淺談農業機械測評系統的設計

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1測評系統的設計

軟件開發平臺選用Labwindows，充分發揮了軟件的強大功能來完成農業機械測評要求，不但節省了硬件成本，且容易操作，同時也大大縮短了整個測試周期。測評系統的工作流程是:三向加速度傳感器將被測振動信號轉換為電量信號;再經電荷放大器的信號調理電路將電量信號進行放大、濾波轉換為標準信號;然后，數據采集卡將電壓信號轉換為計算機可以處理的數字信號;最后，將數字信號送入計算機，在LabWindows/CVI平臺下，調用編寫的應用程序，得到計算結果，將結果輸出到虛擬儀器的面板上。

1．1開發平臺Labwindows介紹

編程軟件采用Labwindows開發平臺。LabWin-dows是NI公司推出的交互式C語言開發平臺，將功能強大、使用靈活的C語言平臺與用于數據采集分析和顯示的測控專業工具有機地結合起來，利用它的集成化開發環境、交互式編程方法、函數面板和豐富的庫函數大大增強了C語言的功能，為熟悉C語言的開發設計人員編寫檢測系統、自動測試環境、數據采集系統、過程監控系統等應用軟件提供了一個理想的軟件開發環境。本測評系統采用模塊化和結構化的設計思想，先設計啟動界面，然后進入主控界面，點擊各個分模塊進入分界面，可實現以下功能:1)手臂X，Y，Z3個方向振動加速度信號的采集、存儲與實時顯示;2)X，Y，Z三維振動加速度信號中心頻率從6.3Hz到1250Hz的1/3倍頻程帶下頻譜的數據存儲與圖形顯示;3)頻率加權網絡的存儲與顯示;4)手傳振動暴露的評價。

1．2數據采集模塊的設計

數據采集為人體接觸手傳振動虛擬儀器測試系統提供數據源，是本虛擬儀器的基本組成部分。數據采集模塊主要是控制振動信號的拾取，根據選擇好的數據采集卡、采集通道，在數據采集前設置采樣頻率、點數。采集的數據通過一個數字濾波器進行濾波，濾波器的類型、低截止頻率、高截止頻率、階次都在軟件中設置為可選。數據采集模塊包括數據采集面板的設計和程序編寫，采集的信號可直接顯示在圖中，并用不同的曲線標出，曲線的顏色、線型等也可以在前面板中設置，并且將采集到的數據自動保存到指定的文件中;程序是面板的后方支援，使用庫函數和回調函數來實現面板的每一個功能，編寫程序實現數據的實

1．3頻譜分析模塊和加權模塊的設計

頻譜分析模塊和加權模塊共同為采集到的信號做分析處理，包括面板設計和程序編寫，是本測試系統的重要組成部分。根據式(1)和式(2)，設計1/3倍頻程濾波器，完成對數據的1/3倍頻程譜分析;并依照加權因子表進行加權處理，最終結果將以數據表和圖的形式表示，并實現存儲和顯示的功能。

1．3．11/3倍頻程譜分析

濾波器的通頻帶寬度為f2～f1即在f1～f2的頻率范圍內的信號全部通過，中心頻率為fc=(f2•f1)/2。濾波帶的分割和中心頻率值也有規定，一般規定幾種“n”倍頻程帶濾波器，n的定義由下式確定，即f2/f1=2n(5)當n=1時，f2/f1=2，這樣的頻率比值所確定的頻程稱1/1倍頻程，通常稱倍頻程，類此，n=1/3時，f2/f1=21/3，這樣的頻率比值所確定的頻程稱1/3倍頻程。在此頻帶(f2～fl)的頻譜，稱1/3倍頻程譜。對于農業機械手傳振動來講，由于1/3倍頻程譜能夠很好地體現整個頻率帶寬的分布情況。因此，對中心頻率為6．3～1250Hz進行1/3倍頻程譜分析尤為重要。本設計中，設計1/3倍頻程濾波器，根據1/3倍頻程譜分析得到各頻帶振動的能量分布，為振動控制提供參考，采取合理的措施，達到保護農民操作者免受振動危害和有助于開發新的手操作農業機械器具的目的。1/3倍頻程是一種等比帶寬的濾波器，在本設計中也體現出了它的優點。

1．3．2加權網絡

加權網絡包括加權因子表和加權結果兩部分，頻率計權反應的是不同頻率產生對手傷害時假定的重要性，為了平衡不同頻率處的振感差異，對整個頻率段(6．3～1250Hz)內的各分頻加速度值進行加權處理。頻率加權應與頻譜分析同步進行，通過計算得到加權結果，作為振動評價的數據來源。

1．4評價模塊的設計

評價模塊包括評價標準和評價結果兩部分，是本測試系統的關鍵部分，需要進行面板設計和程序編寫。根據式(3)和式(4)計算的結果，對照評價標準，可得到白指病發前的暴露時間和預期發生脈管異常的受暴露人員的分布百分數，此為本測評系統的最終結論。

2實例應用

為了驗證本系統的可行性與實用性，將此系統應用在剪羊毛機的手柄振動上，系統中手傳振動測量傳感器采用BK4374型三向加速度傳感器，利用其特制的夾具BK4392型Hand－ArmVibrationSet在不影響操作者工作的前提下，直接感應和接收手臂承受的振動信號;選用NISCXI－1523型電荷放大模塊，將傳感器產生的電荷信號轉換為易于傳輸、處理的電壓量信號;數據采集卡采用了Nl公司的6024E型多功能數據采集卡，它有12位A/D轉換精度，采樣率最大為20kHz，將采集到的模擬信號轉換為數字信號，輸入計算機。基于以上實驗裝置，按照本測評系統的設計，采集到所需要的數據，進行頻譜分析，參照評價標準，做出評價結果，每一過程都能進行存儲和顯示。由此可以看到:本系統操作簡單，根據相應的提示可完成操作，而且測試效率高，在很短的時間內就可以完成整個測試與分析過程。

3結論

本文設計的基于Labwindows軟件平臺的手臂振動測量與評價系統可用于直接測量手臂接受的振動量，并對暴露在振動中的手臂做出評價。測試與評價結果顯示直觀，面板設計人性友好、操作簡便，不僅克服了傳統測評方法計算繁瑣、誤差大、耗時長、投資大的缺點，而且提高了測試效率，加大了靈活性，很好地滿足數字農業領域農業機械測量與評價的需要。

作者：姚燕慧童淑敏單位：內蒙古農業大學機電工程學院