基于虛擬儀器的織機緯紗張力測試新方法
以前，緯紗張力的測試多采用動態電阻應變儀，利用光線示波器進行記錄，工作復雜，且結果精度和準確性難以令人滿意[2]。文獻[3]提出對紡紗張力測試采用應變電橋、自制放大電路、數據采集卡、計算機、VB編程實現，具有簡單、準確、通用等特點。此方法也可用于緯紗張力測試，但需要自己設計硬件電路，電路參數調整不方便，靈活性較差，且VB編寫儀器界面不是很好。本文針對上述問題介紹一種基于虛擬儀器的測試新方法，該方法具有建立系統快、簡單、可靠、通用性強、界面友好等特點。
1 系統組成
圖1為測試系統框圖，主要由傳感器、數據采集卡、計算機及相應軟件組成。
1．1 傳感器
主軸傳感器采用光電編碼器，它的轉子和織機主軸同軸固定，主軸回轉時帶動轉子同速回轉。傳感器每隔α=0．5度產生一個脈沖，織機主軸每轉一周，就會產生720個脈沖。圖2中ti為第i個脈沖的周期。零位觸發(前止心)采用霍爾傳感器，織機每轉在固定轉角位置產生一個定位脈沖，本系統采用它標志測試過程的起點，其波形如圖3所示。張力傳感器采用全橋應變式，其輸出電壓的高低正比于紗線張力大小，經標定后，測出電壓即可換算出紗線張力。
數據采集卡實現將傳感器輸出的電壓信號轉變為數字量，此數字量送給計算機，編程實現數據讀取與保存。本系統采用美國NI(NationalInstrument)公司基于計算機PCI插槽的多路模擬輸入采集卡，12位A／D轉換，最高采樣頻率可達200kHz。目前，噴氣織機的一般轉速為500-1500r/min，緯紗張力變化頻率為8．3-25kHz。本次使用中采樣率選擇100kHz，數據采集卡本身集成放大電路和A／D轉換，具有可編程選擇放大倍數，用戶無需自制放大電路，故測量系統建立快、測量精度高，測量時將轉速傳感器、定位傳感器、張力傳感器的輸出分別接至采集卡的三路模擬輸入通道。
1．3計算機硬件與軟件
任何具有PCI插槽的普通電腦，Windows98及以上操作系統均能滿足要求。對數據采集卡編程及界面設計采用美國NI公司開發的工具軟件LabWindows-CVI，CVI具有功能強大、界面友好、對多種采集卡支持等特點。
2 基于虛擬儀器的測試方法
虛擬儀器是儀器技術與計算機技術結合的產物[4]，在以計算機為核心的硬件平臺上，通過配置I／O接口設備(DAQ，數據采集卡)將采集到的信號送往計算機，通過用戶自己應用LabView語言或者CVI語言編寫的不同測試功能的程序，對采集到的信號分析處理并顯示[5]。一臺插有采集卡的計算機加上用戶自己開發的程序，就能實現用戶自定義的功能[4]，它具有體積小、操作方便、功能自定義、界面友好等特點，利用虛擬儀器可快速建立一個測試系統，借助于計算機編程實現用戶所需要的處理功能。
如圖1所示，本系統測量時將轉速傳感器、定位傳感器、張力傳感器的輸出分別接至采集卡的三路模擬輸入通道，用CVI軟件編程采集數據，將張力隨轉角變化的波形顯示在計算機屏幕上。
3 具體測試原理
本測量共用三個模入通道，首先啟動所設計好的儀器，開啟織機，零位觸發傳感器作為織機零度標志，采集到零位信號后，利用主軸光柵脈沖觸發，對張力傳感器的輸出進行采樣，按預定的采樣點數采集結束后，經標定可得到動態情況下緯紗張力隨織機轉角變化，用CVI編寫的程序流程圖如圖4所示，所設計的界面及測試結果如圖5所示。
4 應用
本系統已成功地用于青島星火紡機有限公司多臺噴氣織機性能的測試。測試時，將三個傳感器的輸出接入對應模擬輸入通道，啟動織機，在圖5所示的界面上打開儀器開關，設定測試參數，單擊"采集"按鈕即可實現測試。圖5所示為YC426型噴氣織機一次測試的結果。測試條件為：溫度為26℃，濕度為75％，織機車速為542r／min，在任何時候可重新調出來查看，分析織機的性能，測試中張力出現的負值是由于動態測試中，傳感器梁材料本身回彈效應引起，可通過選用精度高、性能好的傳感器進一步提高檢測精度，與前述其它測試方法相比，在選用相同精度的傳感器下，由于所需硬件大大減少，避免了過多線路引人的誤差。
5 結 論
本系統以普通電腦為基礎，只需購買一個數據采集卡，通過用戶編寫程序，不需任何硬件電路就可快速建立測試系統，實現織機緯紗張力測試，具有簡單、可靠、實用、界面友好等特點。通過改變程序，還可實現織機其它性能測試，可進行數字微積分，對信號進行頻譜分析等。因此，該方法具有一定的實用和推廣價值。
參考文獻：
[1] 郭興峰．噴氣織機緯紗動態張力的測試與分析[J]．棉紡織技術，1997，(2)：38-40．
[2] 吳世林．織機回轉不勻率的計算機輔助測試系統[J]．武漢紡織工學院學報，1997，(1)：24-27．
[3] 吳綏菊，季曉雷．紡紗張力測試的新方法[J]．紡織學報，2002，(5)：20．
[4] 劉君華．虛擬儀器編程語言LabWindows／CVI教程[M]．北京：電子工業出版社，2001：1-3．
[5] 楊幫華．虛擬數字濾波器的設計及其在彈簧分選儀中的應用[J]．測控技術，2002，(9)：8-9．