譚偉超（江門職業(yè)技術(shù)學(xué)院，529000）

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基于Labview的振動(dòng)信號(hào)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

譚偉超
（江門職業(yè)技術(shù)學(xué)院，529000）

摘要：本文基于Labview8.5軟件的設(shè)計(jì)，采用NI公司的PCI-6024采集卡，將虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用于振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的功能主要包括采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、信號(hào)參數(shù)檢測(cè)、存儲(chǔ)及系統(tǒng)分析等功能，該系統(tǒng)可以還可以對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)和故障報(bào)警。通過設(shè)計(jì)，能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域顯示和頻域分析處理。該振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)降低了企業(yè)成本，縮短了分析的時(shí)間，界面直觀，能夠廣泛應(yīng)用于振動(dòng)信號(hào)監(jiān)測(cè)。

關(guān)鍵詞：Labview；信號(hào)檢測(cè)；數(shù)據(jù)采集；振動(dòng)測(cè)試

0 引言

美國國家儀器（NI）的虛擬儀器Labview，運(yùn)用圖形化編程和計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)字處理能力，設(shè)計(jì)了一種新的振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。虛擬儀器不僅具備了傳統(tǒng)儀器的采集、自動(dòng)測(cè)試、數(shù)據(jù)處理、和用戶上位機(jī)操作界面等功能，而且其性價(jià)比高、可維護(hù)性簡(jiǎn)單，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景，推動(dòng)了測(cè)試系統(tǒng)和儀器控制設(shè)計(jì)方法的發(fā)展。

1 振動(dòng)測(cè)試分析系統(tǒng)

本文設(shè)計(jì)思路是在Labview平臺(tái)上開發(fā)出一套對(duì)不良振動(dòng)機(jī)械的檢測(cè)系統(tǒng)，振動(dòng)信號(hào)采集系統(tǒng)包括振動(dòng)傳感器、信號(hào)調(diào)理設(shè)備、數(shù)據(jù)采集卡和上位機(jī)軟件。所以，本文把整個(gè)系統(tǒng)分成以下5個(gè)模塊：數(shù)據(jù)采集、信號(hào)預(yù)處理、時(shí)域分析、和時(shí)頻分析等，如圖1所示。

圖1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

圖2 系統(tǒng)硬件設(shè)備圖

如圖2所示，振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)硬件由振動(dòng)傳感器、PCI數(shù)據(jù)采集卡、上位機(jī)Labview軟件組成。首先通過激勵(lì)力發(fā)生器產(chǎn)生振動(dòng)信號(hào) ，振動(dòng)軸在此激振力的作用下產(chǎn)生相應(yīng)的振動(dòng)輸出響應(yīng)，然后利用振動(dòng)傳感器收集振動(dòng)信號(hào)信息，振動(dòng)信號(hào)傳感器型號(hào)是澄科 CT1005LC ICP，CT系列傳感器是將電荷放大電路集成內(nèi)置在壓電傳感器內(nèi)，產(chǎn)品具有抗干擾好，性價(jià)比好，可以方便搭配NI的數(shù)據(jù)采集卡，通過信號(hào)調(diào)理設(shè)備完成對(duì)振動(dòng)傳感器信號(hào)調(diào)理，經(jīng)過數(shù)據(jù)采集卡轉(zhuǎn)換，用Labview自帶子VI進(jìn)行頻域分析，給出不同振動(dòng)狀態(tài)下的頻域分析曲線。

2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

在振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)采集部分是十分重要，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和正確性起到一個(gè)關(guān)鍵的作用，對(duì)信號(hào)的多通道單點(diǎn)采集和連續(xù)采集，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，采集的數(shù)據(jù)可以保存，所以本次設(shè)計(jì)采用PCI -6024數(shù)據(jù)采集卡，它高達(dá)24路數(shù)字I/ O；32位計(jì)數(shù)器，NI-DAQmx測(cè)量服務(wù)使配置和測(cè)量更容易。在數(shù)據(jù)采集前對(duì)各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置好后，例如通道號(hào)或者采樣頻率等參數(shù)的設(shè)置，工程實(shí)際中采樣頻率一般取信號(hào)最高頻率的10倍以上，本系統(tǒng)的采樣頻率可以由用戶自己來設(shè)置。采集的信號(hào)可以利用labview軟件的波形圖分析，該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集程序如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)采集程序框圖

數(shù)據(jù)采集步驟如下：

（1）采樣頻率的設(shè)置。采樣頻率設(shè)置時(shí)要滿足采樣定理，本系統(tǒng)的采樣頻率由用戶自己來設(shè)置。

（2）確定采樣通道以及每個(gè)通道所采集的振動(dòng)信號(hào)類型。可從通道CH0～CHl中任意選中一個(gè)來實(shí)現(xiàn)。

（3）程控增益的選擇。程控增益是為了提高系統(tǒng)的分辨率，利用程控增益放大來提高輸入電壓的增益，因此，通過A/D轉(zhuǎn)換電路后，信號(hào)的幅值增大實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)換的精度提高。

3 LabVIEW程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的前面板如圖4所示。主界面的左側(cè)為系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置區(qū)域，包括通道的選擇、數(shù)字濾波器設(shè)置、振動(dòng)信號(hào)報(bào)警值的設(shè)定、窗函數(shù)選擇以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。右側(cè)為數(shù)據(jù)采集信號(hào)分析區(qū)域，主要包括信號(hào)的時(shí)域分析和頻域分析。

圖4 前面板

當(dāng)運(yùn)行程序時(shí)，在主模塊界面可對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行實(shí)吋采集處理，由于已經(jīng)根據(jù)振動(dòng)原理編寫了函數(shù)運(yùn)算方法，運(yùn)算速度大大提高，用戶可實(shí)時(shí)地觀察振動(dòng)的時(shí)域、頻域變化情況。

系統(tǒng)的時(shí)域分析模塊包括信號(hào)發(fā)生、自相關(guān)分析和互相關(guān)分析三部分。

互相關(guān)函數(shù)分析直接反映了兩個(gè)信號(hào)的相關(guān)性，將激振信號(hào)和所測(cè)得的響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)處理，可以得到由激振而引起的響應(yīng)幅值和相位差。相互函數(shù)在工業(yè)控制與檢測(cè)中有廣發(fā)的應(yīng)用，例如檢測(cè)機(jī)械設(shè)備故障診斷、振動(dòng)控制中識(shí)別傳遞問題和工

圖5 互相關(guān)分析前面板

業(yè)噪聲傳遞主要通道。

4 總結(jié)

本文設(shè)計(jì)了一套振動(dòng)測(cè)試的虛擬儀器系統(tǒng)。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，功能包括：數(shù)據(jù)采集、文件管理、信號(hào)預(yù)處理和時(shí)域分析等。采用了虛擬儀器的方式，替代傳統(tǒng)的大型測(cè)量儀器，經(jīng)過測(cè)試，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)穩(wěn)定方便，而且它的模塊化編程使程序的擴(kuò)展變得很靈活，該系統(tǒng)硬件配置，使系統(tǒng)攜帶方便，有利于工程振動(dòng)測(cè)試。振動(dòng)故障檢測(cè)對(duì)于企業(yè)生產(chǎn)有重要意義，將振動(dòng)分析算法轉(zhuǎn)換成為虛擬儀器應(yīng)用程序，實(shí)質(zhì)上就是將虛擬儀器技術(shù)的實(shí)際測(cè)量與控制系統(tǒng)結(jié)合在一起，虛擬儀器技術(shù)必將在更多、更廣的領(lǐng)域得到應(yīng)用和普及。

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Design of vibration signal testing system based on Labview

Tan Weichao
（Jiangmen Polytechnic，529000）

Abstract：In this paper，based on Labview8.5 software，using PCI-6024 data acquisition card of NI company，the application of virtual instrument technology in the design of vibration test system.The design features include the function of real-time data display，signal detection，parameter storage and system analysis，the system can also be on the vibration signal of the on-line monitoring and fault alarm.Through the design of data display，can in time domain and frequency domain analysis processing.The vibration test system can reduce the cost and shorten the analysis time，intuitive interface，and can be widely applied to vibration signal monitoring.

Keywords：Labview；signal detection；data acquisition；vibration test

作者簡(jiǎn)介

譚偉超，1986.6.30，碩士研究生。