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虚拟仪器的振动测试分析系统研究

编辑:金沙官网        发布日期:2018-05-25        点击量:920

虚拟仪器设备是用户自定义的基于PC技术的测量和测试仪器设备,其核心是在最少量的硬件模块支撑下用App实现传统仪器设备的数据采集、存储、分析和显示等功能。虚拟仪器设备由硬件和App2部分构成,硬件部包括计算机、数据采集卡、I/O接口设备等;App是实现虚拟仪器设备功能的关键,需要用户编制。随着计算机技术的发展,虚拟仪器设备已经突破了传统仪器设备的界限,利用计算机丰富的软硬件资源,可以灵活、方便地实现测试数据的分析处理、表示、传递和存储等功能,仪器设备组建灵活方便,满足用户多种多样的应用需求,相对于传统的分析仪器设备,具有高性价比优势,因此得到越来越广泛的应用。

机械振动往往导致机器设备过早的失效,因此对机械振动的研究一直是相关研究的重点。计量检测率是指检测器具的数量跟企业所有器具的比例。在煤矿机械工作中存在较严重的振动现象,如采煤机在运行过程中要截割底、顶板及夹石层,承受较大的交变载荷和振动,经常导致紧固件松动,发生传动装置及元部件的失效、漏油等故障。通过虚拟仪器设备的振动测试分析系统对煤矿机械设备工作时的振动信号进行检测分析,可以实现工作状态监测、并且可以为减振降噪和故障诊断提供信息。

虚拟仪器的振动测试分析系统研究 

系统组成

基于虚拟仪器设备的振动测试分析系统由硬件和App2部分组成,系统构成如图1所示。校准证书是指仅对数字压力表进行计量校准,不是法定要求。利用B&K的8001型压电加速度传感器、2635型电荷放大器、阿尔泰的PCI2003数据采集卡和个人计算机组成监测系统的硬件部分。振动信号经压电加速度传感器拾振转换为电荷量,电荷放大器将电荷转变为电压并滤波、放大后传递到数据采集卡,计算机通过数据采集卡把模拟量电压信号转换成数字量信号,实现对振动信号的采集。系统的App是利用NI LabVIEWApp平台开发的,它主要完成数据采集、信号分析和处理、信号显示、数据文件存储、数据文件读取及信号复现等功能。

 

系统App设计

1、LabVIEW概况

LabVIEW是美国国家仪器设备(National Instru-ment,NI)推出的一种基于图形程序的虚拟仪器设备仪表开发平台。它在测量测试、数据采集、仪器设备控制、数字信号分析、工自动化、实验课堂教学等领域都获得了广泛的应用。LabVIEW程序主要包括2个部分:前装修饰品装饰面板(即人机界面)和流程图程序。前装饰面板用于模拟真实仪器设备的操作控制控制装饰面板,由控件和指示元件等组成。控件集成了旋钮、开关等用户输入控制对象,可以为程序输入数据。指示元件类似仪器设备的输出装置可以显示输出值以及实现图形、图表和文字显示。流程图是用图标连线方式的图形,是程序的图形化源代码,工作指令由G语言编制的图标式流程图获得,非常形象、直观。

2、系统功能分析

系统的主要功能包括:数据采集、信号分析和处理、信号显示、数据文件存储、文件读取信息回放。数据采集部分要设计控制按钮来控制数据采集开始和停止,能控制调节数据采集卡的采样通道、采样频率、硬件增益和触发方式。信号处理分析主要是对振动数字信号进行滤波、振动信号幅值的特征值求取、加窗、频谱分析、功率谱分析和相关分析等。信号显示部分有采样信号波形的实时显示窗口,频谱分析、功率谱分析、相关分析结果显示窗口等。为了便于事后分析,要能对振动监测信号的数据进行存储。

3、App设计

在LabVIEW平台上开发的振动测试分析系统App采用菜单形式,主要功能包括:选择采样通道和采样频率、设定触发方式和硬件增益、设定滤波器类型和参数、窗函数、设定数据存储地址、实时显示振动加速度波形、实时显示振动信号功率谱或幅值谱等。

振动测试分析系统程序流程的主体采用堆栈顺序结构:

(1)创建设备对象句柄的函数,控制装饰面板上一些按钮属性,并要确定采集数据在硬盘中的存储地址。校准证书的相关检定人,复核人,授权签字人签名是否齐全,是否有CNAS相关的章及检定单位章;

(2)初始化设备对象中的AD部件,在这一步中主要是要将控制装修饰品面板上的参数传递给pPara参数结构体,参数包括采样频率,采样通道,放大增益的倍数,然后使用pPara对InitDeviceProAD函数初始化。

(3)循环采集振动信号数据及处理分析,流程如图2所示。在这一步需要设定FIFO缓冲队列的大小,以保证所采集数据完整无缺,然后将缓冲队列中的数据实时显示在图形显示控件中,同时把数据以二进制形式保存记录在硬盘中。将从设备上读入的AD数屏蔽最高4位后得到AD原码LSB数据,然后转换成电压值,再根据电荷放大器的放大倍数把电压值转换成加速度。通过选择滤波器的类型和参数,对振动信号进行数字滤波,滤波后的振动加速度信号利用Mask and Limit Testing.vi进行振幅越限监测,可以设定越限边界值,并输出信号波形和越限报警。另外,滤波后的振动加速度信号利用Scaled Time Domain Window.vi经过比例加窗,再利用Auto Power Spectrum.vi计算信号的功率谱,或选择Amplitude and Phase Spectrum.vi计算信号的幅值谱,并且通过波形显示窗口显示。

(4)通过ReleaseDeviceProAD将设备对象中的AD部件释放。

(5)通过ReleaseDevice将设备对象句柄hDevice释放。

 

结语

在LabVIEW平台上开发的基于虚拟仪器设备的振动测试分析系统App使用简单直观,信号处理分析功能强,能很好地适应振动信号测试分析的要求。该系统使用方便、性能稳定,功能较强,在实际应用过程中效果良好。

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