基于LabVIEW的扭矩实时监测系统设计

2023.06.15

摘要：针对扭矩传感器及控制仪监测信号单一和扩展性差的问题，设计了一种基于LabVIEW的扭矩实时监测系统。该系统由扭矩传感器、扭矩控制仪以及上位机组成。首先扭矩控制仪通过测试电缆线与扭矩传感器连接并实时采集扭矩信号，接着扭矩控制仪将该信息通过RS232串口与上位机进行通讯，最后上位机采用LabVIEW设计人机交互界面。实验结果表明，该系统不仅能够实时采集、处理和显示扭矩信息而且准确性高、稳定性强，操作方便，具有一定的实用性。

关键词：扭矩传感器；扭矩控制仪；LabVIEW；RS232串口通讯；人机交互界面

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.134

0 引言

扭矩是各種机械传动轴的基本载荷形式，它的测试是研究转动物体在转动过程中扭力矩变化的重要手段，同时也是各类机械产品在研发，品质管控以及安全生产过程中的必要环节[1-2]。因此，提高扭矩测量的准确性、实时性和监测过程中的稳定性是保证产品质量和生产加工安全的至关因素[3-4]。虽然目前扭矩控制仪能够通过串口读取扭矩传感器上的信息并且显示在仪表界面上，但是其功能比较单一，扩展性能比较差，操作也相对比较复杂。

近些年来，LabVIEW作为是一种图形化编程语言[5-7]，以其编程灵活、流程清晰、开发周期短、扩展性好的优点，广泛被应用于自动化工程领域的监控、检测系统开发[8]。

因此，本文基于LabVIEW开发了一种扭矩实时监测系统。该系统在扭矩控制仪能够读取扭矩传感器中扭矩信息的基础上，利用RS232串口通讯的方式实时采集扭矩信息，并运用图形化编程语言LabVIEW 设计研发人机交互界面来分析、处理以及存储扭矩信息。该系统开发周期短，操作性简单，而且实时性较好，准确性较高，这为各类信号的同步监测以及各种串口仪表通讯软件的设计提供了一种新思路，具有良好的实用推广价值。

1 扭矩监测系统整体框架

扭矩监测系统硬件由工业计算机、扭矩传感器、扭矩控制仪以及用于夹持扭矩传感器两端的机械装置组成。系统监测流程框图如图1所示。

首先将扭矩传感器固定安装在待测位置并通过电缆线与扭矩仪相连；接着利用RS232串口通讯的方式将采集到的信息发送至工业计算机中进行处理；最后通过信息分析、处理模块将采集到的扭矩信息进行处理、显示以及存储。

2 监测系统人机界面整体规划

扭矩监测系统的交互界面主要由扭矩监测系统设置界面、扭矩信息实时采集界面、历史数据查询界面以及一些特殊功能的交互界面等4个部分构成。其监测系统结构功能架构图如图2所示。

3 监测系统设计及功能验证

3.1 监测系统主界面设计

软件系统设计是基于LabVIEW开发的人机界面，程序主要操作流程图如图3所示。

扭矩监测系统主界面如图4所示，其中，系统设置界面位于主界面右侧上方，主要用于设置合格判据值，以及待测扭矩产品的基本信息。扭矩采集界面位于主界面的左上侧，主要显示了当前扭矩实时值的波形。扭矩信息历史记录界面居于主界面左下侧，主要记录了每一次监测扭矩信息。特殊功能的交互界面在主界面的右下方，主要包含了人为单次操作、程序设置以及退出程序等功能。

3.2 监测系统功能验证

运用所搭建的软硬件平台进行动态扭矩加载监测实验。首先开启扭矩监测系统，在主界面系统设置区域进行产品信息设置，接着将扭矩从0Nm开始按照0.1Nm/s的速度依次增加至10Nm，接着以同样的速度再逐渐下降至0Nm，整个过程上位机监测到的扭矩实时值的波形如图5所示。

从图中可以看出，LabVIEW监测到的扭矩值和扭矩控制仪上的显示结果是一样的。进一步说明该监测系统能够准确、实时地通过RS232串口采集到扭矩控制仪中的扭矩值，满足了实际生产要求。

4 结束语

针对扭矩传感器及扭矩控制仪监测信号单一和无扩展性的问题，基于LabVIEW软件与RS232串口通讯方式设计了一种的扭矩实时监测系统，实现了扭矩信息实时监测。该系统采集的扭矩信息准确性高，稳定性强，具有良好的实用价值。这为各类信号的同步检测以及各种串口仪表通讯软件的设计提供了参考价值和一种新思路。

参考文献：

[1]王小龙，李代生，季立江等.基于LabVIEW的高精度扭矩测试系统[J].仪表技术与传感器，2007（07）：25-26.

[2]杨俊锋，韩佩富，白文普等.基于LabVIEW的在线动态扭矩测试仪设计[J].电子测量技术，2007（07）：72-74.

[3]蔡春丽，柴寿臣，李宝生.基于WSNs与LabVIEW的扭矩测试系统设计[J].传感器与微系统，2015，30（08）：66-68.

[4]白文普，杨俊锋，韩佩富.基于虚拟仪器的动态扭矩测试系统的研究[J].微计算机信息，2007（01）：172-174.

[5]M.Mahmoodi，L.A.James，T.Johansen.Automated advanced image processing for micromodel flow experiments；an application using labVIEW[J].Journal of Petroleum Science and Engineering，2018（167）：829-843.

[6]Selim Aydin，Erol Kam.Developing of an automation for therapy dosimetry systems by using labview software [J].Results in Physics，2018（09）：1007-1015.

[7]许立，刘恺.基于LabVIEW的钻削温度动态测试系统设计[J].工具技术，2009（09）：91-93.

[8]梁志国.一种四参数正弦参量估计算法的改进及实验分析[J].计量学报，2017，38（04）：492-498.

作者简介：程爱珍（1978-），女，贵州安顺人，硕士，讲师，主要研究方向：机械工程、机器视觉。