转速进行测量,结果如表1。

表1　制动器试验数据试验次数温度/℃制动力矩/(N ・m )转速/(r ・min -1)126.01275.9345226.11276.5344326.21279.0345426.11274.5345526.21278.1345626.21274.3345726.11275.4344为了对测试数据进行分析处理,要计算其算术平均值和标准差。

算术平均值与标准差的计算公式分别为x =1n 6ni =1x i(1)σ=6ni =1(x i - x )2n -1(2)(下转第187页)Micro nano ele ctro nic F e ch no lo gy /J uly ～Augus t 2007 187 微纳电子技术　2007年第7/8期电容/频率转换电路采用RC 多谐振荡电路。

MSP 430单片机控制片选路,分别对模拟冰水下界面和冰空气上界面两种情况进行了测试。

在下界面测试中,冰的频率值为2.7M Hz ,水的频率值为35Hz 。

在上界面测试中,冰的频率值为2.7M Hz ,空气的频率值为4M Hz ,如图4～6所示。

图3　平行板电容式传感器结构示意图图4　在示波器中看到的介质为空气的频率值图5　在示波器中看到的介质为冰的频率值图6　在示波器中看到的介质为水的频率值由此可以看出,特别对于下界面的检测,这种电容式传感器很容易区分冰层和水。

并且这种传感器结构简单,成本低,采用非接触式测量,易于安装,非常适合野外无人自动化检测。

参考文献:[1]　YU Y ,RO T HROCK D A.Thin ice t hickness from satellitet hermal imagery[J ].Journal of Geophysical Research ,1996,101(C 11):25753225766.[2]　MUL TALA J ,HAU TANIEMI H ,O KSAMA M ,et al.Anairborne electromagnetic system on a fixed wing aircraft for sea ice t hickness mapping[J ].Cold Regions Science and Technolo 2gy ,1996,24(4):3552373.[3]　闻瑞梅,王在忠.高纯水的制备及其工艺[M ].北京:科学出版社,1999:2622269.[4]　秦建敏,沈冰.基于冰、水导电特性的新型冰层厚度传感器及其检测方法[J ].传感器技术,2004,23(9):55256,58.[5]　秦建敏,沈冰.利用水的导电特性对冰层厚度进行数字化自动检测的研究[J ].冰川冻土,2003,25(增刊):2812284.[6]　李志军.中国第19次南极科学考察种海冰调查技术介绍[J ].冰川冻土,2003,25(增2):2102213.作者简介:秦建敏　(1951—),男,山西静乐人,教授,博士,研究方向为检测技术与自动化控制;程　鹏　(1980—),男,陕西汉中人,在读研究生,主要研究方向为检测技术与自动化控制;李　霞　(1976—),女,山西晋城人,在读研究生,主要研究方向为检测技术与自动化控制。