液压油缸内壁参数测量数据采集处理系统

介绍一种基于PCI-1711高速液压油缸内壁参数测量的数据采集处理系统，将采集到的数据传送至上位机后，利用VB6．0数据处理软件，将采集的数据转换成坐标值，根据最小二乘拟合，拟合出被测油缸截面的圆心坐标和半径。再根据相关算法，计算出油缸内壁的直径、直线度、圆柱度等参数，以用于出厂产品的检测。

液压传动在车辆、起重运输机械、工程机械、矿山设备及其他机械中具有广泛的应用。油缸作为液压传动中不可或缺的组成部分，其内径各参数的精度，将直接对传动系统的性能产生影响。
对类似于油缸内壁的孔径测量方法，一般分为直接测量法和间接测量法。直接测量法是利用两点或三点定位，直接测量出孔径的方法。其常用测量工具包括内径干分尺、万能测长仪、卧式测长仪等，通用长度测量工具和内径测微仪、柔性坐标测量机等专用的孔径测量工具，但此类测量方法效率低、误差大，且不易用于深孔径和高精度产品的在线测量。间接测量法是利用三点定一圆原理，测出被测孔圆周上任意三点的坐标值，然后根据相关算法，求出圆心坐标，再换算出孔径尺寸和其他参数。此类方法效率高、误差小，可用于在线检测，本检测系统采用的就是间接测量法。

1 测量系统概述
测量系统的设计思想是，将4个高精度位移传感器安装在所设计的传感器夹具上，并将其放入被测油缸的内部，在气浮导轨的牵引下，平稳通过被测量油缸。将所获得的位移传感器的信号变化量，传送至上位机，应用间接测量方法的原理，将所测得数据转化为坐标变化量，通过最小二乘拟合数据，根据相关的数据处理运算，进而获得油缸内壁所需的多项参数。

本检测系统主要由硬件与软件两部分组成。其中，硬件部分主要由4个高精度位移传感器、4通道电感箱、数据采集卡、气浮导轨及上位机组成，系统的整体结构框图如图1所示。电感位移传感器一端接至4通道电感箱，然后将其4路电压信号的输出端连接至数据采集卡的模拟量输入通道口，数据采集卡内部的A／D功能模块对信号进行模数转换，转换后的数字信号通过PCI总线接口传输至上位机，进行相关的数据处理。与此同时，上位机通过PCI总线向数据采集卡内部传送各种气浮导轨的控制信号，进而控制气浮导轨的运动，这样就实现了上位机对现场4个位移传感器信号的采集和气浮导轨控制信号的传输。软件部分主要是基于VB 6．0的上位机数据采集和处理软件的开发设计。

2 硬件部分简介
检测系统主要目的是检测油缸内壁的圆柱度、直线度和直径等参数，因该检测系统测量精度要求范围是(-15μm，+15μm)，且为动态测量，所以所选传感器必须是精度高、响应速度快的位移传感器。根据以上要求，系统选用瑞士TESA公司的电感位移传感器，也称电感测头，其为半桥型传感器，将位移变化转化为电信号，测量范围是±0．5mm，轴向行程1．25mm，灵敏度是73．75±0．5mV(V／mm)，是线性误差<0．2％，重复度<0．2μm。
由于所选的传感器的供电电源要是13 kHz的5 V交流电压源，为保证传感器输出信号的高稳定性和传输的便捷性，为其配备了通道电感箱。
因在检测过程中，需要接受大量的传感器信号传入上位机进行实时处理和分析，这就需要高速且大容量的数据采集装置，系统采用研华公司的PCI-1711高速数据采集卡，为用户提供了所需的测量和控制功能，可提供16通道单端A／D输入，12 bit A／D转换，采样率最高可达100 kHz，每个输入通道的增益可单独编程，用户可根据每个通道不同的输入电压类型来选择不同的增益系数，进行相应的输入范围设定，卡上1 kB采样FIFO缓冲器，可编程计数器／定时器，自动通道／增益扫描。

3 软件设计
3．1 数据采集
由PCI-1711进行数据采集的编程方式可分为3种：软件触发方式、中断方式和DMA方式。软件方式就是软件命令触发数据转换，该方式编程相对简单，但采集数据速度较慢，多用于低速数据采集；中断传输方式比软件传输方式采样速度高，模拟量输入中断传输方式有两种：一种方式是每一次转换产生一个中断；另一种方式是把转换数据保存在FIFO中。根据硬件的不同，当FIFO半满或全满时产生一个中断，设备驱动接收到中断后会发送不同的事件告知用户当前采样状态；DMA方式是三者中数据传输最快的，数据在没有CPU介入的情况下直接在设备和内存间传输，设备驱动会探测数据转换状态，并发送合适的事件通知用户。系统在软件程序中调用动态链接库，采用DMA方式下的FIFO功能进行信号数据的传输。本系统数据采集是用的第3种方式--DMA方式，结合Visual Basic6．0开发平台，数据采集流程如图2所示。