【正文】 .................. 22 絲杠轉速的測量與顯示 ........................................ 23 整體程序設計與調(diào)試 .......................................... 24 結束語 ............................................................ 26 參考文獻 .......................................................... 27 致謝 .............................................................. 28 動態(tài)信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計 1 1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件構成 一個完整的信號測試系統(tǒng)一般 由原始信號 、信號調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集 設備和計算機四個部分 構成。 如圖 11所示： 圖 11：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本組成 但有的時候，自然界中的原始物理信號并非直接可測的電信號，所以，我們通過傳感器將這些物理信號轉換為數(shù)據(jù)采集設備可以識別的電壓或電流信號。加入信號調(diào)理設備是因為某些輸入的電信號并 不便于直接測量，因此需要信號調(diào)理設備對他進行諸如放大、濾波、隔離等處理，使得數(shù)據(jù)采集設備更便于對該信號進行精確的測量。數(shù)據(jù)采集設備的作用是將模擬的電信號轉換為數(shù)字信號送給計算機進行處理，或將計算機編輯好的數(shù)字信號轉換為模擬信號輸出。計算機上安裝了驅動和應用軟件，方便我們與硬件交互，完成采集任務，并對采集到的數(shù)據(jù)進行后續(xù)的分析和處理。 試驗臺傳感器選擇 傳感器是信息采集的首要部件，是實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)搭建的首要環(huán)節(jié)，對于不同的被測信號選擇合適的傳感器將起 到事半功倍的效果。在振動試驗臺動態(tài)數(shù)據(jù)采集過程中，使用 了 三種四個傳感器，分別是： 光電轉速傳感器、壓電晶體位移傳感器、渦流位移傳感器以及電阻應變片。 在振動試驗臺數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，光電傳感器輸出電壓信號經(jīng)過 LabVIEW 程序轉變成轉速顯示在計算機上，壓電晶體傳感器輸出電壓信號經(jīng)過信號調(diào)理設備顯示波形，兩個渦流位移傳感器分別測量 X軸與 Y軸方向上的轉動偏差，經(jīng)過相應的程序繪出李薩茹波動態(tài)信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計 2 形圖。 在模擬轉動試驗臺 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中 ，使用 平行雙孔梁 的彈性應變來模擬點擊扭矩，用 等強度梁的 應變力來模擬螺母反作用力。 在轉速測量時，選擇光電傳感器，輸出脈沖信號，通過對脈沖計數(shù)，可以得到實時的轉速值。 信號調(diào)理電路 振動試驗臺動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，信號調(diào)理設備使用試驗臺自身的電荷電壓放大模塊。 模擬轉動試驗臺數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，信號調(diào)理設備使用 SA8 型動態(tài)應變儀。 數(shù)據(jù)采集設備 NI 公司 6009 數(shù)據(jù)采集卡采用 USB 接口技術，支持即插即用，驅動程序為自帶的。使用數(shù)據(jù)線即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集卡與 PC 機的鏈接。 6009 技術參數(shù)如下： 模擬輸入： 8個單端， 4 個差分 輸入分辨率：差分 14位，單端 13 位 最大采樣率： 48kb/s 定時精度： 100ppm 輸入量程：單端 10V～ 10V。差分： 20V～ 20V 6009 的數(shù)據(jù)接口如下 表所示 ： 表 11：模擬端子說明 動態(tài)信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計 3 表 12：數(shù)字端子說明 NI USB6009 隨附一個用于模擬信號的可拆卸式螺栓端子連接器和一個用于數(shù)字信號的可拆卸式螺栓端子連接器。端子連接器可提供 16 個連接，使用 16AWG 至 28AWG 導線。表 13詳細描述了 I/O 連接器的可用信號。 表 13：各 I/O 接口可用信號 動態(tài)信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計 4 按照上述表格的的內(nèi)容進行接線后的 NI USB6009 采集卡可以從 Measurement amp。 Automation 中找到相應的可用設備通道。點擊自檢按鈕，可以查看數(shù)據(jù)采集卡各通道是否正常工作。在此次課題設計中，使用四個差分接口采集四個動態(tài)的模擬信號，對應與接口 3， 6, 9,1 12 四對模擬輸入通道。 計算機以及應用軟件 LabVIEW 是實驗室虛擬儀器集成環(huán)境（ Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）的簡稱，是美國國家儀器公司（ NATIONAL INSTRUMENTS，簡稱 NI）的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品，也是目前應用最廣、發(fā)展最快、功能最強的圖形化軟件集成開發(fā)環(huán)境。其編寫的程序稱為虛擬儀器 VI（ Virtual Instrument），以 .VI 后綴。 LabVIEW具有強大的圖形化編程語言（ G 語言），可以編寫滿足任何形式的測試與控制要求的可視化程序。所有的 LabVIEW 程序都被稱為虛擬儀器（ vi），因為程序的外觀和操作方式都與諸如示波器、萬用表等實際儀器類似。 LabVIEW 包括齊全的用于數(shù)據(jù)采集、分析、顯示、存儲數(shù)據(jù)、調(diào)試代碼的工具。利用 LabVIEW，可以和諸 如數(shù)據(jù)采集設備、圖像設備、運動控制設備、等硬件進行通信，也可以和 GPIB、 PXI、 VXI、 RS23 RS485 儀器通信。 本課題使用 進行相應軟件系統(tǒng)地開發(fā)，以計算機為硬件平臺對采集的動態(tài)信號進行顯示、分析、處理以及存盤操作。除了 專業(yè)開發(fā)板軟件，還需要 NI 的數(shù)據(jù)采集設備的硬件驅動軟件 DAQmx，它提供了一系列的 API 函數(shù)供我們編寫數(shù)據(jù)采集程序時調(diào)用。并且， NI 也提供了一款配置管理軟件 Measurement and Automation Explorer， 方便與硬 件進行交互，并且無需編程就能實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能；還能將配置出的數(shù)據(jù)采集任務導入 LabVIEW，自動生成 LabVIEW 代碼。 2 數(shù)據(jù)采集卡的配置 本課題的難點在于軟件實現(xiàn)部分，首先需要使用 Measurement amp。 Automation 來配置我們的測量任務。在測試數(shù)據(jù)采集卡與電腦 正確連接的前提下， DAQmx 可以幫助我們識別我們使用的數(shù)據(jù)采集卡以及自帶的驅動程序。在 LabVIEW中包含許多的快速 VI，可以滿足我們的大部分測試需要，其中 DAQ Assistance（位于函數(shù)面板測量 I/O 下的DAQmx 中）就是專用于數(shù)據(jù)采集的快速 VI。使用它可以免去編寫低級程序的麻煩。下面是使用 DAQ Assistance 配置此次測試任務的具體流程。 打開 ，新建一個 VI 命名“動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計”，點擊保存。在 VI程序框圖中找到 DAQ Assistance（位于函數(shù)面板測量 I/O 下的 DAQmx 中）拖入框圖中，動態(tài)信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計 5 系統(tǒng)會自動彈出對話框入圖 21 所示，選擇模擬輸出下的電壓： 圖 21：配置采集任務 此時將彈出第二個對話框如圖 22所示，在此我們可以 再這個對話框中選擇我們使用的數(shù)據(jù)采集設備 6009 中的 a0， a1， a2， a3 四個物理通道完成課題要求的四個傳感器數(shù)據(jù) 采集任務 。 圖 22：選擇數(shù)據(jù)采集物理通道 動態(tài)信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計 6 物理通道選擇成功后，系統(tǒng)彈出的測試任務配置信息對話框，如圖 23所示，我們選擇采集模式為連續(xù)采樣，輸出范圍設置 10V～ 10V,采樣率設置為 2048，采樣點數(shù)我們選擇（每次向計算機 buffer 中寫入的數(shù)據(jù)點數(shù)） 100，信號連接方式選擇差分，等等。 圖 23：采集信息配置對話框 所有參數(shù)配置完成之后點擊運行進行測試，待確定無誤后點擊確認完成測試任務與數(shù)據(jù)采集卡的配置。 3 振動試驗臺動態(tài)信號采集系統(tǒng)設計 振動試驗臺外圍電路搭建 本課題以 北京東方振動和噪聲技術研究所開發(fā)的振動試驗臺為基本硬件平臺，依靠傳感器測量軸承座的振動、電機轉速，轉軸的軸心軌跡四個動態(tài)信號，如圖 31 所示，其中 1為壓電加速度傳感器， 2 為光電轉速傳感器， 4為 XY 軸位移傳感器。 四個傳感器輸出的電壓信號經(jīng)過電壓電荷放大設備進入數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡將采集到的模擬信號轉換為計算機可以接受的數(shù)字信號供給 對應程序處理， 動態(tài)信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計 7 1：壓電加速度傳感器； 2：光電轉速傳感器； 3， 4：渦流位移傳感器； 圖 31：振動實驗臺 3． 2 具體測試程序的編寫 振動測試程序 旋轉機械軸承座的波形、振幅和頻率是反映旋轉機械的重要特征量。通過振動的幅度可以判斷設備狀態(tài)；通過振動的波形可以分析設備的故障；而通過振動的頻譜分析是目前最成熟的設備故障診斷技術。 拾取振動信號的常用傳感器是壓電晶體傳感器。振動