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專利名稱：一種標(biāo)準(zhǔn)扭振信號(hào)產(chǎn)生方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的方法，具體地說(shuō)是一種產(chǎn)生和輸出標(biāo)準(zhǔn)扭振
信號(hào)的方法，屬于動(dòng)力工程領(lǐng)域。
(二)
背景技術(shù)：
在扭振儀的研制開(kāi)發(fā)、使用階段都需要進(jìn)行標(biāo)定，穩(wěn)定可靠的扭振信號(hào)發(fā)生器 (即扭振標(biāo)定器)是用來(lái)對(duì)扭振測(cè)試儀器進(jìn)行標(biāo)定的重要手段。 傳統(tǒng)的扭振標(biāo)定器是機(jī)械式扭振標(biāo)定臺(tái)，有平行滑塊式、萬(wàn)向節(jié)式、行星輪式、雙 電機(jī)式等多種類型。經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)有2篇相關(guān)文獻(xiàn)涉及到機(jī)械式扭振標(biāo)定臺(tái)的內(nèi)容。分 別是中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?9202633. 2、名稱為"內(nèi)燃機(jī)軸系扭振模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)"的專利文件； 《華中理工大學(xué)學(xué)報(bào)》，1997年7月第25巻第7期刊登的《軸系扭振實(shí)驗(yàn)臺(tái)的研制》。這兩 篇文獻(xiàn)研制的均是機(jī)械式扭振臺(tái)，兩個(gè)扭振臺(tái)發(fā)出扭振信號(hào)原理一致，只是在結(jié)構(gòu)布置、控 制方法上不同。機(jī)械式扭振臺(tái)由扭擺系統(tǒng)產(chǎn)生經(jīng)齒盤發(fā)出的扭振信號(hào)通過(guò)整形后為疏密相 間的方波信號(hào)。機(jī)械式扭振臺(tái)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，具有體積大、重量重、功耗大、容易磨損的缺點(diǎn)。
電子式扭振標(biāo)定器，用電子線路來(lái)模擬軸系的扭振輸出信號(hào)，具有沒(méi)有機(jī)械磨損、 體積小、重量輕、易攜帶的特點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外典型的電子式扭振標(biāo)定器有美國(guó)亞特蘭大科儀公司 生產(chǎn)的2512型電子式扭振標(biāo)定器，其是將一個(gè)400kHz的晶振輸出信號(hào)，進(jìn)行分頻和重組合 處理，最后使其輪流輸出50個(gè)5000Hz和50個(gè)5063. 3Hz的方波脈沖，這就相當(dāng)于一個(gè)100 齒的齒輪輸出的前半轉(zhuǎn)較慢、后半轉(zhuǎn)較快的扭振信號(hào)。它只能輸出固定轉(zhuǎn)速、固定頻率的信 號(hào)，且輸出的方波電壓固定為5V。《內(nèi)燃機(jī)工程》，2003年10月第24巻第5期刊登的《多功 能電子式扭振標(biāo)定器的研制》中對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了模擬的轉(zhuǎn)速可調(diào)，模擬齒盤的齒數(shù) 可在60齒/周、100齒/周、180齒/周三檔可調(diào)，輸出脈沖的電壓幅值可調(diào)。這些電子扭 振標(biāo)定器還不能在線連續(xù)可調(diào)模擬齒盤的齒數(shù)，更不能調(diào)整模擬的扭振振幅。東南大學(xué)出 版社，1994年12月出版的《軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的試驗(yàn).監(jiān)測(cè)和儀器》，采用8098單片機(jī)來(lái)產(chǎn)生 一個(gè)三角形的扭角位移信號(hào)。改變前后半轉(zhuǎn)的頻率差，就可以得到不同的扭角振幅。上述 電子式扭振標(biāo)定器均采用了專用電路來(lái)實(shí)現(xiàn)各自的功能，需要進(jìn)行專門的硬件開(kāi)發(fā)；都還 不能在線顯示模擬的扭振信號(hào)參數(shù)及波形，不方便使用者進(jìn)行信號(hào)對(duì)比。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種信號(hào)輸出通道可選，模擬的轉(zhuǎn)速、齒數(shù)及扭振振幅連
續(xù)可調(diào)，輸出信號(hào)電壓可調(diào)，能在線顯示的一種標(biāo)準(zhǔn)扭振信號(hào)產(chǎn)生方法。 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的 包括參數(shù)設(shè)置模塊、信號(hào)產(chǎn)生模塊、信號(hào)輸出顯示模塊組成的軟件和D/A輸出卡；
在參數(shù)設(shè)置模塊中設(shè)定如下參數(shù)通道設(shè)置、齒數(shù)設(shè)置、幅值設(shè)置、頻率設(shè)置、限壓 設(shè)置；參數(shù)設(shè)置模塊讀取以上參數(shù)后，判斷參數(shù)設(shè)置是否合理，即是否滿足下限<幅值<上 限，如果不滿足，重新設(shè)置參數(shù)，如果滿足，將參數(shù)輸入信號(hào)產(chǎn)生模塊；
信號(hào)產(chǎn)生模塊根據(jù)讀取的參數(shù)，生成頻率不同的兩種順序排列的仿真信號(hào)，首先 生成頻率1信號(hào)，將其存儲(chǔ)在數(shù)組1中；再生成頻率2信號(hào)，將其存儲(chǔ)在數(shù)組2中，最后將兩
個(gè)數(shù)組中的信號(hào)依次放在一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)組當(dāng)中;所述信號(hào)的頻率以^f力J^的形式表示，
米樣點(diǎn)數(shù)
其中周期數(shù)為齒數(shù)的二分之一，采樣點(diǎn)數(shù)為^^^^X周期數(shù)； 將最終生成的信號(hào)以計(jì)算采樣點(diǎn)數(shù)時(shí)使用的采樣頻率連續(xù)輸出，在輸出信號(hào)的同 時(shí)，計(jì)算此信號(hào)的扭角值，公式為
' f一 、6 = f (wc - =
一 -
, ^、 360°, ^、 一"丄)=-—w丄) 其中，e為扭角值，"為瞬時(shí)角速度，、為最終輸出信號(hào)的周期，A
360°
.為平均
角速度，N為齒輪齒數(shù)，tn為輸出n個(gè)方波信號(hào)的時(shí)間，n為方波個(gè)數(shù)，dt為時(shí)間微元。
最后，通過(guò)D/A輸出卡將信號(hào)輸出。
本發(fā)明的主要特點(diǎn)是 通過(guò)軟件編程方式由普通D/A輸出卡產(chǎn)生模擬的標(biāo)準(zhǔn)扭振信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了模擬的標(biāo) 準(zhǔn)扭振信號(hào)的多參數(shù)在線可調(diào)，這些參數(shù)是輸出通道、模擬的轉(zhuǎn)速、模擬齒盤的齒數(shù)、模擬 扭振的振幅、輸出信號(hào)的電壓。 將設(shè)定的信號(hào)進(jìn)行模擬的轉(zhuǎn)速、模擬齒盤的齒數(shù)、模擬扭振的振幅、輸出信號(hào)的電 壓等參數(shù)以及時(shí)域波形的在線顯示，方便使用者對(duì)被標(biāo)定的扭振儀輸出進(jìn)行對(duì)比分析。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)在于 首先，本發(fā)明的扭振信號(hào)是通過(guò)軟件編程及通用D/A輸出卡實(shí)現(xiàn)的，不需要專用 設(shè)備，不需要專門的硬件開(kāi)發(fā)過(guò)程，具有易安裝、便推廣的特點(diǎn)。 其次，本發(fā)明能在線顯示被模擬的扭振信號(hào)參數(shù)以及時(shí)域波形，可讓使用者實(shí)時(shí) 觀察輸出信號(hào)的參數(shù)。 最后，信號(hào)輸出通道可選，輸出轉(zhuǎn)速可調(diào)，齒數(shù)可調(diào)，信號(hào)輸出穩(wěn)定，工作界面友 好，可修改輸出參數(shù)，讀取數(shù)據(jù)方便，適用范圍廣。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明的控制面板示意圖；
圖3是本發(fā)明運(yùn)行后的控制面板示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明由參數(shù)設(shè)置模塊、信號(hào)產(chǎn)生模塊、信號(hào)輸出顯示模塊組成的軟件和D/A輸
4出卡依次連接構(gòu)成的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。 結(jié)合圖l，在參數(shù)設(shè)置模塊中設(shè)定如下參數(shù)通道設(shè)置、齒數(shù)設(shè)置、幅值設(shè)置、頻率 設(shè)置、限壓設(shè)置；通道設(shè)置用來(lái)選擇D/A輸出卡的輸出通道；齒數(shù)設(shè)置可以使輸出的標(biāo)準(zhǔn)扭 振信號(hào)適用于不同齒數(shù)的工作條件；幅值設(shè)置可以使輸出信號(hào)的電壓幅值隨需要而改變； 頻率設(shè)置是設(shè)定兩種不同的頻率來(lái)模擬實(shí)際的扭振信號(hào)；限壓設(shè)置起到保護(hù)電路和設(shè)備的 作用。讀取以上參數(shù)后，判斷參數(shù)設(shè)置是否合理，即是否滿足下限<幅值<上限，如果滿足， 繼續(xù)下面流程；如果不滿足，重新設(shè)置參數(shù)。 根據(jù)讀取的參數(shù)，生成仿真信號(hào)，此信號(hào)是頻率不同的兩種信號(hào)的順序排列，在此
周期數(shù)
環(huán)節(jié)中，信號(hào)的頻率以i^mr的形式表示，其中周期數(shù)為齒數(shù)的二分之一，采樣點(diǎn)數(shù)為
米樣點(diǎn)數(shù)
x周期數(shù)。首先生成頻率1信號(hào)，將其存儲(chǔ)在數(shù)組1中；再生成頻率2信號(hào)，將其
采樣頻率 讀取的頻率'
存儲(chǔ)在數(shù)組2中，最后將兩個(gè)數(shù)組中的信號(hào)依次放在一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)組當(dāng)中。 將最終生成的信號(hào)以計(jì)算采樣點(diǎn)數(shù)時(shí)使用的采樣頻率連續(xù)輸出，由于信號(hào)在生成
時(shí)由兩部分組成，且頻率不同，從而實(shí)現(xiàn)了連續(xù)輸出不同頻率的信號(hào)，即標(biāo)準(zhǔn)的扭振信號(hào)。
在輸出信號(hào)的同時(shí)，計(jì)算此信號(hào)的扭角值，公式如下
(9=|" (wc - 0)凌:
叱"—
現(xiàn)一-
, /c、 360°, (、 =0廣(X — w丄)=-d — w丄)
360c 其中，e為扭角值，"為瞬時(shí)角速度，t。為最終輸出信號(hào)的周期，^-7—為平均
角速度，N為齒輪齒數(shù)，tn為輸出n個(gè)方波信號(hào)的時(shí)間，n為方波個(gè)數(shù)，dt為時(shí)間微元。 將隨時(shí)間變化的標(biāo)準(zhǔn)扭振信號(hào)和計(jì)算得到的扭角信號(hào)顯示出來(lái)。 以上步驟都通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)的。最后，通過(guò)D/A輸出卡將信號(hào)輸出，這時(shí)的信號(hào)
便是標(biāo)準(zhǔn)的扭振信號(hào)。 以應(yīng)用Labwindows/CVI軟件為例，詳細(xì)說(shuō)明儀器實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能的編程過(guò)程
首先，使用Labwindows/CVI軟件制作控制面板，面板如圖2所示，依次將所需的控 件安放在適當(dāng)?shù)奈恢茫?duì)每個(gè)控件做相應(yīng)的設(shè)置。 其次，根據(jù)第一步中各控件的設(shè)置，編寫相應(yīng)的程序來(lái)完成控件所要實(shí)現(xiàn)的功能。 如圖2所示，輸出通道屬于字符串控件，幅值上限、幅值下限、幅值、頻率1、頻率2和齒數(shù)屬 于數(shù)字控件，輸出波形和標(biāo)準(zhǔn)扭角波形屬于圖形控件，它們均不需要設(shè)置回調(diào)函數(shù)；開(kāi)始、 暫停和退出屬于按鈕控件，它們需要設(shè)置回調(diào)函數(shù)，并編寫相應(yīng)的程序，是整個(gè)軟件編寫的 核心部分。 開(kāi)始按鈕的回調(diào)函數(shù)程序編寫方法如下首先讀取面板上輸出通道、幅值上限、幅 值下限、幅值、頻率1、頻率2和齒數(shù)的內(nèi)容，判斷幅值控件的數(shù)值是否在幅值上限和幅值下 限數(shù)值的范圍內(nèi)，如果不在范圍內(nèi)，軟件將自動(dòng)終止本次操作，并發(fā)出錯(cuò)誤提示，如果在范
5圍內(nèi)，軟件將按照讀取控件上的參數(shù)，根據(jù)前述信號(hào)頻率的計(jì)算方法生成信號(hào)，它是隨時(shí)間
變化的信號(hào)幅值的數(shù)組；其次，軟件按照控件上指定的通道將信號(hào)數(shù)組輸送到D/A數(shù)據(jù)輸
出卡，通過(guò)數(shù)據(jù)輸出卡將標(biāo)準(zhǔn)扭振信號(hào)輸出；同時(shí)，將輸出時(shí)間儲(chǔ)存在另一個(gè)數(shù)組當(dāng)中，并
且使二者中的數(shù)值一一對(duì)應(yīng)，以時(shí)間數(shù)組為橫坐標(biāo)值，信號(hào)幅值數(shù)組為縱坐標(biāo)值，將其繪制
在輸出波形圖形控件上；最后，根據(jù)前述的扭角計(jì)算公式計(jì)算輸出波形的扭角隨時(shí)間的變
化規(guī)律，將扭角幅值儲(chǔ)存在一個(gè)數(shù)組中，將對(duì)應(yīng)的時(shí)間值儲(chǔ)存在另一個(gè)數(shù)組當(dāng)中，以時(shí)間數(shù)
組為橫坐標(biāo)值，扭角幅值數(shù)組為縱坐標(biāo)值，將其繪制在標(biāo)準(zhǔn)扭角波形圖形控件上。 暫停按鈕的回調(diào)函數(shù)程序編寫方法如下中止DAQ數(shù)據(jù)采集卡的輸出任務(wù)，使數(shù)
據(jù)輸出卡停止輸出信號(hào)的任務(wù)，便可停止儀器的工作，等待新的操作。 退出按鈕的回調(diào)函數(shù)程序編寫方法如下終止DAQ數(shù)據(jù)采集卡的輸出任務(wù)，退出 操作面板顯示，從而關(guān)閉了整套儀器。 再次，程序運(yùn)行調(diào)試后，使用Labwindows/CVI自身具有的軟件打包功能，將其編 輯成安裝文件，可以在任意一臺(tái)裝有DAQ數(shù)據(jù)輸出卡驅(qū)動(dòng)程序的計(jì)算機(jī)上安裝運(yùn)行，并且 不要求此計(jì)算機(jī)安裝有Labwindows/CVI軟件。 最后，連接好硬件設(shè)備，按照步驟操作即可完成扭振儀的標(biāo)定。
具體操作方式 當(dāng)使用者打開(kāi)軟件式扭振標(biāo)定器文件后，即可出現(xiàn)如圖2所示的工作界面，其左 側(cè)的輸出參數(shù)為系統(tǒng)的默認(rèn)值(常用參數(shù))，使用者也可根據(jù)實(shí)際需要來(lái)自已設(shè)定輸出參 數(shù)，待參數(shù)設(shè)定完成后，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊"開(kāi)始"按鈕，即可實(shí)現(xiàn)信號(hào)輸出，同時(shí)可通過(guò)右側(cè)的兩 個(gè)波形圖觀察波形和讀取數(shù)據(jù)。 當(dāng)標(biāo)定完成后，可點(diǎn)擊"暫停"按鈕，停止輸出，如需進(jìn)行其它標(biāo)定，可重新設(shè)置參 數(shù)后，點(diǎn)擊"開(kāi)始"按鈕后進(jìn)行標(biāo)定。當(dāng)標(biāo)定工作結(jié)束后，可點(diǎn)擊"退出"按鈕，即可關(guān)閉工 作界面。 下面以交替輸出50個(gè)5000Hz和50個(gè)5063Hz且幅值為2. 5V的方波信號(hào)為例，如 圖3所示。 從圖3可以看到信號(hào)的輸出通道選擇的是6259/ao0，限定的輸出電壓幅值在負(fù)
10V到正10V之間，輸出信號(hào)為5000Hz和5063Hz的交變信號(hào)，幅值為2. 5V.選擇的齒數(shù)為
100。在面板右部上方的波形控件中可以觀察到輸出波形時(shí)方波，幅值為2. 5V，每個(gè)循環(huán)周
期是0. 01980秒；下方的波形控件中可以觀察到標(biāo)準(zhǔn)扭角波形，其幅值為1. 1度。 在輸出波形前，改變面板左部的參數(shù)值，輸出開(kāi)始后均可由右部的波形控件上觀
察到類似于上例的波形。
權(quán)利要求
一種標(biāo)準(zhǔn)扭振信號(hào)產(chǎn)生方法，其特征是包括參數(shù)設(shè)置、信號(hào)產(chǎn)生、信號(hào)輸出顯示和輸出過(guò)程；首先判斷設(shè)置的參數(shù)是否合理，即是否滿足下限＜幅值＜上限，如果不滿足，重新設(shè)置參數(shù)，如果滿足，進(jìn)入信號(hào)產(chǎn)生過(guò)程，所述設(shè)置的參數(shù)包括通道、齒數(shù)、幅值、頻率、限壓；根據(jù)設(shè)置的參數(shù)，生成頻率不同的兩種順序排列的仿真信號(hào)，首先生成頻率1信號(hào)，將其存儲(chǔ)在數(shù)組1中；再生成頻率2信號(hào)，將其存儲(chǔ)在數(shù)組2中，最后將兩個(gè)數(shù)組中的信號(hào)依次放在一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)組當(dāng)中；所述信號(hào)的頻率以的形式表示，其中周期數(shù)為齒數(shù)的二分之一，采樣點(diǎn)數(shù)為將最終生成的信號(hào)以計(jì)算采樣點(diǎn)數(shù)時(shí)使用的采樣頻率連續(xù)輸至D/A輸出卡；最后，通過(guò)D/A輸出卡將信號(hào)輸出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種標(biāo)準(zhǔn)扭振信號(hào)產(chǎn)生方法，其特征是 在向D/A輸出卡輸出信號(hào)的同時(shí)，計(jì)算此信號(hào)的扭角值，所用的計(jì)算公式為<formula>formula see original document page 2</formula>其中，e為扭角值，"為瞬時(shí)角速度，t。為最終輸出信號(hào)的周期，^360°.為平均角速度，N為齒輪齒數(shù)，tn為輸出n個(gè)方波信號(hào)的時(shí)間，n為方波個(gè)數(shù)，dt為時(shí)間微元。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種標(biāo)準(zhǔn)扭振信號(hào)產(chǎn)生方法。包括參數(shù)設(shè)置、信號(hào)產(chǎn)生、信號(hào)輸出顯示和輸出過(guò)程；首先判斷設(shè)置的參數(shù)是否合理，即是否滿足下限＜幅值＜上限，如果不滿足，重新設(shè)置參數(shù)，如果滿足，進(jìn)入信號(hào)產(chǎn)生過(guò)程；根據(jù)設(shè)置的參數(shù)，生成頻率不同的兩種順序排列的仿真信號(hào)，首先生成頻率1信號(hào)，將其存儲(chǔ)在數(shù)組1中；再生成頻率2信號(hào)，將其存儲(chǔ)在數(shù)組2中，最后將兩個(gè)數(shù)組中的信號(hào)依次放在一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)組當(dāng)中；將最終生成的信號(hào)以相同的采樣頻率連續(xù)輸至D/A輸出卡將信號(hào)輸出。信號(hào)輸出通道可選，輸出頻率可調(diào)，齒數(shù)可調(diào)，信號(hào)輸出穩(wěn)定，工作界面友好，可隨時(shí)修改輸出參數(shù)，讀取數(shù)據(jù)方便，適用范圍廣。
文檔編號(hào)G01H1/10GK101696893SQ200910073109
公開(kāi)日2010年4月21日 申請(qǐng)日期2009年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月29日
發(fā)明者丁勇, 李玩幽, 郭宜斌 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué);