基于FPGA的等精度转矩转速测试仪.pdf

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1、基于FPGA的等精度转矩转速测试仪梁龙学，等基于FPGA的等精度转矩转速测试仪FPGA—basedRotaryTorqueandSpeedTesterwithEqualPrecision磐庀学杜采支(兰州交通大学电子与信息工程学院，甘肃兰州730070)摘要：为提高测量结果的置信度，设计了一种基于FPGA的等精度转矩转速测试仪。测试仪采用等精度测量法，使转矩、转速信号的测试精度得到提高，且在整个测试范同内恒定不变；采用即插即用接口的结构设计，使主测试机箱可接任意型号转矩转速传感器，通用性强。用户可通过设置闸门时问调节测试精度，被测信号和标

2、准信号若无法同步则改用直接测量法。研究结果表明，该测试仪测试精度满足要求。关键词：转矩转速等精度FPGA传感器测试仪通用性中图分类号：TP216+．1文献标志码：AAbstract：Inordertoobtainpreciseandbelievablemeasurementresults，theFPGA-basedrotarytorqueandspeedtesterwithequalprecisionhasbeendesigned．Byusingequalprecisionmeasurementmethod，thetesterenhanc

3、esthemeasurementaccuracyforrotarytoteandspeed，andmakesthemconstantlywithinentiretestrange．Withplug—and-playinterface．themaintestboxcanbeconnectedtoanytypesoftorqueandspeedsensors，thusitisversatile．Throughsettinggatetime，u8e鸺canadjustthemeasurementaccuracy．Ifthemeasuredsig

4、nalands咖daIdsignalcannotbesynchronized，thetesterswitchesintodirectmeasurementmode．Theresultofpracticeshowsthattheaccuracyofthetestersatisfiestherequirement．Keywords：RotarytoteRotaryspeedEqualprecisionFPGASensorTesterVersatility0引言传统转矩转速测试仪对被测信号一般沿用“高频用测频法、低频用测周法”。这种做法对提高测

5、莓精度无疑是十分有效的，但却存在测量精度的离散性问题⋯，且在整个测试范围内测试精度差异很大，降低了测量结果的置信度；测试适用范围小，一种仪器只能接一种型号的传感器，缺乏通用性；需用测频法及测周法分段测试，给用户的操作和使用带来极大不便；虽有在线测试方案嵋1，但误差太大。为此，本文提出一种等精度的、通用性强的转矩、转速测试方案。l测试仪组成及测量原理转矩转速测试仪由转矩转速传感器(如JN338)、光电隔离、电子开关、FPGA、单片机、键盘和显示等部分组成。JN338负责信号采集，它能将旋转动力系统或机电一体化设备的转矩、转速等被测信号转化为

6、标准的11lL数字信号。FPGA负责对上述数字信号的频甘肃省科技支撑计划基金责助项目(嫡号：097GKCA052)。修改稿收到日期：201I—04—29。第一作者粱龙学(1965一)，男，1984年毕业于天津大学电子工程拳．获学士学位，割教授；主要从事电子仪嚣及测量技术、微电子技术厦应用方面的研究。率进行精确测量，并送至单片机进行处理并显示。单片机通过控制电子开关选取测试对象，同时还控制FPGA的采样速率和测量方式等。转矩转速测试仪整体结构如图l所示。糕黼删卅卧瞎麓峨漓葜厂I⋯H莸幅图1转矩转速测试仪结构图Fig．1Stmctureoft

7、orqueandsp比dtester1．1转矩转速测量原理根据输出信号不同。转矩转速传感器可分为正弦波输出型和数字输出型两大类。如JN338为数字输出型。其输出信号可直接进行测试；它拥有20多种型号，且其总的转矩测量范围为l～5000N·m，转速测量范围为lO一60000r／min。JN338测量原理简述如下¨】。转速测量公式为：n=60f／Z(1)式中：n为转速，r／min；，为实测转速输出信号的频率值，kHz；z为传感器测速齿数。在有效的量程范围内，传感器转矩输出信号频率与对应转矩值基本上呈线性关系。转矩输出信号频率76PROCESS

8、AUTOMATIONINSTRUMENTATIONVoL33No．2February2012基于FPGA的等精度转矩转速测试仪梁龙学，等在零点时,fo=10kHz；正向旋转满量程时以=15kH