無(wú)線測(cè)試技術(shù)在汽車(chē)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(zhuān)科學(xué)校 汽車(chē)工程系，河北 承德 067000;2.承德石油高等專(zhuān)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(lái)越復(fù)雜，相應(yīng)的測(cè)試系統(tǒng)需要的線纜越來(lái)越多，造成測(cè)試前期布線等準(zhǔn)備工作需要的時(shí)間越來(lái)越多，需要的人力也越來(lái)越多，嚴(yán)重地影響了測(cè)試效率的提升。與此同時(shí)計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代傳感器技術(shù)和無(wú)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(cè)試成為可能，正是在這樣的條件下，無(wú)線測(cè)試技術(shù)在汽車(chē)起重機(jī)上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

1 無(wú)線測(cè)試的原理及優(yōu)點(diǎn)

1.1 無(wú)線測(cè)試技術(shù)的結(jié)構(gòu)原理

無(wú)線測(cè)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(diǎn)模塊子系統(tǒng)組成。整個(gè)系統(tǒng)采用一臺(tái)便攜式計(jì)算機(jī)并駐入專(zhuān)用程序作為控制中心，完成對(duì)所有數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)的指令下發(fā)和節(jié)點(diǎn)上發(fā)數(shù)據(jù)的處理。數(shù)據(jù)傳輸模塊完成無(wú)線信道設(shè)備控制的無(wú)線信號(hào)的收發(fā)控制，并可以對(duì)信號(hào)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(diǎn)可以有多個(gè)，數(shù)量由控制中心配置，每個(gè)節(jié)點(diǎn)上設(shè)置多個(gè)傳感器數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)[1，2］。

1.2 無(wú)線測(cè)試技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

無(wú)線測(cè)試技術(shù)在汽車(chē)起重機(jī)測(cè)試中有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):

1)提高測(cè)試的工作效率

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

2)提高檢測(cè)設(shè)備的適應(yīng)性

在傳統(tǒng)的采用有線測(cè)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(chǎng)影響有線電纜信號(hào)的傳輸;雨天影響有線電纜的布線工作。而無(wú)線測(cè)試系統(tǒng)取消了冗長(zhǎng)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(cè)試工作帶來(lái)了活力。

3)節(jié)約測(cè)試成本

在傳統(tǒng)的采用有線電纜連接傳感器和測(cè)試儀器進(jìn)行測(cè)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(jià)格昂貴，部分傳感器的測(cè)試線纜成本更高，在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中不可避免的會(huì)對(duì)線纜產(chǎn)生損壞，這樣不僅維修成本高，而且還影響測(cè)試工作的進(jìn)行。因此采用無(wú)線測(cè)試系統(tǒng)代替有線電纜，可以達(dá)到節(jié)約測(cè)試成本的目的。

4)提高測(cè)試精度

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

2 應(yīng)用領(lǐng)域

無(wú)線測(cè)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(cè)試應(yīng)變、速度、振動(dòng)、溫度、壓力等各類(lèi)信號(hào)?，F(xiàn)在汽車(chē)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(cè)試

使用測(cè)試設(shè)備主要是無(wú)線靜應(yīng)變采集儀，其傳輸距離可達(dá)200 m，可以自動(dòng)采集，也可手動(dòng)單點(diǎn)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(guò)放大、濾波及轉(zhuǎn)換將采集的信號(hào)通過(guò)WiFi模塊發(fā)送到無(wú)線接收器上，完成信號(hào)采集工作[3，4］。該模塊在起重機(jī)主臂副臂長(zhǎng)距離應(yīng)變測(cè)試、轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部件測(cè)試及支腿測(cè)試都可以方便實(shí)現(xiàn)，避免了繁長(zhǎng)的測(cè)試線纜，提高了測(cè)試效率和精度。

2.2 振動(dòng)、拉力、壓力等測(cè)試

采用動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試分析采集儀，可用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)采集記錄也可脫機(jī)使用，適用于車(chē)載等運(yùn)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)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(jí)的測(cè)量設(shè)備，可在強(qiáng)烈振動(dòng)、寬溫、潮濕等常規(guī)測(cè)量設(shè)備無(wú)法工作的特殊環(huán)境下完成長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試和監(jiān)測(cè)工作，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)振動(dòng)、拉力和壓力等各類(lèi)信號(hào)的測(cè)試工作[5］，其原理是傳感器將測(cè)得的振動(dòng)加速度、壓力、拉力等動(dòng)態(tài)信號(hào)傳遞給動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試分析采集儀模塊，然后該模塊通過(guò)Wi-Fi將信號(hào)發(fā)送到計(jì)算機(jī)，完成信號(hào)采集[6，7］。

3 應(yīng)用實(shí)例

以下以某型號(hào)汽車(chē)起重機(jī)卷?yè)P(yáng)液壓起升系統(tǒng)的測(cè)試為例進(jìn)行說(shuō)明。

3.1 測(cè)試目的和內(nèi)容

測(cè)試目的:通過(guò)對(duì)某型號(hào)汽車(chē)起重機(jī)卷?yè)P(yáng)液壓起升系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，為該系統(tǒng)的進(jìn)一步研究得到對(duì)應(yīng)的測(cè)試數(shù)據(jù)。

測(cè)試內(nèi)容:記錄不同吊重負(fù)載工況下，卷?yè)P(yáng)馬達(dá)進(jìn)出油口及馬達(dá)先導(dǎo)控制油口的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)壓力曲線。

3.2 測(cè)試設(shè)備

本文采用的測(cè)試設(shè)備是一套基于虛擬儀器的無(wú)線測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)起重機(jī)的卷?yè)P(yáng)起升系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程測(cè)試，其工作原理是應(yīng)用NI公司的labview軟件，基于無(wú)線網(wǎng)橋和DataSocket技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集，再把采集到的汽車(chē)起重機(jī)卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的以無(wú)線傳輸方式傳輸?shù)缴衔粰C(jī)筆記本電腦里，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示、儲(chǔ)存及分析等操作。測(cè)試系統(tǒng)利用主機(jī)自帶的3個(gè)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(wú)線路由器、一部筆記本電腦。系統(tǒng)將傳感器采到的各測(cè)點(diǎn)壓力值通過(guò)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(lèi)操作。圖2為無(wú)線測(cè)試系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)原理圖。

3.3 測(cè)試方案

1)測(cè)點(diǎn)布置

該汽車(chē)起重機(jī)有主副兩個(gè)卷?yè)P(yáng)，系統(tǒng)一致，因此測(cè)試中以主卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)為主。該型號(hào)汽車(chē)起重機(jī)為負(fù)載敏感液壓系統(tǒng)，對(duì)于主卷?yè)P(yáng)起升系統(tǒng)(如圖3)，測(cè)點(diǎn)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(cè)點(diǎn)布置如圖4所示。

2)測(cè)試方案

根據(jù)測(cè)試目的，制定測(cè)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(dòng)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(gè)動(dòng)作，并記錄數(shù)據(jù)。

3.4 測(cè)試數(shù)據(jù)

由于測(cè)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(cè)點(diǎn)的測(cè)試曲線。

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

4 結(jié)論與展望

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、通信技術(shù)的快速發(fā)展，無(wú)線測(cè)試技術(shù)將更好地服務(wù)于汽車(chē)起重機(jī)的測(cè)試工作中，解決現(xiàn)有起重機(jī)測(cè)試過(guò)程中的布線等方面的困難，對(duì)于提高測(cè)試效率，降低測(cè)試成本都有十分重要的意義。同時(shí)該技術(shù)對(duì)于其它相關(guān)工程領(lǐng)域的測(cè)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(wú)線測(cè)控系統(tǒng)的研究[J］.承德石油高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào)，2014(5):33－35.

[2]李忠龍.基于現(xiàn)有傳感器的橋梁無(wú)線檢測(cè)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(wú)線測(cè)試系統(tǒng)及應(yīng)用[J］.哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，40(12):1992－1993.

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

[5]沈觀林.應(yīng)變電測(cè)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(guó)，何正嘉，訾艷陽(yáng)，等.基于特征評(píng)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(bào)，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(wú)線測(cè)試系統(tǒng)的試驗(yàn)[J］.同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，35(10):1323－1324.