基于LabVIEW的摩擦材料试验机测控系统

　　研究材料摩擦磨损行为一般需要借助摩擦磨损试验机测量摩擦副的摩擦学特性.传统的摩擦磨损试验机不仅体积大,质量重,仪表仪器多,数据精度低,而且处于纯机械或半自动化水平,试验数据的采集、读取、处理以及分析完全依靠试验人员手工完成,更不能实现试验数据交换与共享,不适应科技发展趋势和市场要求[1-2].利用计算机辅助摩擦材料性能试验的试验机多采用“传感器+信号调理+数据采集卡+软件”这样一种基于模数采集卡的基本形式[3],信号由传感器采集,通过信号调理电路的放大和预滤波后输出标准的模拟电压或电流信号,经传输线送入计算机中的数据采集卡采样、A/D转换后,存储于计算机中进行运算分析和处理,以适当的形式输出、显示或记录测量结果[4],实现在人工最少参与的情况下,按预先编制好的测试程序,完成摩擦磨损测试、分析处理、显示或输出结果[5].

　　1　机械结构设计

　　根据国标GB/T 174469-1998对摩擦材料试验机试验方法的要求设计的CHASE试验机机械结构工作原理(图1):1)制动鼓按规定转速运动,与受压的摩擦片接触产生摩擦力;2)液压控制摩擦片所受的压力;3)当制动鼓朝某一方向转动时,根据摩擦片试样的力的平衡,会使试验夹具受摩擦片的反作用力往相应方向移动,摩擦力传感器根据夹具的力平衡测出摩擦片试样的摩擦力;4)压力传感器测量摩擦片试样所受的压力.

　　2　测控系统硬件设计

　　基于虚拟仪器的摩擦材料Chase试验机测控系统硬件部分(图2)是整个测控系统的基础,包括Chase试验机各种性能的传感器、信号调理电路、多功能数据采集卡、计算机等.

　　为了获得摩擦磨损试验的数据信息,需使用传感器将各种非电量转化为电信号,实现检测系统对物理信号的获取.CHASE试验机测控系统需要实时获取的物理量有:摩擦力、压力、温度、转速.

　　数据采集卡作为本测控系统硬件的主要组成部分,是外界电信号与计算机之间的桥梁.它可以将传感器输出的模拟信号经A/D转换后得到的数字信号传输给计算机,也可以将计算机的控制信号经D/A转换传输给控制部分.在设计时需要根据待采集信号和控制信号的具体情况来分配数据采集卡的模拟输入输出通道、定时/计数器端口等.

　　3　测控系统软件设计

　　3.1　状态机技术

　　本软件配合各种硬件设备,可对多个传感器实时监测、检测数据的采集、数据的统计和处理,并且实现对硬件设备的控制和调整等功能.

　　CHASE试验机在进行试验时,软件部分与之相应有9种状态,包括:设置、标定、磨合、开始试验、中断实验、报表、手动、等待、退出.编程时可使用状态机技术实现各状态之间的转化.