CN102661711A - 基于LabVIEW平台的非接触电缆长度测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于LabVIEW平台的非接触电缆长度测量系统，包括放线盘和收线盘，收线盘下方设有带动其转动的转动电机（三相电机），还包括基于图像相位差法的测长传感器，所述测长传感器设置在连接放线盘和收线盘的线缆旁，测量系统还包括基于LabVIEW平台的控制主机，所述控制主机分别与测长传感器和转动电机相连，测长传感器通过非接触的方式测出电缆长度及移动方向的信号，传输至控制主机的LabVIEW平台进行计算并在显示器上显示电缆长度测量结果，本发明系统测量误差比较小，较好解决了电缆在线长度计量误差大问题，克服了接触式测量时出现滑动现象，使得这种计量电缆长度误差小，且整个系统成本相对较低，比较适合我国实际情况的电缆长度测量系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种线缆长度测量系统，特别是一种基于LabVIEW平台的非接触电缆长度测量系统。
背景技术
目前，在国内电缆行业大部分厂家仍沿用传统在线测长方法，即通过测量与线材之间存在滚动摩擦的轮子的转数来定长，大致分成机械式与光电式两种，但都离不开轮子与电缆之间摩擦力，即计数轮子与电缆线材必须有接触 ． 这种接触式测量，在运行一段时间后，带动计数器的轮子表面非常光滑，使计数轮子与电缆线材之间摩擦力大大减小，出现滑动现象，使得这种计量电缆长度误差较大，超过国家规定的 ５‰． 在制造价格较高电缆时采用电缆印码机来测量在线电缆长度，误差较小，但每台电缆印码机价格高（达30万元/台），且计长速度较慢，要求运行条件高，很难在普通电缆厂及工程现场做电缆线材计长使用。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供测量误差小，整体成本低的一种基于LabVIEW平台的非接触电缆长度测量系统。
本发明解决其问题所采用的技术方案是：
基于LabVIEW平台的非接触电缆长度测量系统，包括用于收放电缆的放线盘和收线盘，所述放线盘上缠绕有电缆，放线盘上电缆的另一端缠绕在收线盘上，收线盘下方设有带动其转动的转动电机（三相电机），还包括基于图像相位差法的测长传感器，所述测长传感器设置在连接放线盘和收线盘的线缆旁，测量系统还包括基于LabVIEW平台的控制主机，所述控制主机分别与测长传感器和转动电机相连，测长传感器通过非接触的方式测出电缆长度及移动方向的信号，传输至控制主机的LabVIEW平台进行计算并在显示器上显示电缆长度测量结果。
基于图像相位差法的测长传感器又称ZLS-Pa测长传感器，测长传感器内嵌入高分辨率数字相机，通过快速拍摄运动物体的表面图像分析获得物体的X轴或Y轴水平位移量，该传感器自带红色发光LED，用于保证被测物体表面有一定的光强，同时保护了传感器使用者。主要技术指标：被测速度1ｍ／ｓ；测量精度＜0.5％；长度分辨率最小可达15ｍ；测量距离为15.50≤μ2ｍｍ±10％；光斑面积为＜4ｍｍ；工作电压为直流 10～30Ｖ；接口为增量接口及RS232接口，数据速率单轴不超过41ｋＨｚ，双轴不超过20.5ｋＨｚ。
进一步作为上述的改进，还包括至少一个左右固线轮和至少一个上下固线轮，所述放线盘上的电缆通过左右固线轮和上下固线轮后缠绕至收线盘上。左右固线轮和上下固线轮保证检测电缆线段平稳运动，使测长传感器获得准确的测量信号。
优选地，所述左右固线轮和上下固线轮各有两个，分别设置在测长传感器的两侧。通过在测长传感器两侧设有左右固线轮和上下固线轮能让被测部分的电缆呈一直线，使测长传感器的测量数据更加准确。
作为上述的进一步改进，电缆长度测量系统还包括用于对电缆进行排线的排线器，经过测长传感器的电缆通过排线器连接至收钱盘，所述排线器下方设置有步进电机，步进电机与控制主机相连。控制主机通步进电机控制排线器对电缆进行排线，增加被测电缆的稳定性，使测长传感器的测长数据更加准确。
进一步，放线盘的下方设置有磁粉制动器，所述磁粉制动器与控制主机相连。所述磁粉制动器与放线盘之间形成磁粉链，在放线盘转动的时候产生与转动方向相反的力，可让放线盘以均匀的速度放线，增加测长传感器的测量精度。
优选地，所述转动电机为三相电机，控制主机通过变频器与三相电机相连接。控制主机通过变频器与三相电机相连为三相电机提供合适的控制信号，准确地控制三相电机，让电缆以均匀的速度运动，增加测长传感器的测量精度。
进一步，所述测长传感器和控制主机间还设置有用于处理测长传感器测长信号的接口电路和用于对测量信号进行采集记录的数据采集卡，测长传感器、接口电路、数据采集卡和控制主机相继连接。
进一步，所述测长传感器测量电缆长度信息后输出第一增量信号和第二增量信号，所述第一增量信号和第二增量信号为相位相差90度的方波信号，其方波信号的脉冲数量代表被测电缆的长度变化值，第一增量信号或第二增量信号的上升沿出现的先后代表电缆的运动方向。
进一步，所述接口电路包括用于接收来自测长传感器第一增量信号和第二增量信号的第一信号接口和第二信号接口，接口电路还包括第一光电耦合器、第二光电耦合器和D触发器；所述第一光电耦合器的输入端与第一信号接口相连，输出端连接至D触发器的数据输入端；所述第二光电耦合器的输入端与第二信号接口相连，输出端连接至D触发器的时钟输入端，所述D触发器的输出端与数据采集卡的输入端相连接。
由于第一增量信号和第二增量信号相位差为90度，但随着被测物体的运动方向不同，第一增量信号和第二增量信号的相序也发生变化，本发明利用光电耦合器4N28、与门、及D触发器实现了信号的隔离、电平转换及第一增量信号和第二增量信号的相序判断，其实用性和适用性更好。
进一步，所述数据采集卡采用NI-6099型号的数据采集卡，NI-6099数据采集卡通过USB接口与控制主机相连接。
进一步，控制主机每隔一段时间进行信号的采集和处理，通过对第一增量信号和第二增量信号在该段时间内的方波脉冲数量进行检测获得该段时间内的长度增量，并通过第一增量信号和第二增量信号上升沿出现的先后判断电缆的运动方向，通过所判断的方向对初始长度进行长度增量加法或减法的计算，多次测量对数据进行累加，测量出准确的电缆长度。
在整个电缆长度计量过程中，电缆运动的速度不可能是匀速运动，而且存在往复运动，为了使整个计量过程准确，必须采取适当计量时间间隔并考虑电缆运动的方向，其计算公式如下：
设每一段时间内的检测到有Ni个方波脉冲信号，每个方波脉冲信号代表的长度值为S0，则该段时间内电缆所通过的长度为：
而电缆的总长度l为初始长度l0与各个li之和，即：
其中“±”符号代表电缆运动的方向，正方向运动时取“+”号，负方向运动时取“-”号。
进一步，所述控制主机上的LabVIEW平台包括用于与数据采集卡连接获得采集数据的数据采集助手节点，用于设置预置总长度的总长度预置模块、用于设置初长度的初长度预置模块和显示即时卷长的即时卷长显示模块。
主机上的LabVIEW平台通过数据采集助手节点来控制数据采集卡完成数据采集的，通过数据采集助手节点完成设备、通道的相关选择及扫描率、采样数属性设定，然后通过总长度预置模块、初长度预置模块设置总长度的预置及初长度的设置。
系统在完成一次电缆长度变化信号和运动方向信号的采集后，将继续下一次的采样周期，以实现连续信号采集的目的，达到动态、实施显示电缆的长度。
本发明的有益效果是：本发明采用的一种基于LabVIEW平台的非接触电缆长度测量系统，系统测量误差比较小，较好解决了电缆在线长度计量误差大问题 ，克服了接触式测量时出现滑动现象，使得这种计量电缆长度误差小，且整个系统成本相对较低，比较适合我国实际情况的电缆长度测量系统。
附图说明
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明：
图1是本发明电缆测量系统的系统示意图；
图2是本发明电缆测量系统的系统组成框图；
图3是本发明接口电路的电路原理图；
图4是本发明测长传感器输出信号的示意图；
图5是本发明LabVIEW平台的系统框图；
图6是本发明的控制面板示意图。
具体实施方式
参照图1所示，本发明的基于LabVIEW平台的非接触电缆长度测量系统，包括用于收放电缆的放线盘1、收线盘2、还包括基于图像相位差法的ZLS-Pa测长传感器3，收线盘2下方设有带动其转动的转动电机21三相电机，还包括两个左右固线轮51、两个上下固线轮52和排线器53，所述左右固线轮51和上下固线轮52分别设置在测长传感器3的两侧，所述排线器53下方设有步进电机，放线盘1上缠绕有电缆，所述放线盘1上的电缆通过左右固线轮51、上下固线轮52和排线器53缠绕至收线盘2上。测量系统还包括基于LabVIEW平台的控制主机4，所述控制主机4分别与测长传感器3、转动电机21和步进电机相连，所述测长传感器3设置在连接放线盘1和收线盘2的线缆旁，测长传感器3通过非接触的方式测出电缆长度及移动方向的信号，传输至控制主机4的LabVIEW平台进行计算并在显示器上显示电缆长度测量结果。
基于图像相位差法的测长传感器3又称ZLS-Pa测长传感器3，测长传感器3内嵌入高分辨率数字相机，通过快速拍摄运动物体的表面图像分析获得物体的X轴或Y轴水平位移量，该传感器自带红色发光LED，用于保证被测物体表面有一定的光强，同时保护了传感器使用者。主要技术指标：被测速度1ｍ／ｓ；测量精度＜0.5％；长度分辨率最小可达15ｍ；测量距离为15.50≤μ2ｍｍ±10％；光斑面积为＜4ｍｍ；工作电压为直流 10～30Ｖ；接口为增量接口及RS232接口，数据速率单轴不超过41ｋＨｚ，双轴不超过20.5ｋＨｚ。
进一步，放线盘1的下方设置有磁粉制动器54，所述磁粉制动器54与控制主机4相连。所述磁粉制动器54与放线盘1之间形成磁粉链，在放线盘1转动的时候产生与转动方向相反的力，可让放线盘1以均匀的速度放线，增加测长传感器3的测量精度。
优选地，所述转动电机21为三相电机，控制主机4通过变频器22与三相电机相连接。控制主机4通过变频器22与三相电机相连为三相电机提供合适的控制信号，准确地控制三相电机，让电缆以均匀的速度运动，增加测长传感器3的测量精度。
参照图2所示，所述测长传感器3和控制主机4间还设置有用于处理测长传感器3测长信号的接口电路6和用于对测量信号进行采集记录的数据采集卡7，测长传感器3、接口电路6、数据采集卡7和控制主机4相继连接。
所述数据采集卡7采用NI-6099型号的数据采集卡7，NI-6099数据采集卡7通过USB接口与控制主机4相连接。
参照图4所示，所述测长传感器3测量电缆长度信息后输出第一增量信号和第二增量信号，所述第一增量信号和第二增量信号为相位相差90度的方波信号，其方波信号的脉冲数量代表被测电缆的长度变化值，第一增量信号或第二增量信号的上升沿出现的先后代表电缆的运动方向，每个脉冲信号代表长度信号值通过传感器调试软件来设置，其中测长传感器3可以设置为15至200um，优选设置为100um。
参照图3所示，所述接口电路6包括用于接收来自测长传感器3第一增量信号和第二增量信号的第一信号接口61和第二信号接口62，接口电路6还包括第一光电耦合器63、第二光电耦合器64和D触发器65；所述第一光电耦合器63的输入端与第一信号接口61相连，输出端连接至D触发器65的数据输入端D；所述第二光电耦合器64的输入端与第二信号接口62相连，输出端连接至D触发器65的时钟输入端CLK，所述D触发器65的输出端与数据采集卡7的输入端相连接。由于第一增量信号和第二增量信号相位差为90度，但随着被测物体的运动方向不同，第一增量信号和第二增量信号的相序也发生变化，本发明利用光电耦合器4N28、与门、及4013D触发器65实现了信号的隔离、电平转换及第一增量信号和第二增量信号的相序判断，其实用性和适用性更好。
测长传感器3通过非接触的方式给出电缆移动长度及移动方向信号，经过接口电路6转换成NI-6099型号数据采集卡7所能接受的信号，最后将信号传输至控制主机4通过LabVIEW平台进行计算并在显示器上显示电缆长度测量结果。
控制主机4每隔一段时间进行信号的采集和处理，通过对第一增量信号和第二增量信号在该段时间内的方波脉冲数量进行检测获得该段时间内的长度增量，并通过第一增量信号和第二增量信号上升沿出现的先后判断电缆的运动方向，通过所判断的方向对初始长度进行长度增量加法或减法的计算，多次测量对数据进行累加，测量出准确的电缆长度。
在整个电缆长度计量过程中，电缆运动的速度不可能是匀速运动，而且存在往复运动，为了使整个计量过程准确，必须采取适当计量时间间隔并考虑电缆运动的方向，其计算公式如下：
设每一段时间内的检测到有Ni个方波脉冲信号，每个方波脉冲信号代表的长度值为S0，则该段时间内电缆所通过的长度为：
而电缆的总长度l为初始长度l0与各个li之和，即：
其中“±”符号代表电缆运动的方向，正方向运动时取“+”号，负方向运动时取“-”号。
参照图5所示，所述控制主机4上的LabVIEW平台包括用于与数据采集卡7连接获得采集数据的数据采集助手节点41DAQmx，用于设置预置总长度的总长度预置模块、用于设置初长度的初长度预置模块43和显示即时卷长的即时卷长显示模块44。
主机上的LabVIEW平台通过数据采集助手节点41来控制数据采集卡7完成数据采集的，通过数据采集助手节点41完成设备、通道的相关选择及扫描率、采样数属性设定，然后通过总长度预置模块、初长度预置模块43设置总长度的预置及初长度的设置。
系统在完成一次电缆长度变化信号和运动方向信号的采集后，将继续下一次的采样周期，以实现连续信号采集的目的，达到动态、实施显示电缆的长度。
参照图6所示控制主机4上的控制面板，设置预置初长度和预置总长度后，按下开始按钮对电缆长度进行采集，控制主机4控制启动转动电机21和排线器53拉动电缆，并通过测长传感器3测得电缆的长度变化信号和运动方向信号，经过接口电路6、数据采集卡7及控制主机4的处理后在显示器上实施显示出电缆的即时长度。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.基于LabVIEW平台的非接触电缆长度测量系统，包括用于收放电缆的放线盘（1）和收线盘（2），所述放线盘（1）上缠绕有电缆，放线盘（1）上电缆的另一端缠绕在收线盘（2）上，收线盘（2）下方设有带动其转动的转动电机（21），其特征在于：还包括基于图像相位差法的测长传感器（3），所述测长传感器（3）设置在连接放线盘（1）和收线盘（2）的线缆旁，测量系统还包括基于LabVIEW平台的控制主机（4），所述控制主机（4）分别与测长传感器（3）和转动电机（21）相连，测长传感器（3）通过非接触的方式测出电缆长度及移动方向的信号，传输至控制主机（4）的LabVIEW平台进行计算并在显示器上显示电缆长度测量结果。
2.根据权利要求1所述的基于LabVIEW平台的非接触电缆长度测量系统，其特征在于：还包括至少一个左右固线轮（51）和至少一个上下固线轮（52），所述放线盘（1）上的电缆通过左右固线轮（51）和上下固线轮（52）后缠绕至收线盘（2）上。
3.根据权利要求1所述的基于LabVIEW平台的非接触电缆长度测量系统，其特征在于：放线盘（1）的下方设置有磁粉制动器（54），所述磁粉制动器（54）与控制主机（4）相连。
4.根据权利要求1所述的基于LabVIEW平台的非接触电缆长度测量系统，其特征在于：所述转动电机（21）为三相电机，控制主机（4）通过变频器（22）与三相电机相连接。
5.根据权利要求1所述的基于LabVIEW平台的非接触电缆长度测量系统，其特征在于：所述测长传感器（3）和控制主机（4）间还设置有用于处理测长传感器（3）测长信号的接口电路（6）和用于对测量信号进行采集记录的数据采集卡（7），测长传感器（3）、接口电路（6）、数据采集卡（7）和控制主机（4）相继连接。
6.根据权利要求5所述的基于LabVIEW平台的非接触电缆长度测量系统，其特征在于：所述测长传感器（3）测量电缆长度信息后输出第一增量信号和第二增量信号，所述第一增量信号和第二增量信号为相位相差90度的方波信号，其方波信号的脉冲数量代表被测电缆的长度变化值，第一增量信号或第二增量信号的上升沿出现的先后代表电缆的运动方向。
7.根据权利要求6所述的基于LabVIEW平台的非接触电缆长度测量系统，其特征在于：所述接口电路（6）包括用于接收来自测长传感器（3）第一增量信号和第二增量信号的第一信号接口（61）和第二信号接口（62），接口电路（6）还包括第一光电耦合器（63）、第二光电耦合器（64）和D触发器（65）；所述第一光电耦合器（63）的输入端与第一信号接口（61）相连，输出端连接至D触发器（65）的数据输入端；所述第二光电耦合器（64）的输入端与第二信号接口（62）相连，输出端连接至D触发器（65）的时钟输入端，所述D触发器（65）的输出端与数据采集卡（7）的输入端相连接。
8.根据权利要求5-7任一所述的基于LabVIEW平台的非接触电缆长度测量系统，其特征在于：所述数据采集卡（7）采用NI-6099型号的数据采集卡（7），NI-6099数据采集卡（7）通过USB接口与控制主机（4）相连接。
9.根据权利要求6所述的基于LabVIEW平台的非接触电缆长度测量系统，其特征在于：控制主机（4）每隔一段时间进行信号的采集和处理，通过对第一增量信号和第二增量信号在该段时间内的方波脉冲数量进行检测获得该段时间内的长度增量，并通过第一增量信号和第二增量信号上升沿出现的先后判断电缆的运动方向，通过所判断的方向对初始长度进行长度增量加法或减法的计算，多次测量对数据进行累加，测量出准确的电缆长度。
10.根据权利要求9所述的基于LabVIEW平台的非接触电缆长度测量系统，其特征在于：所述控制主机（4）上的LabVIEW平台包括用于与数据采集卡（7）连接获得采集数据的数据采集助手节点（41），用于设置予置总长度的总长度予置模块（42）、用于设置初长度的初长度预置模块（43）和显示即时卷长的即时卷长显示模块（44）。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |