本发明公开了一种轴流风机全自动测试系统。本发明包括控制显示模块、驱动电机模块、数据采集模块、风洞模块、校准模块和移动模块。控制显示模块包括控制处理器、输入单元、显示器和数据总线芯片；驱动电机模块包括可编程稳压电源和驱动电机；数据采集模块包括热线探针、轴流风机测速仪、数据采集卡和压力传感器；移动模块包括移动控制器和移动坐标架；校准模块包括校准器、调节阀、截止阀、过滤器、空气压缩机、热电偶和压力传感器；风洞模块包括风洞、导流风扇、整流网、喷嘴和变频器。本发明避免了传统常规测试方法的众多弊端，且整个过程实现了测试全自动化，大大降低了测量误差，提高了测试效率，增加了实测数据的可靠性。
1.一种轴流风机全自动测试系统，其特征在于包括控制显示模块、驱动电机模块、数据采集模块、风洞模块、校准模块和移动模块；
控制显示模块包括控制处理器、输入单元、显示器和数据总线芯片；
数据采集模块包括热线探针、轴流风机测速仪、数据采集卡和压力传感器；
移动模块包括移动控制器和移动坐标架，所述的移动坐标架包括基座、Y轴滑块、X轴滑块、Z轴滑块、U形支架和步进电机；
校准模块包括校准器、调节阀、截止阀、过滤器、空气压缩机、热电偶和压力传感器；
风洞模块包括风洞、导流风扇、整流网、喷嘴和变频器；
风洞模块中的风洞内设置有扭矩传感器、热线探针、驱动电机、压力探头和静压探头；
扭矩传感器和驱动电机通过固定架设置在风洞内壁上，扭矩传感器与驱动电机的输出轴相连接；风洞内自前向后依次自带有整流网、喷嘴和导流风扇，且整流网设置在风洞中间位置，喷嘴设置在风洞后半段，导流风扇设置在风洞的尾端，与变频器相连接；静压探头设置在风洞前半段的内壁上，靠近轴流风扇，外接待测试的轴流风扇的位置设置在风洞口；压力探头设置在风洞内喷嘴的两侧，用来测量喷嘴两侧的压差；
控制显示模块中的控制处理器的输入接口和输出接口分别与输入单元和显示器相连接；数据总线芯片设置在控制处理器的控制接口上；控制显示模块通过数据总线芯片分别与校准模块、驱动电机模块中的可编程稳压电源、数据采集模块中的数据采集卡和移动模块中的移动控制器相连接；
控制处理器用于处理各种信号的接收、发送和存储，包括输入接口、输出接口、控制接口、微处理器、复位IC芯片、看门狗芯片、晶振、程序下载接口和存储器；微处理器分别与输入接口、输出接口、控制接口、复位IC芯片、看门狗芯片、晶振、程序下载接口和存储器连接；
驱动电机模块中可编程稳压电源为驱动电机供电，驱动电机的输出轴外接待测试的轴流风扇；
校准模块中校准器的校准风洞上设置有热电偶，调节阀的一端通过接口与校准风洞的底部接口连接；压力传感器设置在轴流风机测速仪和校准风洞之间；热线探针的探头通过支架设置在校准风洞口；同时热电偶的另一端、热线探针的尾端又均与轴流风机测速仪相对应的接口连接，轴流风机测速仪还与数据采集卡连接；调节阀的另一端与截止阀的一端相连接，截止阀的另一端与过滤器的一端相连接，过滤器的另一端与空气压缩机连接；
数据采集模块中数据采集卡与轴流风机测速仪的一个接口相连接，轴流风机测速仪的另一个接口与热线探针相连接；U形支架开口端的一个侧面与Z轴滑块上的导轨活动连接；
热线探针设置在U形支架开口端的另一侧面上，且该侧面穿过风洞上的开口，伸入风洞内；
移动模块中移动控制器与移动坐标架中的三个步进电机连接，三个步进电机分别设置在Y轴滑块、X轴滑块、Z轴滑块上，Y轴滑块、X轴滑块、Z轴滑块三者活动连接，组成三维坐标系后固定设置在基座上。
2.如权利要求1所述的轴流风机全自动测试系统，其特征在于所述的校准模块和数据采集模块共用压力传感器。
3.如权利要求1所述的轴流风机全自动测试系统，其特征在于所述的数据采集模块和校准模块共用轴流风机测速仪和热线探针，数据采集模块和校准模块对热线探针的使用存在先后顺序。
4.如权利要求1所述的轴流风机全自动测试系统，其特征在于测试流程如下：
首先，通过校准模块进行校准，通过控制显示模块中输入显示端的输入单元输入电压、温度、压强，当控制显示模块中的控制处理器检测到信息后，通过控制显示模块的二号通道将温度信号、压强信号传递给轴流风机测速仪；通过调节阀改变校准风洞的进风量，使得数据采集卡采集到不同风速下的输出电量，并将数据通过二号通道反馈给数据总线芯片，再通过控制接口传送给控制显示模块的控制处理器，控制处理器通过输出接口输出给显示器，显示器以文本格式和曲线的形式显示校正曲线，增加测量的精确度；
其次，测试轴流风扇，通过控制显示模块的输入单元输入驱动电机电压，并通过一号通道传递给驱动电机模块中的可编程稳压电源，使得待测风扇按一定转速旋转；同时控制显示模块的控制处理器不断检测是否有来自数据采集模块的实测数据，数据总线芯片通过三号通道接收来自数据采集模块中的数据采集卡的脉冲信号，然后通过控制接口传送给控制处理器，控制处理器接收到数据储存并通过显示器以文本格式和曲线的形式显示；
最后，调整热线探针的测量位置，通过控制显示模块的输入单元输入指令，控制处理器接收、存储指令，将指令转换成脉冲信号，并通过显示器显示指令；通过控制接口、数据总线芯片、四号通道将脉冲信号传送给移动模块中的移动控制器，再由移动控制器将脉冲信号传送给移动坐标架中的步进电机，由步进电机带动X轴滑块、Z轴滑块、U形支架分别在Y轴导轨、X轴导轨、Z轴导轨上移动，从而改变热线探针的测量位置。
一种轴流风机全自动测试系统
技术领域
[0001] 本发明属于风机性能测试系统，尤其涉及一种轴流风机全自动测试系统。
背景技术
[0002] 轴流风机广泛应用于电脑、服务器、空调、冰箱等昂贵产品中的通风散热领域。目前市场上的普通风机的效率普遍不高，为了使风机能在高性能区运行，需要参照风机的性能曲线来选择风机的最佳运行工况点。目前，我国风机性能测试的方法以传统常规方法为主，主要采用人工读取表计的方法测试，这些方法不仅费时费力，而且在人工读取记录过程中容易产生误差，测试精度很难保证。它们存在着参与人员多、测试效率低、可靠性差等弊端。轴流风机全自动测试系统很好地解决了上述难题，并通过移动坐标架实现测试全自动化，不需要人工手动改变测量位置，提高了测量精度、测量效率以及实测数据的可靠性。
发明内容
[0003] 本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种轴流风机全自动测试系统。本发明不仅避免了传统常规测试方法的众多弊端，而且整个过程通过移动坐标架实现了测试全自动化，避免了人工手动改变测量位置的诸多不便，大大降低了测量误差，提高了测试效率，增加了实测数据的可靠性。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
[0005] 本发明包括控制显示模块、驱动电机模块、数据采集模块、风洞模块、校准模块和移动模块。
[0006] 控制显示模块包括控制处理器、输入单元、显示器和数据总线芯片；
[0007] 驱动电机模块包括可编程稳压电源和驱动电机；
[0008] 数据采集模块包括热线探针、轴流风机测速仪、数据采集卡和压力传感器；
[0009] 移动模块包括移动控制器和移动坐标架，所述的移动坐标架包括基座、Y轴滑块、X轴滑块、Z轴滑块、U形支架和步进电机；
[0010] 校准模块包括校准器、调节阀、截止阀、过滤器、空气压缩机、热电偶和压力传感器；
[0011] 风洞模块包括风洞、导流风扇、整流网、喷嘴和变频器；
[0012] 所述的校准模块和数据采集模块共用压力传感器；
[0013] 风洞模块中的风洞内设置有扭矩传感器、热线探针、驱动电机、压力探头和静压探头；扭矩传感器和驱动电机通过固定架设置在风洞内壁上，扭矩传感器与驱动电机的输出轴相连接；风洞内自前向后依次自带有整流网、喷嘴和导流风扇，且整流网设置在风洞中间位置，喷嘴设置在风洞后半段，导流风扇设置在风洞的尾端，与变频器相连接；静压探头设置在风洞前半段的内壁上，靠近轴流风扇，外接待测试的轴流风扇的位置设置在风洞口；压力探头设置在风洞内喷嘴的两侧，用来测量喷嘴两侧的压差，用于计算流量。
[0014] 控制显示模块中的控制处理器的输入接口和输出接口分别与输入单元和显示器相连接；数据总线芯片设置在控制处理器的控制接口上；控制显示模块通过数据总线芯片分别与校准模块、驱动电机模块中的可编程稳压电源、数据采集模块中的数据采集卡和移动模块中的移动控制器相连接。
[0015] 控制处理器用于处理各种信号的接收、发送和存储，包括输入接口、输出接口、控制接口、微处理器、复位IC芯片、看门狗芯片、晶振、程序下载接口和存储器。微处理器分别与输入接口、输出接口、控制接口、复位IC芯片、看门狗芯片、晶振、程序下载接口和存储器连接。
[0016] 驱动电机模块中可编程稳压电源为驱动电机供电，驱动电机的输出轴外接待测试的轴流风扇。
[0017] 校准模块中校准器的校准风洞上设置有热电偶，调节阀的一端通过接口与校准风洞的底部接口连接；压力传感器设置在轴流风机测速仪和校准风洞之间；热线探针的探头通过支架设置在校准风洞口；同时热电偶的另一端、热线探针的尾端又均与轴流风机测速仪相对应的接口连接，轴流风机测速仪还与数据采集卡连接；调节阀的另一端与截止阀的一端相连接，截止阀的另一端与过滤器的一端相连接，过滤器的另一端与空气压缩机连接。
[0018] 数据采集模块中数据采集卡与轴流风机测速仪的一个接口相连接，轴流风机测速仪的另一个接口与热线探针相连接；U形支架开口端的一个侧面与Z轴滑块上的导轨活动连接；热线探针设置在U形支架开口端的另一侧面上，且该侧面穿过风洞上的开口，伸入风洞内；
[0019] 移动模块中移动控制器与移动坐标架中的三个步进电机连接，三个步进电机分别设置在Y轴滑块、X轴滑块、Z轴滑块上，Y轴滑块、X轴滑块、Z轴滑块三者活动连接，组成三维坐标系后固定设置在基座上。
[0020] 所述的数据采集模块和校准模块共用轴流风机测速仪和热线探针，数据采集模块和校准模块对热线探针的使用存在先后顺序。
[0021] 本发明测试流程如下：
[0022] 本发明通过控制显示模块控制其他模块，并接收、处理、储存和显示数据采集模块采集到的数据；同时控制移动控制器中的步进电机带动X轴滑块、Z轴滑块和U形支架移动，从而调整热线探针的测量位置，测得风洞中不同位置的风速。
[0023] 首先，通过校准模块进行校准。通过控制显示模块中输入显示端的输入单元输入电压、温度、压强等信息。当控制显示模块中的控制处理器检测到信息后，通过控制显示模块的二号通道将温度信号、压强信号传递给轴流风机测速仪。通过调节阀改变校准风洞的进风量，使得数据采集卡采集到不同风速下的输出电量，并将数据通过二号通道反馈给数据总线芯片，再通过控制接口传送给控制显示模块的控制处理器，控制处理器通过输出接口输出给显示器，显示器以文本格式和曲线的形式显示校正曲线，增加测量的精确度。
[0024] 其次，测试轴流风扇。通过控制显示模块的输入单元输入驱动电机电压，并通过一号通道传递给驱动电机模块中的可编程稳压电源，使得待测风扇按一定转速旋转；同时控制显示模块的控制处理器不断检测是否有来自数据采集模块的实测数据，数据总线芯片通过三号通道接收来自数据采集模块数据采集卡的脉冲信号，然后通过控制接口传送给控制处理器，控制处理器接收到数据储存并通过显示器以文本格式和曲线的形式显示。
[0025] 然后，调整热线探针的测量位置。通过控制显示模块的输入单元输入指令，控制处理器接收、存储指令，将指令转换成脉冲信号，并通过显示器显示指令；通过控制接口、数据总线芯片、四号通道将脉冲信号传送给移动模块中的移动控制器，再由移动控制器将脉冲信号传送给移动坐标架中的步进电机，由步进电机带动X轴滑块、Z轴滑块、U形支架分别在Y轴导轨、X轴导轨、Z轴导轨上移动，从而改变热线探针的测量位置。
[0026] 本发明有益效果：
[0027] 本发明具有风洞模块、控制显示模块、驱动电机模块、校准模块、数据采集模块和移动模块，实现了基于小型风洞的轴流风机性能和全流域内部流场特性的全自动测量，改变了原有的通过人工手动控制热线探针测量位置的测量方式，通过这些模块实现全自动测得风速、静压、扭矩等轴流风机的性能参数，不需要人工手动调整测量位置，减少了参与人员，提高了测量效率，测量精度，增加了实测数据的可靠性。
附图说明
[0028] 图1是本发明的测试装置图；
[0029] 图2是本发明的电路框图；
[0030] 图3是本发明控制显示模块中控制处理器的电路框图；
[0031] 图4是本发明驱动电机模块的电路框图；
[0032] 图5是本发明校准模块的电路框图；
[0033] 图6是本发明数据采集模块的电路框图；
[0034] 图7是本发明移动模块的电路框图；
[0035] 图8是本发明系统流程图。
[0036] 图中，控制显示模块1、数据采集卡2、轴流风机测速仪3、移动控制器 4、基座 5、Y轴滑块6、 X轴滑块7、 Z轴滑块8、 U形支架9、可编程稳压电源10、轴流风扇11、热线探针12、扭矩传感器13、驱动电机14、静压探头15、风洞16、整流网17、喷嘴18、压力探头19、导流风扇20、步进电机21、变频器22、调节阀23、截止阀24、过滤器25、空气压缩机26、校准器
27、热电偶28、压力传感器29。
具体实施方式
[0037] 下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0038] 一种轴流风机全自动测试系统，包括控制显示模块、驱动电机模块、数据采集模块、风洞模块、校准模块和移动模块。
[0039] 控制显示模块1包括控制处理器、输入单元、显示器和数据总线芯片；
[0040] 驱动电机模块包括可编程稳压电源10和驱动电机14；
[0041] 数据采集模块包括热线探针12、轴流风机测速仪3、数据采集卡2和压力传感器29；
[0042] 移动模块包括移动控制器4和移动坐标架，所述的移动坐标架包括基座5、Y轴滑块6、X轴滑块7、Z轴滑块8、U形支架9和步进电机21；
[0043] 校准模块包括校准器27、调节阀23、截止阀24、过滤器25、空气压缩机26、热电偶28和压力传感器29；
[0044] 风洞模块包括风洞16、导流风扇20、整流网17、喷嘴18和变频器22；
[0045] 所述的校准模块和数据采集模块共用压力传感器29。
[0046] 如图1所示，风洞模块中的风洞内设置有扭矩传感器13、热线探针12、驱动电机、压力探头和静压探头；扭矩传感器13和驱动电机14通过固定架设置在风洞内壁上，扭矩传感器13与驱动电机14的输出轴相连接，用于测量轴流风扇的扭矩；风洞内自前向后依次自带有整流网17、喷嘴18和导流风扇20，且整流网17设置在风洞中间位置，用来整流径向速度，留下轴向速度使风洞内的气体流动更加平稳；喷嘴18设置在风洞后半段，用来产生压差；导流风扇设置在风洞的尾端，与变频器22相连接，由变频器控制导流风扇的转速，以达到调节风洞内风量的目的；静压探头15设置在风洞前半段的内壁上，靠近轴流风扇11，由压力传感器29直接测得静压；外接待测试的轴流风扇11的位置设置在风洞口；压力探头设置在风洞内喷嘴的两侧，用来测量喷嘴两侧的压差，由毕托管连出至压力传感器直接测得压差，用于计算流量。
[0047] 所述的变频器22的型号为ATV58HU18N4；
[0048] 如图2所示，控制显示模块中的微处理器的输入接口和输出接口分别与输入单元和显示器相连接；数据总线芯片设置在微处理器的控制接口上；控制显示模块通过数据总线芯片分别与校准模块、驱动电机模块中的可编程稳压电源10、数据采集模块中的数据采集卡2和移动模块中的移动控制器4相连接。
[0049] 如图3所示，控制处理器用于处理各种信号的接收，发送和存储。其中的微处理器分别与输入接口、输出接口、控制接口、复位IC芯片、看门狗芯片、晶振、程序下载接口和存储器连接。微处理器不断检测输入接口的电平信号，该电平信号来自控制显示模块的键盘触发，微处理器将电平信号识别处理后，发送脉冲信号给数据总线芯片，同时微处理器不断检测控制接口来自信号接口的数据总线芯片的脉冲信号，微处理器将脉冲信号进行处理后将脉冲信号传送给输出接口，输出接口再将脉冲信号传送给控制显示模块的显示器显示出来。
[0050] 复位IC芯片用于系统复位；看门狗芯片在发生软件故障时，通过使器件复位（如果软件未将器件清零将单片机复位），也可用于将器件从休眠或空闲模式唤醒；晶振用于提供稳定的时钟信号；
[0051] 所述的微处理器的型号为ADM706SARZ，复位IC芯片的型号为BL8509，门狗芯片的型号为MAX813L，晶振的型号为49SMD-11.0592MHz，程序下载接口为JTAG，存储器的型号为K9F5608U0D-PIB0；
[0052] 如图4所示，驱动电机模块中可编程稳压电源10为驱动电机14供电，驱动电机14的输出轴外接待测试的轴流风扇11。可编程稳压电源接收来自控制显示模块中脉冲信号后，转换成相应的电压值输出给驱动电机，驱动轴流风扇旋转工作，改变电压值可改变轴流风扇的转速，从而改变轴流风扇的出风量。
[0053] 所述的可编程稳压电源的型号为HSPY200-01，驱动电机的型号为FBL5120，轴流风扇的型号为125FZY2-S；
[0054] 如图5所示，校准模块用于热线探针的校正，获得校正曲线。对每支探针，为了获得其精确的响应关系，就必须随仪器一起标定，并且在测量过程中多次校正。测出输出电量后利用已知的校正曲线，就可查出对应的被测流速。校准模块中校准器27的校准风洞分别与压力传感器29、热电偶28、调节阀23连接，热线探针12置于校准风洞口，而压力传感器、热电偶、热线探针又均与轴流风机测速仪3相对应的接口连接，轴流风机测速仪还与数据采集卡2连接；调节阀与截止阀24连接，截止阀与过滤器25连接，过滤器与空气压缩机26连接。打开空气压缩机、截止阀，调整调节阀改变进入校准风洞进风量的大小，同时控制显示模块的微处理器不断检测输入接口的电平信号，该电平信号来自控制显示模块的键盘触发，微处理器将电平信号识别处理后，发送脉冲信号给数据总线芯片，再通过二号通道传送给轴流风机测速仪，准备就绪后采集不同风量下的输出电量。微处理器不断检测控制接口来自校准模块中数据采集卡的脉冲信号，微处理器将脉冲信号进行处理后将脉冲信号传送给输出接口，输出接口再将脉冲信号传送给控制显示模块的显示器显示出来，从而形成校正曲线。
[0055] 所述的校准器的型号为1128A，压力传感器的型号为YYJ/GY1-1201，热电偶的型号为WRP-S，调节阀的型号为TA8001-011000，热线探针的型号为1299-20-18，轴流风机测速仪的型号为IFA 300E，数据采集卡的型号为ADCPCI-4，截止阀的型号为B-63TF8，过滤器的型号为SFK12-QFG-1005，空气压缩机的型号为ZB-0.6/8。
[0056] 如图6所示，数据采集模块中数据采集卡2与轴流风机测速仪3的一个接口相连接，轴流风机测速仪3的另一个接口与热线探针12相连接；U形支架9开口端的一个侧面与Z轴滑块8上的导轨活动连接；热线探针12设置在U形支架9开口端的另一侧面上，且该侧面穿过风洞上的开口，伸入风洞内。热线探针作为轴流风机测速仪的感应部件，将风速在轴流风机测速仪中转换为电流信号，通过数据采集卡发送给控制显示模块。同时用户可通过控制显示模块中的键盘给移动模块中的移动控制器发送脉冲信号，从而改变热线探针的测量位置，测出风洞不同位置的输出电量，得到对应的被测流速。
[0057] 如图7所示，移动模块中移动控制器4与移动坐标架中的三个步进电机21连接，三个步进电机分别设置在Y轴滑块6、X轴滑块7、Z轴滑块8上，Y轴滑块6、X轴滑块7、Z轴滑块8三者活动连接，组成三维坐标系后固定设置在基座5上。用户通过控制显示模块中的键盘给移动模块中的步进电机控制器发送脉冲信号，当步进电机控制器接收到脉冲信号后，控制三台步进电机根据不同要求开始工作，带动X轴滑块、Z轴滑块、T形支架在各导轨上移动，从而改变热线探针的测量位置，测出风洞不同位置的输出电量。
[0058] 所述的移动控制器的型号为YN7-SC100，步进电机的型号为NH7-110BYG4602；
[0059] 如图8所示，本发明的系统软件通过程序下载接口（JUAG）下载存储到控制处理器的位处理器中。当系统通电工作后，微处理器将对各存储单元初始化，并自行检测是否存在故障，如果存在故障，系统将自行终止，如果不存在，系统将开始检测缓冲寄存器1中的内容是否发生改变，如果发生改变，将缓冲寄存器1中的内容通过显示器以文本格式显示出来，如果发生改变，将缓冲寄存器1中的内容通过串口指令发送给可编程稳压电源和轴流风机测速仪，同时将缓冲寄存器1中的内容通过显示器以文本格式显示出来。当缓冲寄存器1中的内容通过串口指令发送出去后，系统不断利用串口指令检测是否接收到来自可编程稳压电源和轴流风机测速仪串口指令的就绪指令，一旦检测到就绪指令，系统就调用通信函数将接收到的数据存储在存储器2中，如果没有检测到就绪指令，系统将反复检测就绪指令的存在。系统再对存储器2中的内容进行校验后，如果内容正确将其通过显示器以文本格式和曲线形式显示出来，否则重新调用通信函数将接收到的数据存储在存储器2中，最后如果要终止系统，就通过输入单元终止，如果不终止，系统将重新返回检测缓冲寄存器1中的内容是否发生改变。
[0060] 本发明测试流程如下：
[0061] 本发明通过控制显示模块控制其他模块，并接收、处理、储存和显示数据采集模块采集到的数据；同时控制移动控制器4中的步进电机21带动X轴滑块7、Z轴滑块8和U形支架9移动，从而调整热线探针12的测量位置，测得风洞16中不同位置的风速。
[0062] 首先，通过校准模块进行校准。如图2所示，通过控制显示模块中输入显示端的输入单元输入电压、温度、压强等信息。当控制显示模块中的控制处理器检测到信息后，通过控制显示模块的二号通道将温度信号、压强信号传递给轴流风机测速仪。通过调节阀改变校准风洞的进风量，使得数据采集卡采集到不同风速下的输出电量，并将数据通过二号通道反馈给数据总线芯片，再通过控制接口传送给控制显示模块的控制处理器，控制处理器通过输出接口输出给显示器，显示器以文本格式和曲线的形式显示校正曲线，增加测量的精确度。
[0063] 其次，测试轴流风扇。通过控制显示模块的输入单元输入驱动电机电压，并通过一号通道传递给驱动电机模块中的可编程稳压电源，使得待测风扇按一定转速旋转；同时控制显示模块的控制处理器不断检测是否有来自数据采集模块的实测数据，数据总线芯片通过三号通道接收来自数据采集模块数据采集卡的脉冲信号，然后通过控制接口传送给控制处理器，控制处理器接收到数据储存并通过显示器以文本格式和曲线的形式显示。
[0064] 然后，调整热线探针的测量位置。通过控制显示模块的输入单元输入指令，控制处理器接收、存储指令，将指令转换成脉冲信号，并通过显示器显示指令；通过控制接口、数据总线芯片、四号通道将脉冲信号传送给移动模块中的移动控制器，再由移动控制器将脉冲信号传送给移动坐标架中的步进电机，由步进电机带动X轴滑块、Z轴滑块、U形支架分别在Y轴导轨、X轴导轨、Z轴导轨上移动，从而改变热线探针的测量位置。
