基于LabVIEW的角速度、角加速度测试仪

　　1　引言

　　传统的JC-83型角速度角加速度测定仪通过输出信号至示波器或X-Y函数记录仪的方式具有许多不足之处:观察数据波形困难;只能实现定性化测试,无法实时获得量化值;实验数据无法及时存储,不能在实验后对测试数据作进一步分析;附加设备多、灵活性低,不便于多人同时实验。应用LabVIEW开发的虚拟仪器可以利用当今高性能的计算机进行实时数据采样及运算处理,从而实现了定量化测试;可以将数据以Excel文档方式保存便于事后分析;能够建立基于计算机网络的测试系统,方便地组织多人同时进行实验;具有界面友好、操作简单等优点。

　　2　硬件原理

　　2.1　硬件组成

　　在实际测试中,如果待测的是电信号,则可以将其调理到合适大小,再直接用数据采集卡采集信号输入到计算机,然后利用软件进行数据处理得出测试结果;如果待测的是非电信号,则必须利用传感器及信号调理装置将非电信号转化成大小适当的电信号再作数据采集及处理。文中的虚拟角速度角加速度测试仪硬件组成如图1所示。JC-83型角速度角加速度仪自带有曲柄摇杆机构,可以通过调压调节转速和转向。仪器配套的传感器是陀螺仪,能将角速度信号转化为电信号。仪器上还带有RC微分电路,能将角速度电信号转换为角加速度电信号,也可以不接RC微分电路,而利用LabVIEW软件中具有微分功能的子VI转化得到角加速度信号。

　　2.2　传感器原理

　　使用的传感器是XJ-2角速度陀螺仪,陀螺转子所需电源为400 V、500 Hz交流电,信号输出部分所需电压为±6 V直流电,测量角速度范围为±120 (°)/s.工作原理如图2所示。各矢量方向均按右手螺旋法则确定。转子转动的动量矩为

　　式中:J为转子的转动惯量;ω为转子的角速度。陀螺仪安装在被测构件的旋转平面内,当构件作平面运动时,其转动角速度等于陀螺仪的进动角速度.根据理论力学中的陀螺效应,当高速转动转子的对称轴在空间被迫改变方向(即陀螺轴进动)时,必产生一附加力偶矩(陀螺力矩)作用于迫使其改变方向的物体上。由赖柴尔定理可知:

　　由式(4)可知构件转动角速度与内环偏转角β成正比,通过滑动电阻将β的变化转变成电阻的变化,即可测得电压的变化,即构件角速度的变化。

　　3　软件原理

　　3.1　软件流程

　　测试仪的流程图如图3所示。程序启动后,先要选择测试角速度或角加速度。在零输入信号时,数据采集卡采样的数据值有一定偏移,故必须在软件中设置预采样数据调零功能。采样得到的信号数据乘以角速度或角加速度的量化系数得到量化值。软件除了显示测试值波形外,还以数字显示方式给出瞬时值、平均值、幅值。测试数据还可以Excel格式保存在硬盘,并能随时调用作二次分析。