汽车速度表检测

汽车速度表检测（精选7篇）

篇1：汽车速度表检测

燕 山 大 学 EDA课程设计报告书

题目： 汽车速度表 姓名： 班级：

学号：

成绩：

一、设计题目及要求 1.设计题目：汽车速度表 2.设计要求：

（1）能显示汽车速度，单位Km/h，最高时速小于360Km/h；（2）车轮每转一圈，有一传感脉冲，每个脉冲代表1m的距离（用适当频率的时钟信号代替即可）；（3）采样周期设为10秒；

（4）用5位数码管显示速度，要显示到小数点后边两位。

二、设计过程及内容

汽车速度表的设计与构建主要包括四个方面，所以它的电路图总体分为四个部分：单位转换电路，10秒周期采样电路，计数电路，扫描显示电路。首先应设计一个单位转换电路，实现m/s转化为km/h的电路，同时实现题目要求显示到小数点后面两位的功能。其次，设计一个10秒定时电路，实现采样周期为10秒。然后设计一个计数电路，记录转换电路中输出的脉冲，即速度。最后设计一个扫描电路，驱动数码管显示速度。1.单位转换电路：

单位转换电路的作用是实现m/s到km/h的转换。题目指出车轮每转一圈，有一传感脉冲，每个脉冲代表1m，则可用n Hz的脉冲代表车轮每秒转过n圈，即汽车速度为n m/s。由转换2 关系知1 m/s=3.6km/h,即0.01×360km/h。脉冲数量上体现为输入输出脉冲数目之比为1:360。计数电路通过计量10s内通过的脉冲数来确定汽车的速度。汽车的速度为计数器输出的脉冲数需要除以10，为了让显示器上直接显示汽车的速度可以使输入输出的脉冲数之比1:36。先用两个74160接成36进制的计数器，再在此基础上实现单位转换功能。

单位转换电路原理图如下：

仿真波形图如下：

2.十秒采样电路：

用三个74160并行进位方式连接成366进制计数器，其中3 clk输入为366HZ的频率，实现输出为1HZ的脉冲。366进制计数器后接一个74161做成的11进制计数器，得到周期为11s的脉冲，其中低电平时长为10s,实现采样周期为十秒，构成十秒定时器。D触发器的功能为消除竞争冒险，用来减小输入端的输入信号受干扰的程度。

十秒周期采样电路原理图如下：

仿真波形图如下： 3.计数电路：

电路原理图由五个74160计数器组成，其中根据速度的要求把最后一个计数器接成一个三进制的,第二个计数器接成六进制。五个计数器的输出端分别用D触发器接成储蓄电路储存输出信号，储存输出用十秒定时器控制。十秒定时器前10秒输出为低电平，D触发器不工作，五个74160记入输入的脉冲数。当第10秒时，上升沿触发，D触发器记录此时的速度，10秒后定时器输出为高电平，D触发器将此时的速度传给扫描电路，同时五个74160计数器清零。遇到10s周期采样电路下一个周期的上升沿时D触发器更新数据。

计数电路原理图如下：

仿真波形图如下：

4.扫描显示电路：

扫描显示电路由4个8选1的数据选择器和一个7449数码管显示器组成，选择器控制信号由一个5进制计数器输出，选择器的输入信号为计数器的输出信号。因为8个数码管从左到右其地址码的十进制表示为32107654，而题目要求显示五位数，此处选用07654。因此设计一个电路，使地址控制输入端S2、S1、S0正好使速度的百位到百分位及小数点按照顺序显示。题目要求显示两位小数，用一译码门输出dp端控制小数点，dp高电平有效，使地址码为6处的dp 端始终为高电平。

扫描显示电路原理图如下：

仿真波形图如下：

5.总电路图如下：7

仿真波形图如下：

三、设计结论及感想

我们通过电路实现了汽车速度的显示，以一个适当频率的时钟信号模拟汽车车轮的的转速，通过单位转换电路，实现汽车速度以Km/h表示，最高时速小于360Km/h，并采取十秒采样，能够不断更新速度，我们使用5位数码管显示速度，并显示到小数点后边两位。

拿到这道题之后，我们都认为这道题很容易，我们查了一些资料后就开始做了，在我们快完成时，重新阅读题目，对比后发现我们的思路出现了问题，我们得重新设计，我们都瞬间觉得无从下手，通过查找资料、互相讨论，并向老师请教，重8 新确定模块。在这个过程中，我们遇到的最大困难是单位转换电路，我们一开始设计的是三十六分频电路，后来在老师的提醒下，我们发现分频不能解决问题，在苦思无果的情况下向老师请教，经过了老师的耐心指导和传教讲解，我们明白了许多，又有了新思路，我们重新设计，采用一种类倍频的方案，在输入一个汽车脉冲的同时，可以输出三十六个脉冲，实现了单位转换，解决了设计过程中最大的难题。在设计过程中有几次感觉快要成功了，就会发现新的问题，于是又开始新的探索，在思路局限，问题无法解决时，老师的一句点拨都会给设计带来新的灵感。由于与元件、连线较多，设计过程中一定要认真仔细。有时候，仿真波形图根本就不是我们所预想的，所以又要回过头来，重新修改电路图。还有就是在把各个模块组合时也会出现问题。

EDA课设很重要，我们希望以后可以更多的机会来实验室设计一些东西和接受老师的指导，在课设过程中，老师的指导必不可少。同时，我们感觉课设的时间有点短，如果时间多点的话，我们可以学到更多的知识。

最后我们很感谢这次课程设计带给我们的所有，感谢专业老师给我们的悉心指导，感谢能有这次机会能让我们的思考能力，创新能力还有动手能力得到锻炼，巩固已学知识。我们今9 后一定还会在其他课程设计中继续努力！

篇2：汽车速度表检测

1.一工位显示屏显示“请进线检测”，车辆沿引车线慢速驶上速度试验台，将驱动轮停在两测试滚筒中间，尽可能使车轴与滚筒保持平行。

2.车辆停到位后，显示屏显示“OK，到位”,举升器下降。3.将三角挡块抵住汽车非驱动车轮。

4.显示屏显示“开车加速”，引车员将车速平稳地加至40km/h，按下申报按钮。

5.显示屏显示“停车”，引车员松开油门踏板。

6.举升器升起后，显示屏显示“前进”，引车员方可使车辆驶离车速表试验台。

注意事项：

1.速度表检验台使用前应清除车速台、盖板及滚筒上的油、水、泥沙等杂物。

2.检查滚筒是否运转自如、举升机构工作是否正常。3接通电器仪表电源，预热10分钟以上。

4被检汽车轮胎上的油、水、泥、砂和胎面花纹槽内的小石子应清除干净，轮胎气压要符合规定。

5被检汽车的轴荷不应超过检验台的允许载荷。7.汽车在车速台上检测时，绝对禁止举升板升起。

8.当被检车辆为前轮驱动时，引车员一定要在低速情况下操纵方向盘准确地保持汽车处于直驶状态，然后再加速到检测车速。切忌汽车一上试验台就迅速加速。

9.进行连续、高速检验时，应保证轮胎气压在标准范围内。10.测试时不要长时间高速进行检测，以延长车速台使用寿命。11.被检汽车的前方严禁站人或通行。

12.测试中，绝对不能将举升器升起，避免汽车从车速台上冲出，造成重大事故。

13.测试结束后，应切断总电源和气路。按正确的关机顺序关闭计算机。

篇3：汽车速度表检测

汽车自动变速器是当代汽车重要的部件之一。自动变速器检测实验台是变速器制造厂家与变速器维修厂家用于测试自动变速器综合性能指标的重要工具[1]。同时作为汽车自动变速器职业教育与培训的主要工具, 要求实验台具有教学内容突出、测试自动化程度高、项目多、实时性强且安全可靠的特点[2]。

自动变速器的各种故障中, “换档时汽车振动”是常见故障之一。造成汽车振动的原因主要有两类: (1) 外部原因, 主要是来自变速器装配误差; (2) 内部原因, 主要是换档不平顺, 存在冲击, 导致换档时汽车冲击振动。对变速器输出轴角加速度进行检测是故障判断的一个重要依据, 如果换档过程比较比较平顺, 加速度比较小, 则可排除换档存在冲击的可能, 如果换档时变速器角加速度比较大, 伴随汽车振动, 则可初步判断换档工况存在异常, 需要对自动变速器电磁阀、油路等进行进一步检查[3,4,5]。

本研究将介绍自动变速器输出轴加速度检测通道结构、底层硬件设计、Lab VIEW软件设计以及实验数据分析。

1 自动变速器输出轴加速度检测通道的结构

当前存在着两种角加速度测量技术:通过特殊敏感元件 (角加速度计) 的直接测量和间接测量, 间接测量主要是通过使用一些微分电路或一个计算算法来对速度进行微分[6]。本研究采用间接法设计检测通道, 其结构如图1所示。检测通道在输出轴上安装了一个圆盘, 边沿均匀地打上了80个小孔, 电磁式转速传感器中心正对着小孔的圆心来安装。圆盘旋转一周, 将会在电磁式转速传感器上感应出80个周期的正、负交替波形, 周期与转速成反比, 幅值随着转速的增加而增大。通过检测传感器输出波形的频率可以计算出角速度, 通过分析角速度的变化可以计算出输出轴的角加速度。

转速信号处理电路在对转速信号作滤波、放大、标准化处理后, 产生频率与转速信号一致、电压为0 V或者4.5 V的脉冲。该脉冲被送至数据采集卡PCI8360V的计数通道, Lab VIEW通过读取PCI8360V的计数器获知单位时间内的新增脉冲数量, 本研究由此计算出转速信号的频率, 进而计算加速度。

2 转速信号的处理

转速信号处理电路如图2所示。转速传感器的信号经过滤波后送入U1A跟随电路, U1A的1端输出幅值为0.3 V~1.2 V的脉冲波形, U1B为过零比较器, 在7号角输出-10 V或者+10 V的电压, 这个电压经过三极管电路后转换为4.5 V与0 V的电压送往数据采集卡。

3 角加速度计算方法

3.1 角速度的计算

角加速度的计算首先需要求取角速度, 系统以0.1 s的周期读取计数器的值, 设在tn时刻读取的计数器值为cn, 则tn时刻的角速度ϖn可以用下式计算出:

当然, 计数器的容量是有限的, 计数的过程肯定有溢出的现象, 系统需要作出判断并且作特别处理。

3.2 牛顿插值法描述

为降低系统的硬件成本, 检测系统一般采用软件处理方法[7]。通过一组测量数据求表达该组数据的近似表达式, 并通过该表达式求任意给定点的函数值。检测系统可采用不等点距的牛顿插值法, 其优点是运算次数少, 节点改变时使用方便[8,9]。

设函数ϖ=f (t) 在n+1个相异的点t0, t1, ⋯, tn上的函数值分别为ϖ0, ϖ1, ⋯, ϖn。

1阶均差:称ϖ0-ϖ1/ (t0-t1) 为f (t) 关于节点t0, t1的1阶均差, 记为f[t0, t1]。

2阶均差:1阶均差f[t0, t1], f[t1, t2]的均差, 即:f[t0, t1]-f[t1, t2]/ (t0-t2) 。

称为f (t) 关于节点t0, t1, t2的2阶均差, 记为f[t0, t1, t2]。

n阶均差:递归地用n-1阶均差来定义n阶均差, 即:

称为f (t) 关于n+1个节点t0, t1, ⋯, tn的n阶均差。牛顿插值公式描述为:

3.3 利用牛顿插值公式求角加速度

本研究需要求取时间t0处的角加速度α0, 即:

因此, 本研究需要对牛顿插值公式求取1阶导数[10,11], 推导如下:

n=1时:

n=2时:

n=3时:

由数学归纳法可以得到, n=n时:

3.4 算例

各阶均差的计算数据 (其中各阶均差已经由第1、2列数据计算得出) 如表1所示。

已知表1数据, 求取n=1, 2, 3时, 在时刻0.0 s处的角加速度:

n=1时, α0=f[t0, t1]=70.00;

n=2时, α0=f[t0, t1]+f[t0, t1, t2] (t0-t1) =95.00;

n=3时, α0=f[t0, t1]+f[t0, t1, t2] (t0-t1) +f[t0, t1, t2, t3] (t0-t1) (t0-t2) =121.67。

4 Lab VIEW的编程实现

按照前面的推导, 本研究编写了Lab VIEW程序, 如图3所示。简述如下:

(1) “角速度缓存”是前端软件用来存储角速度的一维数组[ϖ0, ω1, ⋯, ϖ210], 该数组有211个元素, 前后两个角速度采样的时间间隔为0.1 s, 因此, 数组时间跨度为2.1 s, 最近的角速度值为ϖ210, ϖ0为2.1 s前的角速度。

(2) “算加速度间隔”为用于计算角加速度均差的角速度的步长, “均差数组”的定义如表2所示, 第1列为“算加速度间隔”=5时选取的角速度。

(3) “均差数组”是一个5×5的二维数组, 用来存储角速度与各阶均差, 例如, 当“算加速度间隔”=5时, 其定义如表2所示。请注意, 这时t0, t1, t2, t3, t4, t5间的时间隔不再是0.1 s而是0.5 s。

(4) “计算出的各阶加速度”是一个1×4的一维数组, 定义如下:

5 实验数据分析

为了检验通道设计的有效性, 笔者做了3项实验:

实验一, 输入转速固定, 变速器在2、3、4挡键来回切换, 测量“算加速度间隔”分别为5、10、15、20时的“计算出的各阶加速度”的波形以及数据;

实验二, 变速器的挡位固定在4挡, 不断地改变输入转速, 测量“算加速度间隔”分别为5、10、15、20时的“计算出的各阶加速度”的波形以及数据;

实验三, 选取各组数据, 运用Matlab进行数值微分运算, 求取其角加速度, 与实验数据比对, 检验数据的准确性。

下面介绍数据的分析结果:

(1) “计算出的各阶加速度”阶数越高, 求出的加速度抖动越大。在实验二中, “算加速度间隔”=15的条件下输出的波形图如图4所示。图4 (a) 为角速度, 图4 (b) 、4 (c) 分别为2阶角加速度和4角阶加速度, 可以看出, 4阶角加速度的抖动明显增加。

(2) “算加速度间隔”越大, 计算出的加速度的滞后越大, 加速度的抖动会减小但是实时性与准确性降低。在实验二中, “算加速度间隔”分别为20和5下测得的波形如图5所示。图5 (a) 是“算加速度间隔”为20的角速度, 图5 (c) 为其对应的1阶角加速度曲线, 图5 (b) 是“算加速度间隔”为5的角速度, 图5 (d) 为其对应的1阶加速度曲线。通过对比可以发现, 间隔为5时算得的加速度和间隔为20时算得的加速度比较起来, 其滞后要小近4倍, 但抖动比较厉害。

(3) 各种情况的数据和Matlab比较如图6所示, 经比较发现使用牛顿插值法计算变速器输出角加速度比较合适的选择是选择“加速度间隔=5”, 并取其一阶加速度值。图6的数据的来自实验一, 变速器输入转速为1 075 r/min时, 调节变速器挡位在2、3、4挡间变化, 把这一过程中的角速度与一阶加速度数据保存下来。Matlab根据角速度的值用数值微分的方法求取导数, 得到角加速度, 将这些数据在图5中以曲线的形式输出。经过比较后可以发现:

①LabVIEW的计算值要略为滞后于Matlab的计算值, 原因是Lab VIEW计算时的步长是0.5 s, 而Matlab的步长为0.1 s;

②LabVIEW的计算结果和Matlab的计算结果基本吻合, 如果把Lab VIEW的曲线向前平移消除滞后, 会发现, 它和Matlab的曲线基本重合在一起。

③LabVIEW的数据消除了加速度的抖动。通过比较两条曲线可以看到, LabVIEW的曲线消除了Matlab曲线中抖动的部分。

6 结束语

本研究的创新点在于采用牛顿插值算法, 根据汽车自动变速器性能检测特点, 推导出输出轴角加速度数学模型, 以LabVIEW为开发软件, 实现了检测通道的设计。本研究综合了计算机控制、检测技术与汽车自动变速器技术等技术, 实现了汽车自动变速器检测机电一体化, 可对角加速度进行实时控制与检测, 提高了数据检测的精度和速度。

参考文献

[1]董铸荣, 贺萍.SZPT-ATTE-1型汽车自动变速器检测台的研制[J].实验室研究与探索, 2007, 26 (10) :24-26.

[2]郑尧军, 陈开考, 骆美富.自动变速器实验台测控系统的研究[J].机电工程, 2009, 26 (7) :19-22.

[3]董铸荣, 贺萍.汽车自动变速器综合性能台架试验项目设计[J].汽车技术, 2007 (7) :31-33.

[4]贺萍.汽车自动变速器综合性能检测台架试验项目的国内外现状与研究[J].实验室研究与探索, 2007, 26 (12) :24-26.

[5]陈晟闽, 王若平.自动变速器故障的动力流分析法[J].拖拉机与农用运输车, 2010, 37 (2) :97-99.

[6]孙丰甲, 彭军.角加速度测量[J].计测技术, 2007, 27 (2) :1-3.

[7]张振祥, 陈永清.基于线阵CCD的轴承外圆表面缺陷检测[J].轻工机械, 2010, 28 (4) :70-72.

[8]蔡艳平, 李艾华, 胡重庆, 等.平稳小波自适应去噪用于曲轴瞬时角加速度测量[J].振动、测试与诊断, 2010, 30 (3) :310-314.

[9]韩九强.现代测控技术与系统[M].北京:清华大学出版社, 2011.

[10]刘月凡, 谭振武, 刘月兰.牛顿插值在计算机上的实现[J].信息技术, 2002 (8) :63-64.

篇4：汽车速度表检测

【关键词】 “快” “慢” 速度义 语义

【中图分类号】 G642.0 【文献标识码】 A 【文章编号】 1992-7711（2014）08-041-01

现代汉语中，“快”和“慢”这两个词都是多义词。《现代汉语词典》中列举了“快”的义项有九项，其中最主要和最常用的义项是“速度高”。“慢”的义项列举了五项，排在首位的义项是“速度低”。本文拟从“快”和“慢”语义的历史演变过程中探寻其引申的路径，并找到其演变的规律。

一、“快”语义的历时演变考察

《说文解字》，“快，喜也。从心夬聲”，“快”的本义是“喜”。从“喜”的本义出发，又引申出了一系列与心情、性格有关的意义。

1. 表示“高兴，愉快”，这是“快”的本义。例如：

（1）文信侯去而不快。《战国策·秦策五》

2. 从“高兴、愉快”出发，进而引申为表示人心情的“畅快、舒畅、痛快”以及人性格的“爽快、爽利”。例如：

（2）今弃击瓮叩缻而就《郑》、《卫》，退弹筝而取《昭》、《虞》，若是者何也？快意当前，适观而已矣。《史记》

3. 又表示“称心，遂意”，例如：

（3）瑀有女始笄，妙选良偶，有心于延明。遂别设一席，谓弟子曰：“吾有一女，欲觅一快女婿，谁坐此席者，吾当婚焉。”《北史》

4. 从人的心情“舒畅”出发引申为身体的“舒适，舒服”，例如

（4）又有一士大夫不快，佗云：“君病深，录破腹取。然君寿亦不过十年，病不能杀君，忍病十岁，寿俱当尽，不足故自刳裂。”《三国志》

在上古时期，“快”只有本义及其直接引申义这一支的义项，还没有出现表示“速度快”的这一义项。这一时期的“快”的用法比较简单，一般是单用，表示心情的“高兴、愉快”，或者用“不”、“无”等副词来修饰，表示心里的不痛快，如：

（5）厥逆腹胀满，肠鸣，胸满不得息，取之下胸二胁，咳而动手者，与背输，以手按之，立快者是也。《黄帝内经》

在中古时期，“快”引申出“身体的舒适、舒畅”的意义，常用“不快”来表示身体的不舒适。

“快”的搭配范围进一步拓展，开始与表示某一类人的名词或名词短语进行搭配，如：

（6）今诏破羌将军武贤将兵六千一百人，敦煌太守快将二千人，长水校尉富昌、酒泉侯奉世将婼、月氏兵四千人，亡虑万二千人。《汉书·赵充国传》

后来，在《三国志》、《宋书》、《北史》中陆续出现了“快人”、“快士”、“快手”、“快吏”等词。这时候的“快”的用法已经发生了很大的变化，不再是使动的用法。在《汉语大字典》中这里的“快”被解释为“直爽、爽快”，但董志翘（2003）认为，这些词中的“快”是“佳”的意思。

随着这类词用例的增多，与“快”能组配的词产生了类推作用，开始与“牛”、“马”进行搭配。如：

（7）家既豪富，诸子与王敬则诸儿，并精车牛，丽服饰。当世快牛称陈世子青，王三郎乌，吕文显折角，江瞿昙白鼻。《晋书》

魏晋南北朝时期随着佛教的传入，口语开始进入书面语中，而“快”的“速度高”的义项也是从此时开始出现的，随着宋元话本、小说的进一步发展，口语化程度逐渐提高，“快”表速度义项的使用频率也随之提高。

二、“慢”的历时演变考察

“慢”，从曼得义。曼的本义是引申、散布。故包含曼的字多有此义。如“漫”，《玉篇·水部》“水漫漫平远貌”；《释名》，“幔，漫也。漫漫相连缀之言也”；“慢，漫也。漫漫心无所限忌也”。可见，从水的漫指的是水的漫衍散布，从巾的曼指的是连缀而张挂起来的帐幔；从心的慢是心的散漫，不严肃、不恭敬的态度。所以，“慢”的本义是傲慢，不敬。从这一本义出发，又引申出一系列与心意、态度相关的意义。

1.表示“傲慢，不严肃，轻视”，这是本义。例如：

（9）上慢下暴。盗思伐之矣。《周易》

2.表示“懈怠”，例如：

（10）政宽则民慢。慢则纠之以猛。《春秋左氏传·昭公》

3.表示“随便，不节制”，例如：

（11）乃往见范宣子而说也，曰：“闻善为国者，赏不过而刑不慢。《吕氏春秋·开春》

以上这些义项均是在本义基础上引申而来的，都是与人的性情、态度相关的意义。“慢”在上古的使用有两种情况，一是单独使用，表示“傲慢，怠慢”，如：

（12）大官大邑。所以庇身也。我远而慢之。

《春秋左氏传·襄公》

另一种是与其意义相近的词联合使用，且这些词多为贬义，如“侮”、“亵”、“暴”、“轻”、“怠”、“懈”等。可见，“慢”的本义是带贬义性质的词。如：

（13）然东闾子中不应外。侮慢世士。《孔丛子·陈士义第十四》

随着词语的复音化，这一用例在后来的发展中使用更多。

上古时期的文献中，“慢”字基本上用的都是其本义与直接引申义这一支的意义。表示“缓慢”的用法极其罕见，只有《诗经·郑风·大叔于田》中有“叔马慢忌。叔发罕忌”的用例，在这里“慢”有“缓慢”的意思。

到了宋朝以后，“慢”的“缓慢”义开始增多起来，但是与其本义及直接引申义一支的义项相比，仍然是居于次要地位。元代以后，“慢”的缓慢义得到了极大的发展，用例逐渐超过了本义，成为“慢”的常用义。在与“徐”、“缓”两个表速度缓慢义的词的竞争中，也开始逐渐占据了优势。

“徐”和“缓”在与“慢”的竞争中，逐渐退出了历史的舞台，不再单独使用来表示速度，同样是作为不自由语素组成复合词来表示相关的意义，如“徐徐”、“缓慢”、“缓急”、“缓行”等。

[ 参 考 文 献 ]

[1]蒋绍愚.《古汉语词汇纲要》.北京大学出版社，1989，12.

[2]王秀玲.《浅谈“慢”常用义之演变》.《语言研究》，2003，06，23，2.

篇5：机车双针速度表常见故障检修

机车双针速度表是装置在机车上的专用仪表, 用于指示机车运行速度和累计行走里程, 有利于机车在运行中确保安全准点, 具有结构牢固、防震性好、寿命长等优点, 在国内外各种机车/动车上得到广泛应用。机车双针速度表由上下机芯、里程计及外壳组成, 双针包括黄针和红针, 分别起到指示机车即时运行速度值和最大允许速度的作用。现以黄针为例, 主要从以下10个方面介绍机车使用中的故障及维修方法。

1 表针不动

通电检定时, 表针不动。这时应拆下连接线, 选用万用表欧姆档×10档, 用红黑表笔碰触表针正负极, 若表针不动作, 则表明游丝断裂或线圈烧毁, 方法是重新焊接游丝, 若还无反应, 则表明线圈烧毁, 这种情况是无法修复的;若表针动作, 排除是游丝和线圈的问题, 用万用表查找检定用的连接线是否存在断开或是接触不良。

2 表针卡针

卡针原因大致有以下5个方面: (1) 表头铁芯上下表面附有脏物, 阻挡线圈转动, 这种脏物有的是外部进入的 (如铁屑) , 有有的是内部的涂 (镀) 层起皮或金属氧化物所致。另外, 机车运行时振动掉落的螺丝吸附在铁芯表面, 也会影响指针运转。 (2) 表针变形, 碰触玻璃、刻度板或外壳, 需根据情况矫正指针。应仔细查看指针弯曲点, 一手用镊子夹住弯曲点偏根部一侧, 另一手用手指进行拨、压或用二指甲提拉。注意执镊子的手, 要用虚劲, 不使轴尖、轴承因受力过大而受损, 还要防止指针夹伤、折断。 (3) 铝制刻度板凸起变形, 可卸下面板将其压平, 如不可恢复原形, 需更换新的刻度板。 (4) 平衡杆在某个位置与支架等构件相摩擦。修理时, 让指针缓慢转动一周, 找到接触点, 通常情况下是由于平衡杆上的焊锡过高或过厚造成碰触, 这时要重新调节焊锡的高度和厚度, 并且确保指针在各个位置平衡。 (5) 轴尖与轴承座配合过松, 使转轴定位不准, 需适当旋转轴承螺钉。黄针有上下2个轴承, 由于上轴承位置可见易调, 应首先选择调节上轴承, 排除上轴承的问题以后, 若需调节下轴承, 由于其位置在下面, 在调节时, 一定要谨慎, 以防碰触轴承下游丝, 造成游丝混乱变形。

3 表针不平衡

表针不平衡可造成示值误差的非线性变化, 这时需要重新调节表针平衡。在实际调试中, 往往要经过几个反复才能使指针达到平衡。如果调试中判断失误, 便会出现越调越乱的现象。笔者根据多年在检修工作中积累的经验, 总结出一条“保零调横竖”的原则, 并绘制了调节平衡位置示意图及指针平衡操作表, 分别如图1和表1所示。这套方法的关键在于, 始终保持初始位置指针指示零点刻度线中心位置不动的原则, 转动表盘, 使指针处于与工作台水平面平行和垂直2个方向, 通过调整表针3个平衡杆焊锡量的方法, 调节表针3个方向的平衡。调节时谨记, 先调水平, 后调垂直, 每次调节后都要返回初始位置调零位。依据这套方法进行判断调节, 调试效率显著提高, 而且准确、可靠。

4 表针变位

轻敲表壳, 发现表针位置发生较大变动, 这种情况是由于轴尖与轴承座配合过松或过紧造成的, 这时要用小螺丝刀调节轴尖与轴承座间的距离, 这个动作要轻, 而且要有耐心有技巧地调节, 通常是调一下敲一下, 看看调节的方向是否正确, 一直调节到轻敲表壳, 指针不发生变动为止。

5 表针不回零

表针在通电情况下, 运行到满量程后返回, 断电后发现不回零, 这一般是由于轴尖与轴承座润滑不好造成的, 这时将轴承座与轴尖分离, 分别用汽油加以清洗, 擦净后, 往轴承座中滴入少许钟表油。重新安装好后, 再调节轴尖与轴承座距离, 直到表针不变位为止。

6 表针示值误差偏大

对机车速度表进行检定时, 发现表针示值误差超过检定规程中规定的最大允许误差。

(1) 如果误差存在线性变化, 无论正负, 方向一致。从简易电路图2可以看出, 若是正误差, 表示示值比标准值偏大, 这是由于电位器电阻值过小造成的;若是负误差, 表示示值比标准值偏小, 这是由于电位器电阻值过大造成的。上述2种情况都是轻调电位器, 直到示值误差在允许的范围内为止;如果调节电位器电阻值到最大或最小都不能满足误差要求, 则有可能是由于线圈磁铁退磁造成的, 可以将线圈磁铁拆卸下来, 安装到充磁机上充磁, 试验几次直到误差满足要求为止。

(2) 如果误差不存在线性变化, 有正有负, 这是由于表针不平衡造成的。调节表针平衡方法参照上述第3节。

7 表针升降变差偏大

通电检定, 升降变差超过规定的最大允许误差, 这是由于游丝变形引起的, 游丝变形的现象有偏心、碰圈、紊乱、疏密不匀、倾斜等, 紊乱和变形的游丝是无法修复的, 如偏心、倾斜等现象, 只要细心得法, 都能修复。不过, 游丝的调整是一项精细的工艺, 其判断的准确、用力的大小、镊子的角度, 需慎之又慎, 稍一疏忽, 便适得其反, 导致勉强可用的表报废。调整方法是先用放大镜看准变形部位, 用两只游丝镊子, 双手垂直于游丝90°, 一只镊子夹住变形游丝根部, 另一镊子纠正变形部位, 最好分多次纠正, 每夹一次就检查一次, 以免过正。

8 示值变动性较大

在检定过程中, 调节电位器使仪表的各点示值误差在允许范围内, 放置一段时间, 发现各点示值误差发生较大变动。这种现象主要是由电位器阻值变动引起的, 放置期间, 环境条件不理想, 污垢有可能进入电位器, 也有可能是电位器内部损坏, 这2种情况都可造成电位器阻值改变, 从而影响各点示值。处理方法是拆下电位器进行认真擦洗, 如实在擦洗不净, 需更换新的电位器。

9 里程计不走字

输入24 V直流电压脉冲信号, 里程计不走字。断开连接线, 如图3所示, 用万用表检查里程计2根接线是否断开。排除连接线问题, 就是里程计走字部分失灵, 需更换新里程计。要注意, 新换的里程计要与旧的里程计显示的里程数保持一致。

1 0 照明灯不亮

首先检查照明线路, 排除照明线路断裂的情况后, 可以确定是某个分压电阻、二极管或照明元件损坏, 用万用表逐次排查。照明元件有2种, 一种是灯泡, 如图4所示, 就2个, 排查比较简单, 如果烧毁直接更换新的;另一种是发光二极管, 如图5所示, 一般最少10个, 要用万用表欧姆档×10档逐个排查, 若有烧毁的就更换新的。

1 1 结语

以上10个方面, 是笔者从事机车双针速度表检修工作多年的经验总结。机车双针速度表在机车运行时起到的重要作用显而易见, 因此, 掌握如何使损坏的机车速度表修复的方法, 具备一些维修技巧是很有必要的。

参考文献

[1]陈忠.仪器仪表检修技巧[M].机械工业出版社, 2007

篇6：工业带材速度检测系统设计

关键词：纹理图像功率谱,带材速度,霍夫变换,工业带材

0 引言

在工业带材生产过程中,带材传动速度实时精确检测是目前工业测量问题中的一大难点和重点,如:钢板带材速度的测量精度直接影响到轧制钢板的厚度和质量。所以设计一种精确的带材速度检测系统显得尤为重要。

传统的带材速度检测方法基本上属于接触式测量方法,其中最常用的一种是利用旋转式编码器对轧辊的转速进行测量[1],间接获得带材速度。这些方法简单易行,但是由于轧辊与带材之间的存在相对滑动,使得测量结果不准确。近些年来,非接触式测量在带材速度检测中应用逐渐增多,非接触式测量通常利用光、声和磁等介质,具有不影响被测对象的特点。常用的非接触式速度测量方法主要有以下三种:激光多普勒测速法[2,3]、空间滤波法[4,5,6,7]、相关法[8,9,10]。随着科学技术的发展,测量技术手段发展迅速。目前一些速度检测方法,融合了图像图形学、计算机科学、模式识别、信息处理和融合等科学,具有精度高、适应力强,可靠性高等优点。

本文设计提出一种基于纹理图像功率谱的带材速度检测系统,属于非接触式测量方法领域。能较准确地测量不同材质的工业带材速度,具有较强的鲁棒性。

1 带材速度检测系统的构成和图像采集原理

1.1 带材速度检测系统的硬件构成

图1为工业带材速度检测系统原理图。它主要由被测物体、光源、图像采集单元、硬件处理单元、主机等部分构成。被测物体由步进电机驱动的转动平台带动,运行时最小速度约为0.4 m/s,最大速度约为2 m/s。光源选择高亮度的卤素灯光源,具有较高的发光强度和较长寿命。图像采集采用线性CCD和可变焦长焦镜头。硬件处理单元包括CCD驱动模块、电源模块、振荡电路模块等。采集图像信号传送到主机进行后续处理。

1.2 图像采集原理

目前比较常用的图像采集工具是电荷耦合器件(CCD),电荷藕合器件的突出特点是以电荷为信号,而不同于其他大多数光电转换器件是以电流或电压为信号。CCD具有体积小、重量轻、功耗低、坚固耐用、输出方便、抗干扰强等特点,使得CCD技术得到了广泛的应用。

CCD器件按其感光单元的排列方式分为面阵CCD和线阵CCD两类。面阵CCD的优点是可以直接获得获取图像信息,缺点是帧幅率一般比较低。而线阵CCD的优点是一维像元数量多,并且像元尺寸比较灵活,帧幅数高,特别适用于一维动态目标的测量。由于线阵CCD实时传输光电变换信号和自扫描速度快、频率响应高,能够实现动态测量,并能在低照度下工作,所以线阵CCD广泛地应用在产品尺寸测量和分类、非接触尺寸测量、条形码等许多领域。

本带材速度检测系统采用线阵CCD,由于此系统对图像采集要求较高的放大倍数,故配备可变长焦镜头。

线阵CCD每个扫描周期只能采集一行图像信号,每一行图像信号经过二值化后都是明暗相间的序列。若将一段时间内所采集的若干行图像信号累积叠加起来,就可以组成一幅二维的数字图像,而且在这个图像中随着被测物运动速度的不同会显现出具有不同方向趋势的纹理图案,如图2所示。

2 带材速度检测系统软件算法

2.1 带材纹理图像预处理

测速要达到很高的精度和较小的误差,这就对CCD所采集的带材纹理图像的效果提出了很高的要求。通常直接由CCD采集的原始图像由于存在干扰噪声等因素的影响不能直接进行处理,还需要一些前期的预处理过程。例如滤波、二值化、形态学处理等。

2.1.1 带材纹理图像滤波算法

常用的图像去噪方法有均值滤波和中值滤波,均值滤波对高斯噪声的去除效果比较理想但会模糊图像,中值滤波对椒盐噪声的去除效果则比较好。

(1)均值滤波法

对待处理的当前像素,选择一个模板,该模板由其近邻的若干像素组成,用模板中全体像素的平均值来代替原来的像素值。用公式表示即:

式中:I(x,y)为带噪图像的像素值;Î(x,y)为均值滤波后图像的像素点(x,y)的值;Rxy为定义的模板区域。

(2)中值滤波法

对待处理的当前像素,选择一个模板,该模板由其近邻的若干像素组成,将模板中全体像素值按大小顺序排列,取中值来代替原来的像素值。用公式表示即:

式中:Med为取序列中值;I(x,y)为模板中的各像素值。

2.1.2 带材纹理图像二值化和形态学处理算法

经过滤波的图像消除了噪声对其影响,但其纹理的质量的优劣直接关系到测量结果的精确度。所以还需对图像进行进一步处理,首先对图像进行二值化,然后再采用形态学处理中的腐蚀操作对带材图像进行处理以得到更高纹理质量的带材图像。

腐蚀操作是一种消除边界点,使边界向内部收缩的过程。可以用来消除小而无意义的目标。对Z中的集合A和B,使用B对A进行腐蚀,用AΘB表示,其定义为:

式(3)说明使用B对A进行腐蚀是所有B中包含于A中的点z的集合用z平移。

2.2 带材纹理图像功率谱分析

有时将图像变换到频率域可以从另外一个角度来分析图像信号的特性,便于更为准确的处理和分析图像。

常用的分析纹理的方法有灰度差分统计法,灰度共生矩阵法,灰度梯度法,空间域能量法、随机场模型法,傅里叶变换法。

本系统采用傅里叶变换法,因为傅里叶变换可以提供有关图像的全局性信息。假设图像在空域(x,y)位置上的像点具有灰度I(x,y),其傅里叶变换定义为:

式中:u,v=0,1,2,⋯,M-1。

其功率谱为:

有密切的关系。这种关系表现在两个方面:

(1)|F(u,v)|2的径向分布与f(x,y)的空域中的纹理粗细有关。对于“稠密”的细纹理,|F(u,v)|2沿径向分布比较分散,呈现远离原点的分布;对于“稀疏”的粗纹理,|F(u,v)|2往往比较集中分布于原点附近。

(2)|F(u,v)|2的分布的方向性与空域中纹理的方向性有关。两者呈垂直关系。例如,空域中的水平条纹纹理反映在功率谱分布上将是与之垂直的条状分布。

功率谱纹理特征提取用极坐标比较行之有效。设(ρ,θ)是(u,v)平面上的极坐标,对ρ和θ分别求|F(u,v)|2的积分,即

对于离散情况可以用求和代替积分。以采样间隔:ρi2≤u2+v2<ρi2+1,在以原点为圆心的一个环面上对θ求和:

式中:i=1,2,⋯,n;f1(ρi)称为环特征;环面宽度为ρi+1-ρi=C/2n;C为窗口宽度;n为离散采样数。

以采样间隔θi≤arctanu v<θi+1,再以原点出发的扇面上对ρ求和:

式中:i=1,2,⋯,n;f2(θi)称为楔特征。扇面张角θi+1-θi=πn。

各离散环面内的总功率谱随半径r的散布程度可用从原点峰值的下降率来表示,粗细纹理功率谱的下降率不一样。各离散扇面内总功率谱随角度θ的分布情况也是一条曲线,但曲线的峰值会出现在功率谱的条形方向上。因此从分布中的峰的位置可以确定其纹理的方向性。

通过对图像功率谱的环、楔特征的提取,可以把图像的纹理分析问题化为对两个一维波形的分析问题。

2.3 霍夫变换

霍夫变换[11,12,13,14]是图像处理中从图像中识别几何形状的基本方法之一,应用十分广泛。霍夫变换的基本思想是点—线的对偶性,即研究空间的线到点的变换,可以将笛卡尔坐标空间中的线与极坐标空间中的点联系起来。

图3(a)是直角坐标系中的一条直线,如果用ρ代表直线到原点的法线距离,θ代表该法线与x轴的夹角,过点(x,y)的直线可用如下参数方程表示:

直线的霍夫变换在极坐标域中是一个点,直角坐标系中共线的点映射到极坐标系便成为共点的一簇曲线。如图4所示。霍夫变换根据这些关系把在图像空间中的直线检测问题转换到参数空间,通过参数空间的累加统计完成检测。

找出霍夫变换结果中值最大的点,将其纵坐标转化为角度,即为功率谱分布方向与x轴的夹角。

3 带材纹理图像功率谱测速基本原理

对于CCD采集的纹理图像,当带材运动时,同一点的像素在前后帧中的位置的变化如图5所示。

假设m1与m2为相隔H扫描周期的图像信号,那么有下列关系:

式中:L为这两个像素在水平方向上的相对像素差数。L与带材的运动速度v存在下列关系:

式中:t为m1与m2间隔的帧数;d为一个像素宽度对应的实际长度。

由式(11)与式(12)可得:

从式(13)可以看出,带材的运行速度v与θ之间存在固定关系。根据上步中纹理图像的功率谱分布图,可以确定功率谱分布方向,得到纹理的分布方向θ,继而可以求得带材速度v。

4 测量实验与结果

实验环境为:AMD双核1.6 GHz(1G RAM)的计算机,光源环境为:卤素灯(24 V,250 W,4 500 lm)。试验对象为印有黑白相间且粗细不均匀的条码的白纸、印刷品、皮带,如图6所示。

实验一,对条码、印刷品和皮带在速度为0.43 m/s的情况下分别进行图像获取、预处理、功率谱分析,霍夫变换等处理,结果如图7所示。

实验二,纹理图像像素从100×100~300×300,速度设定从0~0.9 m/s。将文献[8-10]的算法记作算法1,本文的算法记做算法2。采用算法1对条码、印刷品、皮带的试验结果见表1~表3,采用算法2对条码、印刷品、皮带的试验结果见表4~表6。

5 结语

篇7：电梯的速度检测技术探析

速度检测可以采用测速发电机、旋转编码器。

1 测速发电机又有直流测速发电机、交流测速发电机

1.1 直流测速发电机

直流测速发电机的结构由转子、定子、电刷和换向器组成。输入信号是转速, 输出信号是电压。换向器相当于整理的作用。电刷输出的电压基本上是直流电压, 其交流纹波仅有2%~3%。

直流测速发电机的换向器和电刷的摩擦引起电压波动和噪声。电梯控制系统为了提高速度检测装置, 采用霍尔式无刷直流测速发电机。

1.2 霍尔式无刷直流测速发电机

为了得到正函数的电压, 让两级已经磁化了的铁氧磁铁旋转, 形成按正函数规律的分布的旋转磁场, 两个霍尔元件互相成直角安装, 用来检测磁场, 同时通过与定子线圈中产生的和电压成正比的电流, 获得与角速度成正比的直流电压, 直流电压没有脉动成分。

2 交流测速发电机

交流测速发电机包括同步测速发电机和异步测速发电机。

2.1 同步发电机有永磁式交流测速发电机、感应式测速发电机、脉冲式测速发电机

1) 永磁式交流测速发电机实质上就是一台单相永磁转子同步发电机, 定子绕组感应的交变电动势的大小和频率都随着输入信号变化而变化。由于感应电动势的频率随着转速而改变, 使得电机本身的阻抗和负载阻抗都随着转速变化而变化, 测速发电机的输出电压不再与转速成正比。不适合于电梯控制系统。只能作为指示式转速计。

2) 感应式测速发电机是利用定、转子齿槽子相互位置变化, 是输出绕组中的磁通发生脉动, 感应出电动势。由于电动势的频率随着转速变化而变化, 使得负载阻抗和发电机本身的内阻抗大小都随着转速变化而变化, 也不适合于电梯控制系统。

3) 脉冲式测速发电机是以脉冲频率做为输出信号的, 输出的频率与转速保持正比关系。输出的频率相当高, 在低频下也可以输出较多的频率数, 所以分辨率高, 适用与调速比较低的调速系统。

2.2 异步测速发电机可以分为笼型转子和空心杯形转子

1) 笼型转子测速发电机的灵敏度高, 但是线性度较差, 剩余电压大, 一般在精度要求不高的系统中使用。

2) 空心杯形转子转子测速发电机的转子是一个薄壁非磁性空心杯, 其转动惯量很小, 杯的内外由内定子和外定子构成磁路。在定子上放了两套彼此相差900的绕组, 一个作为励磁绕组, 一个作为工作绕组。交流电源以旋转的杯形作为媒介, 在工作绕组上便感应出与转速成正比、频率与电网频率相同的电动势。

3 旋转编码器

电梯中的旋转编码器一般安装在被测量速度即电梯的主电机的轴上, 随着测量的轴一起转动, 测量转速, 并把测量的转速变成二进制即数字形式输出来。所以电梯中的旋转编码器, 它是一种旋转式测量转速的装置。

电梯中旋转编码器分为绝对值式编码器与增量式编码器, 根据旋转编码器的结构形式和工作原理, 又可以分为:电磁式、光电式和接触式等。根据目前使用情况, 光电式是用的最多的一种。光电式编码器允许转速高, 没有触点磨损的问题, 精度也比较高, 缺点是价格较贵, 结构比较复杂。而电磁式编码器也是一种无接触式的码盘, 具有转速比较高、寿命比较长、精度较高等优点, 是一种直接编码式测量元件, 发展前景可观。下面只重点介绍在电梯系统中常用的光电式编码器。

1) 光电式增量编码器, 这类编码器结构上有一个圆盘, 在圆盘上精致地刻有节距相等的呈辐射形状的窄的缝, 这样圆盘又叫窄缝圆盘, 有两组检测窄缝, 彼此相互对应。它们之间的节距和圆盘上的节距是相等的, 这两组窄缝的节距错开四分之一的节距, 因此两个广电转换器的输出信号在相位上错开90°。两组检测窄缝的位置是固定不动的, 圆盘与被测电机主轴相连。在检测窄缝不动时, 当圆盘随着被测电机主轴转动时, 光线便透过圆盘窄缝和检测窄缝照到光电转换器A和B上, 光电转换器A和B就输出两个相位差为90°的近似正弦波的电信号, 逻辑电路对电信号处理、计数后就可以辨别电梯主轴转动方向, 得到电梯电机转速, 从而得到电梯运行的位置。码盘转一周时产生的脉冲数, 数量的大小决定码盘的分辨能力。圆盘上分割出来的窄缝越多, 产生的脉冲数数量就越多, 码盘的分辨力也就越高。增量式码盘一般情况下每转可产生500~5000个脉冲, 最高时候可达到几万个脉冲。逻辑电路对光电转换器输出信号进行处理, 就可以得到两倍频和更多倍频的脉冲信号。

2) 绝对值编码器由光源、旋转的码盘和光电敏感元件三大部分组成。在码盘上分布着一定规律透明和不透明区, 透明和不透明区构成的光学码道图案, 透明和不透明区是由涂有感光乳剂的玻璃质圆盘利用光刻技术制成的。光源是一个固定光源, 或是由超小型的钨丝灯泡做成。所用的检测光的元件是光敏三极管或光敏二极管等各种光敏元件。光源的光, 穿过码盘的透光区, 最后与窄缝后面的一排径向排列的光敏元件耦合, 使光敏元件输出高电平, 代表逻辑“1”;光源的光, 若被不透明区遮挡, 则光敏元件输出低电平, 代表逻辑“0”。绝对值编码器的码盘的不同位置, 每个码道都有自己的逻辑输出, 为“1”或“0”, 各个码道的输出编码组合就表示码盘的这个转角或位置, 亦知道主轴转速。