無線測試技術在汽車起重機上的應用

李少杰，梅彥利，張全逾，柯鳳琴，田 野

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

隨著科學技術的不斷發展，起重機械的系統越來越復雜，相應的測試系統需要的線纜越來越多，造成測試前期布線等準備工作需要的時間越來越多，需要的人力也越來越多，嚴重地影響了測試效率的提升。與此同時計算機技術、現代傳感器技術和無線通信技術的快速發展，使得這些高科技成果應用于起重機測試成為可能，正是在這樣的條件下，無線測試技術在汽車起重機上的應用越來越廣泛。

1 無線測試的原理及優點

1.1 無線測試技術的結構原理

無線測試系統的整體結構如圖1所示，它由控制中心子系統、數據傳輸模塊子系統和數據采集節點模塊子系統組成。整個系統采用一臺便攜式計算機并駐入專用程序作為控制中心，完成對所有數據采集節點的指令下發和節點上發數據的處理。數據傳輸模塊完成無線信道設備控制的無線信號的收發控制，并可以對信號進行必要的轉換和預處理。遠端數據采集節點可以有多個，數量由控制中心配置，每個節點上設置多個傳感器數據采集節點[1，2］。

1.2 無線測試技術的優點

無線測試技術在汽車起重機測試中有以下幾點優點:

1)提高測試的工作效率

現有的起重機測試工作大多數采用傳感器、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，然后調試信號并進行測試，測試完成后對測試線纜進行拆卸。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。無線測試設備系統采用無線通信技術代替有線電纜，不僅給測試工作帶來了很大的方便，縮短了測試時間，還提高了測試系統的方便性、機動性和靈活性，提高測試工作效率。

2)提高檢測設備的適應性

在傳統的采用有線測試技術的工作中，有線電纜受環境的影響較大，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。而無線測試系統取消了冗長的有線電纜，提高了系統的適應性，基本不受環境天氣的影響，給測試工作帶來了活力。

3)節約測試成本

在傳統的采用有線電纜連接傳感器和測試儀器進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生損壞，這樣不僅維修成本高，而且還影響測試工作的進行。因此采用無線測試系統代替有線電纜，可以達到節約測試成本的目的。

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生影響，尤其是測試線纜比較長的情況下。無線測試技術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，從而提高的測試結果的精度。

2 應用領域

無線測試技術在工業中的應用領域比較廣闊，主要采集測試應變、速度、振動、溫度、壓力等各類信號。現在汽車起重機中已經廣泛投入的應用的領域主要有以下方面:

2.1 應變測試

使用測試設備主要是無線靜應變采集儀，其傳輸距離可達200 m，可以自動采集，也可手動單點采集，采用ZigBee通訊模式進行數據傳輸。其工作原理是應變片將構件的變形轉換為電阻的變化，引起應變采集儀平衡橋路中電阻兩端電壓的變化，在經過放大、濾波及轉換將采集的信號通過WiFi模塊發送到無線接收器上，完成信號采集工作[3，4］。該模塊在起重機主臂副臂長距離應變測試、轉臺回轉運動部件測試及支腿測試都可以方便實現，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

采用動態信號測試分析采集儀，可用計算機實時采集記錄也可脫機使用，適用于車載等運動現場及各種惡劣環境的數據采集，具備相應防護等級的測量設備，可在強烈振動、寬溫、潮濕等常規測量設備無法工作的特殊環境下完成長時間測試和監測工作，可以實現對振動、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、拉力等動態信號傳遞給動態信號測試分析采集儀模塊，然后該模塊通過Wi-Fi將信號發送到計算機，完成信號采集[6，7］。

3 應用實例

以下以某型號汽車起重機卷揚液壓起升系統的測試為例進行說明。

3.1 測試目的和內容

測試目的:通過對某型號汽車起重機卷揚液壓起升系統進行測試，為該系統的進一步研究得到對應的測試數據。

測試內容:記錄不同吊重負載工況下，卷揚馬達進出油口及馬達先導控制油口的實時動態壓力曲線。

3.2 測試設備

本文采用的測試設備是一套基于虛擬儀器的無線測試系統，對起重機的卷揚起升系統進行遠程測試，其工作原理是應用NI公司的labview軟件，基于無線網橋和DataSocket技術實現實時數據的采集，再把采集到的汽車起重機卷揚系統的數據實時的以無線傳輸方式傳輸到上位機筆記本電腦里，從而可以實現對數據的實時顯示、儲存及分析等操作。測試系統利用主機自帶的3個0～40 MPa量程的壓力傳感器和工業用控制器，除此硬件還包含CAN轉TCP設備、無線路由器、一部筆記本電腦。系統將傳感器采到的各測點壓力值通過CAN總線傳輸到控制器緩存，控制器再將采集到的數據發送到以太設備，上位機(筆記本電腦)從數據地址里面讀取到數據后再進行處理分析等各類操作。圖2為無線測試系統總體結構原理圖。

3.3 測試方案

1)測點布置

該汽車起重機有主副兩個卷揚，系統一致，因此測試中以主卷揚系統為主。該型號汽車起重機為負載敏感液壓系統，對于主卷揚起升系統(如圖3)，測點主要為馬達進油口壓力M、馬達變量控制口M1以及平衡閥控制口X，測點布置如圖4所示。

2)測試方案

根據測試目的，制定測試方案。方案如下:在負載分別為160 t和110 t情況下，使發動機分別以1 000 rpm、1 500 rpm、2 100 rpm的轉速進行平地起升、空中起升、負載下降三個動作，并記錄數據。

3.4 測試數據

由于測試數據較多，本文只列出幾組典型數據，其它數據不再列出。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據與采用傳統有線測試方法測出的數據進行對比，數據趨勢高度一致，但由于采用無線通訊的頻率不同，無線測試測出的數據在曲線表現上要相對平滑一些。

4 結論與展望

隨著計算機技術、傳感器技術、通信技術的快速發展，無線測試技術將更好地服務于汽車起重機的測試工作中，解決現有起重機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。同時該技術對于其它相關工程領域的測試工作也具有積極的借鑒意義，應用前景十分廣闊。

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

[2]李忠龍.基于現有傳感器的橋梁無線檢測技術的研究[D］.哈爾濱:哈爾濱工業大學，2008.

[3]李忠龍，黃僑，沙學軍，等.基于振弦式傳感器的橋梁無線測試系統及應用[J］.哈爾濱工業大學學報，2008，40(12):1992－1993.

[4]王建剛，王福豹，段渭軍.無線傳感器網絡分布式節點定位算法研究[J］.計算機應用，2005，25(11):2468－2469.

[5]沈觀林.應變電測與傳感技術在各種工程和領域中的應用[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網絡的機械故障診斷模型[J］.西安交通大學學報，2006，40(6):558－562.

[7]黃僑，李忠龍，沙學軍，等.基于應變式傳感器的橋梁無線測試系統的試驗[J］.同濟大學學報，2007，35(10):1323－1324.