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基于LabVIEW的光电多码道扭矩测量系统
摘要
为了满足工业生产中对扭矩测量的需求，本文设计了一套基于LabVIEW的光电多码道扭矩测量系统。本系统采用了光电二极管进行信号采集，利用红外线测量转速，并对数据进行实时处理和显示。实验结果表明，本系统能够精准地测量扭矩大小，并能够在实时数据采集过程中得到较好的稳定性和精度。
关键词：LabVIEW；光电多码道；扭矩测量
Abstract
Inordertomeetthedemandoftorquemeasurementinindustrialproduction,thispaperdesignsamulti-channeltorquemeasurementsystembasedonLabVIEWandoptoelectronics.Thesystemadoptsphotodiodesforsignalacquisition,usesinfraredtomeasuretherotationspeed,andprocessesanddisplaysthedatainrealtime.Theexperimentalresultsshowthatthesystemcanaccuratelymeasurethesizeoftorque,andcanobtaingoodstabilityandaccuracyduringreal-timedataacquisition.
Keywords:LabVIEW;optoelectronics;multi-channeltorquemeasurement
1.引言
扭矩测量在汽车、航空、航天、电子等领域都有着广泛的应用。目前，传统的扭矩测量系统存在着精度低、容易受干扰等问题，难以满足生产需要。因此，设计一套可靠、精准的扭矩测量系统是很有必要的。
本文设计了一套基于LabVIEW的光电多码道扭矩测量系统。该系统采用光电二极管进行信号采集，利用红外线测量转速，并对数据进行实时处理和显示。通过实验验证，本系统能够精准地测量扭矩大小，并能够在实时数据采集过程中得到较好的稳定性和精度。
2.系统组成
2.1硬件部分
本系统主要由扭矩传感器、光电二极管、转速传感器和信号采集卡组成。
扭矩传感器利用受力影响使其外壳产生微小的弹性变形，传感器输出的信号与所受扭矩成正比。光电二极管作为光电转换器件，可以将光信号转换为电信号进行采集。转速传感器采用红外线反射式传感器，将反射回来的光信号转换为电信号输出。信号采集卡作为数据的输入和输出，将采集到的扭矩、转速等信号输入计算机，再将处理后的数据输出。
2.2软件部分
本系统采用了LabVIEW进行实现。软件部分主要包括：数据采集、信号处理及数据显示等模块。在数据采集模块中，采用了DAQmx驱动，实现了多通道数据采集。在信号处理模块中，对所采集的数据进行了滤波处理和数据分析。在数据显示模块中，可将测量结果显示在界面上，并且可以将数据保存在本地文件中。
3.系统实现
3.1扭矩传感器信号采集
为实现扭矩测量，要首先将传感器输出的模拟信号转换为数字信号。通常采用的方式是使用模数转换器（ADC），将模拟信号转换为数字信号，再通过信号采集卡将数字信号输入计算机。
本系统采用NI公司的PCI-6110型高速多功能数据采集卡作为信号采集器。该卡支持多通道模拟信号采集，并能够实现微弱信号的放大和滤波功能。接入扭矩传感器后，可以直接测量扭矩变化并输出数字信号。
3.2光电二极管信号采集
光电二极管是将光电信号转换为电信号的装置。它是将光学和电学结合起来的重要元器件。由于其结构简单，价格低廉，同时在较恶劣的环境下具有较好的工作性能，因此在工业生产和科研领域中得到了广泛应用。
在本系统中，光电二极管主要用于采集转速信号。采用红外线反射式传感器，将反射回来的光信号转换为电信号输出。信号采集卡可以实现对光电二极管信号进行采集和处理，输出数字信号。
3.3数据处理和显示
本系统采用LabVIEW进行实现。数据处理和显示主要包括三个模块：数据采集、信号处理和数据显示。
在数据采集模块中，通过DAQmx驱动实现多通道数据采集。采集到的数据可以用图像化的DataSocket图元实时显示在前端界面上，直观方便。
在信号处理模块中，对所采集的数据进行了滤波处理和数据分析。数据分析主要包括对扭矩大小的计算和对转速信号的数据处理。
在数据显示模块中，可以将测量结果显示在界面上，并且可以将数据保存在本地文件中。同时还可以将数据上传至远端服务器并进行存储和分析。
4.实验结果和分析
为了验证本系统的测量性能，进行了一系列实验。
在实验中，通过用扭力扳手产生不同的力矩并将其传到传感器上，记录下不同力矩下的输出电压，最终将电压与力矩之间建立转换关系。同时，记录下转速传感器的输