一种新的瞬时测速方法

　　1　引言

　　气动系统由于其特有的优点,目前已在生产过程自动化和机械化中得到了广泛应用[1]。然而气动系统中各部件的性能、精度、可靠性等直接影响整个 系统的工作性能和精度。因此各部件的性能参数测试和实验对自动化系统的构成和设计至关重要,文中针对高速气缸的工作要求特别是根据其质量和动能关系以获取 系统最优运动参数配合的要求,提出了一种基于8031单片机的瞬时测速方法,以解决高速缸在整个行程中速度的变化,尤其是行程末端时的瞬时速度测量方面的 问题。

　　2　高速冲击缸瞬时速度的测试装置和原理

　　高速冲击缸瞬时速度测试原理如图1所示。气压从高压进气口进入密封缸体,达到所要求压强后,关闭高压进气口。在控制装置的控制下使高气压在一瞬 间被释放,释放的高压推动活塞杆高速向下运动,活塞杆推向沙箱,以生成工件模型,活塞杆的速度信息由挡板及固定在沙箱上的光电传感器传送给自行设计的瞬时 测速仪。

　　图中,缸体尺寸为:540mm×540mm×700mm;活塞杆:周边14个,d1=75mm,质量47kg,中间6个,d2=70mm,质量41kg;活塞杆与缸体摩擦力:f=2450kg.

　　实验过程采用两组压力:行程前充压1.5MPa,行程后1.1MP ;行程前充压1.4MPa,行程后1.07MPa.空行程按480mm计算,对上述条件的计算,采取如图2所示坐标系,取活塞杆d1=75mm为研究对象。

　　由于上述被测对象可近似认为处于等温状态,所以由等温条件知压强P与体积V的乘积为常数K,即:

　　又由图2知,当容器体积沿X轴方向变化x行程时,其体积变化为:

　　根据前述已知参数及初始条件即可求得活塞杆在其行程中任一点的理论瞬时速度值。

　　3　测试方法

　　3·1　硬件电路简介

　　瞬时测速仪硬件主要由8031单片机、8279键盘/显示器接口、LED显示器、传感器测试电路等组成。高速运动质点的测试关键在传感器设计, 从以往资料查询结果它常用于枪弹丸运动速度的测试,这种传感器通常是用电感式传感器进行检测[2]。电感式传感器虽然可以测高速运动速度,但其体积太大又 无法满足在480mm范围内测9个测点的需要。光电传感器有灵敏度高、电路简单、信号可靠、测量范围大、体积小等特点。所以设计了如图3所示电路构成的传 感器部件,将其3个串联成测试用传感器。该传感器一共9个,由于所测为末端速度,所以将480mm长度从400mm处等分为8段,每段长10mm.选用红 外光电传感器。通过二极管构成的或逻辑控制电路将信号送至接口电路。接口电路由74LS14型TTL系列带斯密特触发器整形特性的反相器构成,它不仅将常 低电平信号反相成外部中断所需要的常高电平信号外,还将传感器送出的不规则信号整理成TTL所需要的标准方波信号,整形后的信号直接送至单片机的外部中断 0入口。