摘要：針對傳統模擬測試方法在電液伺服系統性能測試方面的局限性，為全面、準確測試某型裝備電液伺服系統的技術性能，科學評估裝備維修后到的技術指標，需采用高新技術以達到高效、便捷的測試目的。通過應用當前測試領域先進的虛擬儀器技術，以計算機數據采集和處理系統為開發平臺，在 LabVIEW虛擬儀器開發環境下，構建裝備電液伺服設備性能虛擬測試系統，從8個方面測試設備的各項性能指標。經過實踐驗證，該測試系統具有測試精度高、速度快、性價比高、測試的重復性和可靠性高等優點，能有效的彌補傳統分離儀表模擬測試方法的不足。

關鍵詞：電液伺服;性能測試;虛擬儀器;LabVIEW平臺;硬件設計

隨著現代軍事裝備技術的不斷進步，武器系統的結構越來越復雜，性能越來越先進。電液伺服系統除了具有液壓傳動的各種優點外，還具有體積小、反應快、系統剛度大和控制精度高等優點，在武器系統中得到廣泛應用。傳統的電液伺服測試系統采用的分立模擬儀表技術，因其要求儀器儀表數量多、測試精度差、人為操作誤差大、成本高等缺點，已經無法滿足現代電液伺服系統高精度、自動化的檢測需求。隨著計算機技術和液壓測試技術的飛速發展，計算機輔助測試(CAT)技術和虛擬儀器在液壓系統測試中得到了廣泛的應用。它具有測試精度高、速度快、性價比高、測試的重復性和可靠性高等優點，有著很好的應用前景。開發一套基于虛擬儀器平臺的測試系統，可以很好地解決裝備電液伺服系統的性能測試和維護難題。

文中以虛擬儀器和計算機自動測試為開發平臺，設計某型裝備電液伺服性能測試系統的硬件實現過程。以計算機數據采集、信號處理、GPIB和LabVIEW圖形化語言為核心，進行電液伺服系統的性能檢測與故障診斷，實現測試自動化、數據采集精準化。測試系統對提高裝備電液伺服系統的工作穩定性、維護及故障排除起到重要作用。

1 虛擬儀器技術員的特點

虛擬儀器是一種概念性儀器，是由計算機、儀表硬件、固件和應用軟件組成的測試系統。使用計算機的軟、硬件資源，使本來需要硬件實現的技術軟件化(虛擬化)，突破了傳統物理儀器在數據處理、精度等方面的局限，提高儀器的功能和使用效率。計算機與模塊化功能硬件稱為虛擬儀器的計算機硬件平臺。其優勢是開放性好，實現了部分物理儀器硬件的軟件化。設計者根據需求，只要加入不同的軟件模塊，就可以開發不同功能的測試系統，降低了硬件設計的難度，縮短系統開發時間，靈活性較強。而其圖形化界面與圖形化編程語言，人機交互較好。虛擬儀器系統包括儀器硬件和開發軟件兩個基本要素，在虛擬環境下，硬件系統包括工控計算機和測控功能硬件，開發軟件包括硬件驅動程序、應用程序和界面程序。就功能而言，虛擬儀器與傳統物理儀器一樣也是由3大功能塊組成，即信號采集、信號的分析處理、結果表達。虛擬儀器系統的功能劃分如圖1所示。

2 電液伺服系統測試系統的原理構成

本文設計的某型裝備電液伺服綜合性能檢測系統有兩大組成部分：硬件平臺和軟件系統。硬件平臺包括各類傳感器、信號采集與調理模塊、工業控制計算機、控制信號輸入面板、數據采集卡和顯示器。軟件部分則利用LabVIEW平臺開發的應用軟件系統來實現信號的采集、分析、處理和顯示。

某型裝備電液伺服綜合性能檢測系統的原理是通過3類傳感器，即壓力傳感器、流量傳感器、溫度傳感器，從被測電液伺服系統相關部位采集各類模擬信號，將這些信號經過檢波、放大、調理后，由數據采集卡進行采集，然后將信號送往工控機，在LabVIEW軟件平臺下完成被測電液伺服系統的各種參數設置及性能測試，檢測結果在屏幕上進行顯示或者通過打印機打印輸出。該測試系統的基本原理如圖2所示。

3 電液伺服性能測試系統總體結構設計

3.1 電液伺服虛擬測試系統完成的主要功能

根據該型裝備電液伺服系統的技術指標，測試系統分八個模塊設計測試功能：

1)初始狀態測試：測試電液伺服系統啟動前的各項機械、電氣所處的狀態。

2)準備狀態測試：給測試系統電控制信號后，測試系統啟動并進入加電工作狀態，顯示目前的各項工作參數。

3)壓力測試：此項是給電液伺服系統中旁通組合加電，測試旁通回路的壓力。

4)主泵壓力流量測試：測試電液伺服系統中液壓源的性能指標，包括工作壓力和輸出流量，依此判斷液壓泵的功率情況。

5)電液伺服閥內泄漏特性測試：空載狀態下電液伺服閥零偏時，伺服閥閥芯不在零位測試伺服閥內泄漏值。

6)電液伺服閥空載流量測試：給定伺服閥壓降和零負載壓力下，使輸入電流在正負額定電流之間，以使閥的動態特性不產生影響，測試負載輸出的流量。

7)電液伺服閥頻率響應測試：輸入電流在某一頻率范圍內做等幅變頻正弦變化時，測試空載流量與輸入電流的百分比，測試伺服閥的頻寬值。

8)安全閥性能測試：此項是用來測試電液伺服系統在超壓時，設定的安全閥能否正常工作;對系統進行超壓保護時，調定值是否為設計時的調定值，確保安全閥性能正常。

3.2 電液伺服性能測試系統的硬件結構

本裝備電液伺服綜合性能檢測系統的硬件組成包括傳感器系統(壓力采集、流量采集、溫度采集)、信號調理模塊、數據采集卡(DAQ)、工程控制計算機等，硬件組成如圖3所示。

3.3 測試系統硬件

3.3.1 傳感器

傳感器是一種檢測裝置，能將檢測到的信息按一定規律變換成為電信號輸出，滿足信息的傳輸、處理和控制等要求。通常電液伺服測試系統所要測量的物理量一般是溫度、壓力、流量等非電量和伺服閥控制電流電壓等電量。本測試系統根據該型裝備測試對象的性能指標，主要選取的傳感器為是流量傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器和電流傳感器。

1)流量傳感器

在本套測試系統數據采集中，對流量的數據采集主要是測試系統中兩種工作回路中的流量參數進行測量(兩個回路分別為高壓回路的小流量參數及低壓回路的大流量參數)，小流量參數為2.0 L/min，目的是測試電液伺服系統伺服閥的內泄漏、空載流量等參數。大流量參數為65 L/min，目的是測試電液伺服系統的回油能力和能量源性能。

流量傳感器主要有渦輪流量傳感器和齒輪流量傳感器等，渦輪流量傳感器具有體積小、重量輕、耐高溫、防爆、不耗電等優點，在測試粘度低、油液呈大流量時同時還具有精度好、防腐、抗高壓，抗電磁干擾優勢。本套測試系統采用的CLL-8、CLG-4型渦輪流量傳感器，技術指標見表1。

2)壓力傳感器

壓力傳感器主要有電容式壓力傳感器、變磁阻式壓力傳感器、光纖式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器等。對壓力的數據采集主要是對測試系統中的多個工作回路中的壓力參數進行測量(分別為油源回路、工作回路和背壓回路)，關鍵是壓力傳感器把測試數據輸送到信號調理模塊中實現初采集。根據被測對象壓力參數指標，本系統采用CY-YZ-174微機械加工硅壓力傳感器，技術指標見表2。

3)溫度傳感器

溫度傳感器分為熱電阻式傳感器、熱電偶式傳感器、接觸式溫度傳感器、非接觸式溫度傳感器等。在電液伺服系統工作時，為防止因為摩擦、節流、溢流等原因造成溫度過高，從而引起系統損，對系統溫度信號實時進行采集，并分析油溫變化情況。當油溫超出警戒線時，給出信號進行報警。

測試系統主回油最高報警溫度為80℃，熱敏電阻式溫度傳感器已能滿足系統需要。熱敏電阻式傳感器具有測量精度高、穩定性能好、抗腐蝕性好、抗惡劣環境性能好的特點。本系統采用WZP-533溫度傳感器，技術指標見表3。

3.3.2 信號調理模塊

信號調理模塊也稱隔離變送器模塊，是測試系統信號到被測對象的信號通道，將接收設備產生的各種信號，經過此信號調理模塊變送成用戶所需要的其他信號，實現信號的分配、放大/衰減、信號濾波、隔離傳送、轉接盒調理傳輸到接收設備，可以有效抑制設備之間的信號干擾，具有更好的溫漂特性和線性度。前級信號調理采用5B系列高性能隔離調理模塊，對直接接入的各種傳感器信號進行全面調理。適合環境惡劣、存在易爆氣體的場合，且使用方便的高性能模塊化隔離調理模塊，具體技術指標見表4。

3.3.3 數據采集卡

數據采集(Data Acquisition)卡是實現數據采集功能的計算機擴展卡，通過USB、PXI、PCI、ISA等總線接入計算機。數據采集卡由四部分組成，即多路開關、放大器、采樣/保持器和A/D轉換器。4部分均處于工控計算機的前向通道，是集成數據采集卡的一個重要環節，而D/A轉換器則處于工控計算機的后續通道。綜合各種參數指標，我們在本套測試系統中采用NI公司的PCI-6025E系列數據采集卡，具體指標如下：1)16路12位單端模擬輸入;2)200 kS/s采樣速率;3)2路12位模擬輸出;4)32條數字I/O線;5)2個24位20 MHz計數器/定時器。

3.3.4 工控計算機

測試現場設備振動強度大，環境惡劣，電磁干擾嚴重，因此所選用的工業控制計算機必須滿足抗干擾性能好，穩定性能優等要求。本系統選用某公司生產的IPC系列機箱，內置NORC0-660VE全長CPU卡，該卡集成了VGA顯卡及10 M/100 M自適應網卡，具有超溫報警自動降頻、ESD保護、BIOS防病毒等先進功能，機箱具備特殊的模塊化設計，可使用戶以最短停機時間維護系統，并具有較高的防塵、防磁、防沖擊的能力，適合現場使用。

4 電液伺服測試系統的技術指標

1)測試精度：壓力、流量、溫度、電流：1%。

2)輸入強電信號：380 V±15%220 V±10%50 Hz±10%。

3)傳感器輸出：0～10 mA。

4)系統中油液的報警控制范圍：0～90℃。

5 結論

利用虛擬儀器技術開發先進的測試系統是目前測試領域內研究的重要方向，本文詳細介紹了某型電液伺服測試系統的組成結構和模型，構建了測試系統的硬件框架，并根據被測試對象的技術參數，建立硬件系統，可以自動實現測試功能。實際應用證明，該系統運行良好、自動化程度高、測試數據精度高，能高效便捷的實現測試功能。