1.2　現代液壓測試系統(tǒng)組成

液壓測試技術作為液壓元件及液壓系統(tǒng)研制和生產的關鍵技術，是驗證產品性能指標、可靠性、壽命等的重要手段，越來越受到液壓生產廠家和科研院所的重視。在計算機技術的推動下，液壓測試技術得到了快速發(fā)展，其應用范圍也越來越廣，不再局限于對液壓元件的測試，還包括了液壓模擬試驗技術。

1.2.1　現代液壓測試系統(tǒng)基本組成

現代液壓測試系統(tǒng)基本組成框圖如圖1-1所示，主要由動力源、測試對象、數據采集系統(tǒng)、通信模塊和控制計算機組成。動力源為測試對象提供動力，測量系統(tǒng)測得所需物理量，并提供給數據采集設備，最終將所有信息傳輸至本地計算機。控制計算機一方面對動力源的啟動、停止、加壓、泄壓等動作進行控制；另一方面對測試所得信息進行分析、處理。本地計算機與動力源、測試對象和數據采集系統(tǒng)間的數據交換和傳輸通過通信模塊完成。遠程計算機還可以通過互聯(lián)網控制本地計算機，實現遠程測試和數據交換。在實際液壓測試中，應用得最多的還是本地測試。并不是任何液壓測試系統(tǒng)都要求包括這些部分，對于簡單的液壓測試，可以只保留其中的必要部分。

（1）動力源

在液壓測試系統(tǒng)中，動力源可為液壓驅動或其他驅動方式。但對于液壓泵試驗系統(tǒng)，其動力源是電動機，而在液壓馬達、液壓閥等液壓元件測試及液壓模擬試驗系統(tǒng)中，動力源則為液壓油源。液壓源的壓力、流量及液流方向，可以根據試驗要求進行控制。

（2）測試對象

液壓測試中，測試對象可為液壓元件，如液壓泵、液壓馬達、液壓閥、液壓缸等，也可為液壓試驗系統(tǒng)中的被試件，甚至可為一個系統(tǒng)。對于簡單的液壓測試系統(tǒng)，其測試對象可能只有一個，而對于復雜的液壓測試系統(tǒng)，往往需要測試多個對象。

（3）數據采集系統(tǒng)

數據采集系統(tǒng)包括測量裝置和數據采集設備，它是整個測試系統(tǒng)的核心之一，其性能直接關系到系統(tǒng)的測試精度和測試性能。測量系統(tǒng)主要由傳感器、模擬調理電路等組成，完成對物理量的檢測和必要的信號調理。數據采集設備對模擬信號進行實時采集，轉化為數字信號后，通過通信接口，將數據傳輸給本地計算機。

（4）本地計算機

本地計算機提供人機操作界面，主要用于控制動力源，與測試對象和數據采集系統(tǒng)進行數據交換和數據傳輸。當獲得測試對象的測試信息后，可在本地計算機上進行數據處理、科學分析，進而生成測試報告，為測試對象的性能評價提供數據依據。

（5）通信模塊

在液壓系統(tǒng)中，本地計算機一般通過可編程邏輯控制器（PLC）對動力源實行遠程控制，它們之間的通信一般為串行通信，如RS-232、RS-422和RS-485。當然，動力源的控制也可手動操作來完成。測試對象和數據采集系統(tǒng)與本地計算機間的通信可通過以太網、USB等通信方式實現。

1.2.2　液壓測試系統(tǒng)分類

在液壓測試系統(tǒng)中，諸如動態(tài)壓力、流量、位移、速度和加速度等被測量都是隨時間連續(xù)變化的物理量。在時間上和數值上都是連續(xù)的物理量稱為模擬量，而在時間上和數量上都是離散的物理量稱為數字量。根據液壓測試系統(tǒng)中所得到的信號類型的不同，可將測試系統(tǒng)分為模擬測試系統(tǒng)和數字測試系統(tǒng)。

（1）模擬測試系統(tǒng)

模擬測試系統(tǒng)的基本原理圖如圖1-2所示，測量裝置可以是傳感器，也可以是儀表，其得到的信號是模擬信號，可直接在儀表盤或示波器上顯示。如液壓油源通常用壓力表測量液壓系統(tǒng)的供油壓力，可直接在壓力表盤上讀數得到壓力值。這種液壓測試系統(tǒng)大部分按照“傳感器+模擬式二次儀表”的模式組成，在測試過程中，一般采用模擬式記錄儀在記錄紙上記錄試驗曲線或由試驗人員讀取并記錄試驗數據，然后根據試驗曲線和試驗數據由試驗人員手工處理得出特性指標。

圖1-3所示為振動測量系統(tǒng)，測量裝置為加速度計，虛線框部分為中間處理環(huán)節(jié)。由加速度計得到的電信號，經過中間處理環(huán)節(jié)的濾波、積分和放大處理后，最終由示波器輸出模擬信號。

模擬測試系統(tǒng)得到的信號是模擬信號，沒有經過A/D轉換，不能直接和數字計算機相連；適用于簡單的、所需采集物理量不是很多的、實時性要求不高的場合。其主要優(yōu)點是價格低、直觀性強、結構簡易。主要缺點是：測量精度低，表盤型指示器的讀數誤差較大；功能單一，只能獨立使用，往往需要人工參與，難以進行自動化處理；無動態(tài)數據的采集分析系統(tǒng)，無法實現對被測件進行動態(tài)試驗。

（2）數字測試系統(tǒng)

計算機技術的廣泛應用極大促進了測試技術的發(fā)展，計算機輔助測試（Computer Aided Test，CAT）系統(tǒng)采用計算機和計算機插件組成測試系統(tǒng)，通過數據采集設備將模擬量信號轉換成數字信號，并傳輸給本地計算機。本地計算機可以直接利用軟件對測試所得信息進行信號分析和處理，從而大幅提高測試技術的應用范圍和工作效率。

圖1-4所示為基于USB總線構建的測試系統(tǒng)，傳感器檢測得到的信號由模擬信號調理電路調理后形成多路模擬信號，經由模擬開關控制接入A/D轉換器中，A/D轉換的結果經光電隔離后串行輸出到移位寄存器。移位寄存器將此結果轉為并行數據，并寫入FIFO存儲器，由單片機將數據從FIFO存儲器讀出，通過USB控制器傳送至計算機。

ARM處理器具有體積小、低功耗、低成本、高性能等優(yōu)點，目前已發(fā)展了多個系列。圖1-5所示為基于ARM處理器構建的測試系統(tǒng)。A/D轉換器對傳感器檢測得到的模擬信號進行模數轉換后，發(fā)送至ARM處理器。ARM處理器通過通信接口，如RS-232、USB、以太網、無線等，再將數據傳遞給本地計算機。FPGA由于輸入輸出端口資源豐富，可以自由編程支配和定義功能，因此能很好地解決多路信號采集問題，可用于擴展通道數。

工控機具有重要的計算機屬性和特征，如具有計算機CPU、硬盤、內存、外設及接口，具備良好的可靠性、實時性、擴充性和兼容性，特別適用于大型、復雜的液壓測試系統(tǒng)中。圖1-6所示為應用工控機搭建的測試系統(tǒng)原理圖，工控機的總線類型多樣，有ISA總線、PCI總線、PC104總線、VME總線、PXI總線等，只要選購和工控機總線類型一致的AD數據采集板卡，就可直接插在工控機插槽上。本地計算機通過工控機上的通信接口，獲取傳感器測量得到的信息。這種測量系統(tǒng)尤其適用于實時性要求高、需要采集很多路物理量的場合。

無論是模擬測試系統(tǒng)，還是數字測試系統(tǒng)，都需要測量傳感器的參與。現代液壓測試技術普遍采用計算機輔助測試技術，高度集成了機電液一體化技術。它通過計算機、傳感器、儀器儀表等對液壓系統(tǒng)參數進行數據采集、量化和處理并輸出測試結果。在試驗過程中，還可以根據實際要求對液壓設備進行控制，從而高速、高精度地完成對液壓系統(tǒng)、元件的性能測試。