無線測試技術(shù)在汽車起重機(jī)上的應(yīng)用

李少杰，梅彥利，張全逾，柯鳳琴，田 野

(1.承德石油高等專科學(xué)校 汽車工程系，河北 承德 067000;2.承德石油高等專科學(xué)校工業(yè)中心，河北 承德 067000)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，起重機(jī)械的系統(tǒng)越來越復(fù)雜，相應(yīng)的測試系統(tǒng)需要的線纜越來越多，造成測試前期布線等準(zhǔn)備工作需要的時間越來越多，需要的人力也越來越多，嚴(yán)重地影響了測試效率的提升。與此同時計算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代傳感器技術(shù)和無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，使得這些高科技成果應(yīng)用于起重機(jī)測試成為可能，正是在這樣的條件下，無線測試技術(shù)在汽車起重機(jī)上的應(yīng)用越來越廣泛。

1 無線測試的原理及優(yōu)點

1.1 無線測試技術(shù)的結(jié)構(gòu)原理

無線測試系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，它由控制中心子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸模塊子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集節(jié)點模塊子系統(tǒng)組成。整個系統(tǒng)采用一臺便攜式計算機(jī)并駐入專用程序作為控制中心，完成對所有數(shù)據(jù)采集節(jié)點的指令下發(fā)和節(jié)點上發(fā)數(shù)據(jù)的處理。數(shù)據(jù)傳輸模塊完成無線信道設(shè)備控制的無線信號的收發(fā)控制，并可以對信號進(jìn)行必要的轉(zhuǎn)換和預(yù)處理。遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)采集節(jié)點可以有多個，數(shù)量由控制中心配置，每個節(jié)點上設(shè)置多個傳感器數(shù)據(jù)采集節(jié)點[1，2］。

1.2 無線測試技術(shù)的優(yōu)點

無線測試技術(shù)在汽車起重機(jī)測試中有以下幾點優(yōu)點:

1)提高測試的工作效率

現(xiàn)有的起重機(jī)測試工作大多數(shù)采用傳感器、有線電纜加測試儀器的方法。在檢測過程中一般先是布置傳感器測點，接著將測試有線電纜連接到傳感器和測試儀器，中間可能加延長線，然后調(diào)試信號并進(jìn)行測試，測試完成后對測試線纜進(jìn)行拆卸。如若測試信號較多，布線及拆線的工作量將變得十分龐大，對于損壞的線纜還需要定期檢修，整個過程需要消耗大量的人力和時間。無線測試設(shè)備系統(tǒng)采用無線通信技術(shù)代替有線電纜，不僅給測試工作帶來了很大的方便，縮短了測試時間，還提高了測試系統(tǒng)的方便性、機(jī)動性和靈活性，提高測試工作效率。

2)提高檢測設(shè)備的適應(yīng)性

在傳統(tǒng)的采用有線測試技術(shù)的工作中，有線電纜受環(huán)境的影響較大，如溫度影響有線電纜的電阻和電容;磁場影響有線電纜信號的傳輸;雨天影響有線電纜的布線工作。而無線測試系統(tǒng)取消了冗長的有線電纜，提高了系統(tǒng)的適應(yīng)性，基本不受環(huán)境天氣的影響，給測試工作帶來了活力。

3)節(jié)約測試成本

在傳統(tǒng)的采用有線電纜連接傳感器和測試儀器進(jìn)行測試工作需要使用大量的線纜，有些線纜要求屏蔽或光纖材料制作，價格昂貴，部分傳感器的測試線纜成本更高，在長期的使用過程中不可避免的會對線纜產(chǎn)生損壞，這樣不僅維修成本高，而且還影響測試工作的進(jìn)行。因此采用無線測試系統(tǒng)代替有線電纜，可以達(dá)到節(jié)約測試成本的目的。

4)提高測試精度

在有線線纜連接傳感器的測試中，有線線纜的電阻和電容對測試的靈敏度會產(chǎn)生影響，尤其是測試線纜比較長的情況下。無線測試技術(shù)取消了冗長的有線電纜，測試橋路中不存在長線電纜的電阻和電容的影響，從而提高的測試結(jié)果的精度。

2 應(yīng)用領(lǐng)域

無線測試技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用領(lǐng)域比較廣闊，主要采集測試應(yīng)變、速度、振動、溫度、壓力等各類信號。現(xiàn)在汽車起重機(jī)中已經(jīng)廣泛投入的應(yīng)用的領(lǐng)域主要有以下方面:

2.1 應(yīng)變測試

使用測試設(shè)備主要是無線靜應(yīng)變采集儀，其傳輸距離可達(dá)200 m，可以自動采集，也可手動單點采集，采用ZigBee通訊模式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。其工作原理是應(yīng)變片將構(gòu)件的變形轉(zhuǎn)換為電阻的變化，引起應(yīng)變采集儀平衡橋路中電阻兩端電壓的變化，在經(jīng)過放大、濾波及轉(zhuǎn)換將采集的信號通過WiFi模塊發(fā)送到無線接收器上，完成信號采集工作[3，4］。該模塊在起重機(jī)主臂副臂長距離應(yīng)變測試、轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)運動部件測試及支腿測試都可以方便實現(xiàn)，避免了繁長的測試線纜，提高了測試效率和精度。

2.2 振動、拉力、壓力等測試

采用動態(tài)信號測試分析采集儀，可用計算機(jī)實時采集記錄也可脫機(jī)使用，適用于車載等運動現(xiàn)場及各種惡劣環(huán)境的數(shù)據(jù)采集，具備相應(yīng)防護(hù)等級的測量設(shè)備，可在強烈振動、寬溫、潮濕等常規(guī)測量設(shè)備無法工作的特殊環(huán)境下完成長時間測試和監(jiān)測工作，可以實現(xiàn)對振動、拉力和壓力等各類信號的測試工作[5］，其原理是傳感器將測得的振動加速度、壓力、拉力等動態(tài)信號傳遞給動態(tài)信號測試分析采集儀模塊，然后該模塊通過Wi-Fi將信號發(fā)送到計算機(jī)，完成信號采集[6，7］。

3 應(yīng)用實例

以下以某型號汽車起重機(jī)卷揚液壓起升系統(tǒng)的測試為例進(jìn)行說明。

3.1 測試目的和內(nèi)容

測試目的:通過對某型號汽車起重機(jī)卷揚液壓起升系統(tǒng)進(jìn)行測試，為該系統(tǒng)的進(jìn)一步研究得到對應(yīng)的測試數(shù)據(jù)。

測試內(nèi)容:記錄不同吊重負(fù)載工況下，卷揚馬達(dá)進(jìn)出油口及馬達(dá)先導(dǎo)控制油口的實時動態(tài)壓力曲線。

3.2 測試設(shè)備

本文采用的測試設(shè)備是一套基于虛擬儀器的無線測試系統(tǒng)，對起重機(jī)的卷揚起升系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程測試，其工作原理是應(yīng)用NI公司的labview軟件，基于無線網(wǎng)橋和DataSocket技術(shù)實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)的采集，再把采集到的汽車起重機(jī)卷揚系統(tǒng)的數(shù)據(jù)實時的以無線傳輸方式傳輸?shù)缴衔粰C(jī)筆記本電腦里，從而可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的實時顯示、儲存及分析等操作。測試系統(tǒng)利用主機(jī)自帶的3個0～40 MPa量程的壓力傳感器和工業(yè)用控制器，除此硬件還包含CAN轉(zhuǎn)TCP設(shè)備、無線路由器、一部筆記本電腦。系統(tǒng)將傳感器采到的各測點壓力值通過CAN總線傳輸?shù)娇刂破骶彺妫刂破髟賹⒉杉降臄?shù)據(jù)發(fā)送到以太設(shè)備，上位機(jī)(筆記本電腦)從數(shù)據(jù)地址里面讀取到數(shù)據(jù)后再進(jìn)行處理分析等各類操作。圖2為無線測試系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)原理圖。

3.3 測試方案

1)測點布置

該汽車起重機(jī)有主副兩個卷揚，系統(tǒng)一致，因此測試中以主卷揚系統(tǒng)為主。該型號汽車起重機(jī)為負(fù)載敏感液壓系統(tǒng)，對于主卷揚起升系統(tǒng)(如圖3)，測點主要為馬達(dá)進(jìn)油口壓力M、馬達(dá)變量控制口M1以及平衡閥控制口X，測點布置如圖4所示。

2)測試方案

根據(jù)測試目的，制定測試方案。方案如下:在負(fù)載分別為160 t和110 t情況下，使發(fā)動機(jī)分別以1 000 rpm、1 500 rpm、2 100 rpm的轉(zhuǎn)速進(jìn)行平地起升、空中起升、負(fù)載下降三個動作，并記錄數(shù)據(jù)。

3.4 測試數(shù)據(jù)

由于測試數(shù)據(jù)較多，本文只列出幾組典型數(shù)據(jù)，其它數(shù)據(jù)不再列出。圖5為不同工況下各測點的測試曲線。

在相同工況下，對無線測試采集的數(shù)據(jù)與采用傳統(tǒng)有線測試方法測出的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，數(shù)據(jù)趨勢高度一致，但由于采用無線通訊的頻率不同，無線測試測出的數(shù)據(jù)在曲線表現(xiàn)上要相對平滑一些。

4 結(jié)論與展望

隨著計算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、通信技術(shù)的快速發(fā)展，無線測試技術(shù)將更好地服務(wù)于汽車起重機(jī)的測試工作中，解決現(xiàn)有起重機(jī)測試過程中的布線等方面的困難，對于提高測試效率，降低測試成本都有十分重要的意義。同時該技術(shù)對于其它相關(guān)工程領(lǐng)域的測試工作也具有積極的借鑒意義，應(yīng)用前景十分廣闊。

[1]陳奇栓，路澤永，劉廷麗，等.基于NRF905溫室無線測控系統(tǒng)的研究[J］.承德石油高等專科學(xué)校學(xué)報，2014(5):33－35.

[2]李忠龍.基于現(xiàn)有傳感器的橋梁無線檢測技術(shù)的研究[D］.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2008.

[3]李忠龍，黃僑，沙學(xué)軍，等.基于振弦式傳感器的橋梁無線測試系統(tǒng)及應(yīng)用[J］.哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2008，40(12):1992－1993.

[4]王建剛，王福豹，段渭軍.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式節(jié)點定位算法研究[J］.計算機(jī)應(yīng)用，2005，25(11):2468－2469.

[5]沈觀林.應(yīng)變電測與傳感技術(shù)在各種工程和領(lǐng)域中的應(yīng)用[J］.傳感器世界，1996(9):31－32.

[6]雷亞國，何正嘉，訾艷陽，等.基于特征評估和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的機(jī)械故障診斷模型[J］.西安交通大學(xué)學(xué)報，2006，40(6):558－562.

[7]黃僑，李忠龍，沙學(xué)軍，等.基于應(yīng)變式傳感器的橋梁無線測試系統(tǒng)的試驗[J］.同濟(jì)大學(xué)學(xué)報，2007，35(10):1323－1324.