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基于 DAQ 驅(qū)動(dòng)與 Labview 振動(dòng)測(cè)試分析系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本文檔格式為 WORD,感謝你的閱讀。 摘要: 本文首先根據(jù)課題的需要及特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了用戶菜單形式的振動(dòng)測(cè)試分析系統(tǒng),接著利用數(shù)據(jù)采集設(shè)備在Labview 編程環(huán)境下對(duì)該振動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)據(jù)采集及分析。結(jié)果表明該振動(dòng)分析系統(tǒng)能夠?qū)φ駝?dòng)信號(hào)進(jìn)行采集并且可以正確進(jìn)行分析。為下一步的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及故障診斷做好了鋪墊。 Abstract: The paper firstly develops a user interface system of vibration test analysis system, which is based on actual application of engineering project, Then the test system adopts data acquisition card and realizes data acquisition and analysis under the environment of Labview. The results show that this system can correctly acquire the vibration signal and get the right analysis. It is prepared for the on-line monitoring and fault diagnosis. 關(guān)鍵詞: 虛擬儀器;振動(dòng)測(cè)試; Labview;數(shù)據(jù)采集與分析 Key words: virtual instrument; vibration test; labview; data acquisition and analysis TP277 A 1006-4311( 2013) 09-0213-02 0 引言 在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中,機(jī)械振動(dòng)是普遍存在的現(xiàn)象,隨著各類(lèi)機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)速度、承載能力、工作壽命等方面的要求越來(lái)越高,另外,當(dāng)機(jī)械的內(nèi)部發(fā)生異常時(shí),一般情況下都會(huì)隨之出現(xiàn)振動(dòng)大小及其性質(zhì)的變化。所以,根據(jù)對(duì)振動(dòng)的測(cè)量和分析,不用停機(jī)和解體,就可以對(duì)機(jī)械的劣化和故障的特征有所了解了。 虛擬儀器是新一代的測(cè)控儀器,是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和儀器技術(shù)深層次結(jié)合的產(chǎn)物,其 中尤以美國(guó) NI 公司的Labview 開(kāi)發(fā)平臺(tái)最為出色。 Labview 是一個(gè)技術(shù)領(lǐng)先的圖形化編程語(yǔ)言和開(kāi)發(fā)環(huán)境,應(yīng)用范圍覆蓋了從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到制造的整個(gè)開(kāi)發(fā)工程,被譽(yù)為 “ 工程師的語(yǔ)言 ”1 。 用 Labview 開(kāi)發(fā)實(shí)際的測(cè)控系統(tǒng)時(shí),經(jīng)常會(huì)遇到這樣的問(wèn)題:任務(wù)多、測(cè)試量大,此外還要對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示、分析與處理、打印報(bào)表等功能。如果用一個(gè)用戶界面(人機(jī)界面)來(lái)實(shí)現(xiàn),勢(shì)必造成屏幕雜亂無(wú)章的顯示。本文根據(jù)實(shí)際課題的需要,充分考慮了振動(dòng)測(cè)試的特點(diǎn),開(kāi)發(fā)出了振動(dòng)分析系統(tǒng)多任務(wù)的用戶界面,經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試,說(shuō)明了 該系統(tǒng)能很好滿足實(shí)際振動(dòng)測(cè)試的需求,可減短開(kāi)發(fā)周期,降低成本。 1 振動(dòng)分析系統(tǒng)設(shè)計(jì) 根據(jù)課題的需要,把振動(dòng)測(cè)試分析系統(tǒng)主菜單界面從功能上分為六個(gè)模塊:采集信號(hào)、頻域分析、時(shí)域分析、小波分析、生成報(bào)表、退出系統(tǒng)。每個(gè)功能模塊分別設(shè)計(jì)成為不同的子程序(子 VI),且每個(gè)子程序都有自己的用戶界面,在 Labview 開(kāi)發(fā)的測(cè)控平臺(tái)上,把各個(gè)功能模塊組織起來(lái)供用戶調(diào)用,只要點(diǎn)擊前面板(圖 1)上的某個(gè)功能按鈕,便可以進(jìn)入相應(yīng)的功能模塊子 VI 界面并實(shí)現(xiàn)上述系統(tǒng)相應(yīng)的功能。 在實(shí)際的振動(dòng)測(cè)試中, 故障與征兆之間往往并不存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系,一種故障可能對(duì)應(yīng)著多種征兆,反之一種征兆也可能是由多種故障所致。因此,有必要借助信號(hào)處理技術(shù)等手段從采集的原始數(shù)據(jù)中提取出有用的特征信息,從而可以保證有效、準(zhǔn)確的進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及故障診斷。頻域分析有現(xiàn)代譜估計(jì)和經(jīng)典譜估計(jì),現(xiàn)代譜估計(jì)對(duì)信號(hào)數(shù)據(jù)量的要求不大,而且具有較高的分辨率,但容易產(chǎn)生波形失真,信噪比低的情況。經(jīng)典譜估計(jì)有自相關(guān)法以及一些改進(jìn)后的應(yīng)用算法,主要通過(guò) FFT 變換,把振動(dòng)信號(hào)從時(shí)域變換到頻域,再對(duì)變換后的信號(hào)進(jìn)行特征提取。時(shí)域參數(shù)有均值、方差、標(biāo)準(zhǔn)差、波形因 子等,這些信號(hào)的特征參數(shù)可以應(yīng)用在線監(jiān)測(cè),也可作為故障診斷的特征參數(shù),輔助診斷。小波分析的特點(diǎn)可對(duì)信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)和分解,有針對(duì)性的選擇頻帶信息,可以對(duì)非平穩(wěn)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域分析,在低頻范圍,頻率分辨率高,在高頻范圍,時(shí)間分辨率高,全頻帶分析的結(jié)果,信息量既無(wú)疏漏業(yè)務(wù)冗余。報(bào)表的功能主要針對(duì)振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)生成相應(yīng)的表格,以記錄測(cè)試的結(jié)果。 在 While 循環(huán)中,前面板中的五個(gè)軟按鍵在程序框圖中分別和各自的 “ 條件結(jié)構(gòu) ” 的判斷條件輸入端口連接,程序運(yùn)行時(shí)將轉(zhuǎn)入其相應(yīng)的 “ 條件結(jié)構(gòu) ” 判斷結(jié)構(gòu)執(zhí)行。在“ 條件結(jié)構(gòu) ” 判斷中 ,當(dāng)判斷條件輸入為 “ 假 ” 時(shí),即前面板中軟按鍵沒(méi)按下時(shí),程序進(jìn)行空操作,直至某個(gè)軟按鍵被按下,即判斷條件輸入為 “ 真 ” 時(shí),程序?qū)⑦M(jìn)行動(dòng)態(tài)子 VI 調(diào)用,執(zhí)行相應(yīng)的功能。 2 數(shù)據(jù)采集及分析 本文開(kāi)發(fā)的振動(dòng)測(cè)試分析系統(tǒng)是基于數(shù)據(jù)采集的 PC-DAQ 系統(tǒng),其構(gòu)成主要有硬件平臺(tái)和應(yīng)用軟件兩大部分。硬件主要有四部分組成:傳感器、信號(hào)調(diào)理器、數(shù)據(jù)采集設(shè)備、計(jì)算機(jī)。傳感器將振動(dòng)信號(hào)(物理信號(hào))轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)采集設(shè)備可以識(shí)別的電壓或電流信號(hào)。信號(hào)調(diào)理器是對(duì)不便于直接測(cè)量的信號(hào)進(jìn)行諸如放大、濾波、隔離等處理,方便數(shù)據(jù) 采集設(shè)備對(duì)其正確的測(cè)量。數(shù)據(jù)采集設(shè)備將模擬的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。其系統(tǒng)框圖如圖 2 所示。 2.1 硬件 本系統(tǒng)采用了 PCI-6024E 數(shù)據(jù)采集卡, YD 系列壓電式加速度傳感器, CA 系列電荷放大器。 PCI-6024E 是美國(guó) NI 公司推出的低成本、高性能的 DAQ 產(chǎn)品,具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)采集、 A/D 轉(zhuǎn)換、 D/A 轉(zhuǎn)換、數(shù)字量輸入輸出、自動(dòng)檢測(cè)設(shè)定的通道和定時(shí) /計(jì)時(shí)等功能,已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到 12 位數(shù)據(jù)采集中,具有較高的性價(jià)比。多功能數(shù)據(jù)采集卡 PCI-6024E是一種基于 16 位 ISA 總線的 PC 使用的高 性能、高速、高增益的多功能數(shù)據(jù)采集卡。 16 個(gè)單端或 8 個(gè)差動(dòng)模擬輸入通道。 2 路 16 位模擬輸出,此項(xiàng)功能可用來(lái)控制測(cè)試過(guò)程或測(cè)試對(duì)象。壓電式加速度傳感器將振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電荷量,電荷放大器將信號(hào)傳遞到數(shù)據(jù)采集卡。計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡把模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào),實(shí)現(xiàn)對(duì)振動(dòng)信號(hào)的采集。 2.2 數(shù)據(jù)采集程序 DAQmx 提供了一系列函數(shù)用于完成數(shù)據(jù)采集功能: DAQmx Create Virtual Channel VI 設(shè)置采樣通道、增益等; DAQmx Timing VI 設(shè)置采樣頻率、采樣點(diǎn)數(shù)與采樣模式; DAQmx Start VI 開(kāi)始采集任務(wù); DAQmx Read VI 從特定的任務(wù)中讀取采樣值,采集所得的數(shù)據(jù)就來(lái)自該函數(shù),輸出數(shù)據(jù)的類(lèi)型取決于前面選擇的采樣類(lèi)型; DAQmx Clear VI 清楚采集任務(wù),釋放硬件資源,以便其他采集任務(wù)占用當(dāng)前硬件資源。數(shù)據(jù)采集時(shí)域分析前面板和程序框圖如圖 3 和圖 4 所示。限于篇幅的原因,就不一一介紹各個(gè)子 VI的前面板及程序框圖。 3 結(jié)論 利用虛擬儀器開(kāi)發(fā)的設(shè)備振動(dòng)測(cè)試與分析系統(tǒng),具有完善的人機(jī)對(duì)話功能,面板設(shè)計(jì)形象,易于實(shí)際操作,功能定義靈活,可擴(kuò)展性強(qiáng),可對(duì)多 個(gè)信號(hào)進(jìn)行同時(shí)采集,是傳統(tǒng)儀器無(wú)法比擬的。借助圖形化的虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)Labview,用戶可以高效的完成機(jī)械振動(dòng)測(cè)試應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)。本文開(kāi)發(fā)的振動(dòng)分析系統(tǒng),可以很好的進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析,為下一步的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和故障診斷做好了軟件和硬件的支持。 參考文獻(xiàn): 1National Instruments Corp.LABVIEW User ManualM.Austin, USA.January 1998: 27-444. 2羅頌榮 .基于虛擬儀器技術(shù)的振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)研究 J.煤礦機(jī) 械, 2009, 30( 11) . 3謝啟,溫曉行,高琴妹等 .Labview 軟件中菜單形式的用戶界面設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) J.微計(jì)算機(jī)信息, 2005, 21( 9-1): 88-90. 4楊樂(lè)平,李海濤,肖相生 .Labview 程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用M.電子工業(yè)出版社, 2002. 5趙永立 .基于 Labview 的車(chē)輛振動(dòng)測(cè)試分析系統(tǒng)研究 D.天津:河北工業(yè)大學(xué), 2003( 6): 32-35. 6侯國(guó)屏,王坤,葉齊鑫等 .Labview7.1 編程與虛擬儀器設(shè)計(jì) M.北京:清華大學(xué)出 版社, 2005. 7郭晶,孫偉娟 .小波分析理論及 Matlab7 實(shí)現(xiàn) M.北京:電子工業(yè)出版社, 2005. 8王建群,南金瑞 .基于 Labview 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) J.計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用, 2003,( 21) . 閱讀相關(guān)文檔 :論數(shù)字圖書(shū)館資源共享的建設(shè) 鋼結(jié)構(gòu)廠房室內(nèi)回填土施工方法 強(qiáng)夯法 求解旅行商問(wèn)題的人工蜂群算法 項(xiàng)目管理在數(shù)字化校園建設(shè)中的應(yīng)用 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)機(jī)制中分組密碼標(biāo)準(zhǔn)安全性分析 會(huì)計(jì)準(zhǔn)則執(zhí)行的影響因素分析 基礎(chǔ)社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)中心的財(cái)務(wù)管理分析 高等 教育投資對(duì)西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的外溢效應(yīng)研究 打造煤礦企業(yè)黨員干部廉潔自律工程的探討研究 戰(zhàn)略人力資源管理初探 淺析混凝土橋梁裂縫成因及維修加固方法 淺談財(cái)務(wù)會(huì)計(jì)工作在當(dāng)代企
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