基于传感器和数据采集卡实现纺纱张力测试的应用方法

以前，纬纱张力的测试多采用动态电阻应变仪，利用光线示波器进行记录，工作复杂，且结果精度和准确性难以令人满意。文献提出对纺纱张力测试采用应变电桥、自制放大电路、数据采集卡、计算机、VB编程实现，具有简单、准确、通用等特点。此方法也可用于纬纱张力测试，但需要自己设计硬件电路，电路参数调整不方便，灵活性较差，且VB编写仪器界面不是很好。本文针对上述问题介绍一种基于虚拟仪器的测试新方法，该方法具有建立系统快、简单、可靠、通用性强、界面友好等特点。

1 系统组成

图1为测试系统框图，主要由传感器、数据采集卡、计算机及相应软件组成。

1．1 传感器

主轴传感器采用光电编码器，它的转子和织机主轴同轴固定，主轴回转时带动转子同速回转。传感器每隔α=0．5度产生一个脉冲，织机主轴每转一周，就会产生720个脉冲。图2中ti为第i个脉冲的周期。零位触发（前止心）采用霍尔传感器，织机每转在固定转角位置产生一个定位脉冲，本系统采用它标志测试过程的起点，其波形如图3所示。张力传感器采用全桥应变式，其输出电压的高低正比于纱线张力大小，经标定后，测出电压即可换算出纱线张力。

数据采集卡实现将传感器输出的电压信号转变为数字量，此数字量送给计算机，编程实现数据读取与保存。本系统采用美国NI（NationalInstrument）公司基于计算机PCI插槽的多路模拟输入采集卡，12位A／D转换，最高采样频率可达200kHz。目前，喷气织机的一般转速为500-1500r/min，纬纱张力变化频率为8．3-25kHz。本次使用中采样率选择100kHz，数据采集卡本身集成放大电路和A／D转换，具有可编程选择放大倍数，用户无需自制放大电路，故测量系统建立快、测量精度高，测量时将转速传感器、定位传感器、张力传感器的输出分别接至采集卡的三路模拟输入通道。

1．3计算机硬件与软件

任何具有PCI插槽的普通电脑，Windows98及以上操作系统均能满足要求。对数据采集卡编程及界面设计采用美国NI公司开发的工具软件LabWindows-CVI，CVI具有功能强大、界面友好、对多种采集卡支持等特点。

2 基于虚拟仪器的测试方法

虚拟仪器是仪器技术与计算机技术结合的产物，在以计算机为核心的硬件平台上，通过配置I／O接口设备（DAQ，数据采集卡）将采集到的信号送往计算机，通过用户自己应用LabView语言或者CVI语言编写的不同测试功能的程序，对采集到的信号分析处理并显示［5］。一台插有采集卡的计算机加上用户自己开发的程序，就能实现用户自定义的功能，它具有体积小、操作方便、功能自定义、界面友好等特点，利用虚拟仪器可快速建立一个测试系统，借助于计算机编程实现用户所需要的处理功能。

如图1所示，本系统测量时将转速传感器、定位传感器、张力传感器的输出分别接至采集卡的三路模拟输入通道，用CVI软件编程采集数据，将张力随转角变化的波形显示在计算机屏幕上。

3 具体测试原理

本测量共用三个模入通道，首先启动所设计好的仪器，开启织机，零位触发传感器作为织机零度标志，采集到零位信号后，利用主轴光栅脉冲触发，对张力传感器的输出进行采样，按预定的采样点数采集结束后，经标定可得到动态情况下纬纱张力随织机转角变化，用CVI编写的程序流程图如图4所示，所设计的界面及测试结果如图5所示。

4 应用

本系统已成功地用于青岛星火纺机有限公司多台喷气织机性能的测试。测试时，将三个传感器的输出接入对应模拟输入通道，启动织机，在图5所示的界面上打开仪器开关，设定测试参数，单击“采集”按钮即可实现测试。图5所示为YC426型喷气织机一次测试的结果。测试条件为：温度为26℃，湿度为75％，织机车速为542r／min，在任何时候可重新调出来查看，分析织机的性能，测试中张力出现的负值是由于动态测试中，传感器梁材料本身回弹效应引起，可通过选用精度高、性能好的传感器进一步提高检测精度，与前述其它测试方法相比，在选用相同精度的传感器下，由于所需硬件大大减少，避免了过多线路引人的误差。

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