【正文】 析，解決一個實(shí)際的工程課題，多虧了無私研究默默奉獻(xiàn)的前輩們，在論文中的有些部分借鑒了你們的研究成果，在此，對參考文獻(xiàn)中列出的各位學(xué)者道一聲感謝。還有顏老師自己那份對學(xué)術(shù)的認(rèn)真，執(zhí)著，給我樹立了良好的榜樣，一個好老師不僅能夠“言傳 ’ ，更重要的是“身教”。后人只有在只有得到前人的幫助與基礎(chǔ)，才能夠做出一定的成績。 隨著設(shè)計一步步的做，時間也是一天天的如白駒過隙般的過去了。 由于第一次做虛擬儀器，也第一次做信號分析，也是邊學(xué)習(xí)邊實(shí)踐著做，能力有限，本次畢業(yè)設(shè)計還存在一些功能上的欠缺，程序上還存在一些不足。最值得高興地不僅是我們的畢業(yè)設(shè)計做出來了 ，而是其具有良好的拓展性與靈活性，我們可以將這種技術(shù)實(shí)際應(yīng)用與工業(yè)一線，為設(shè)備保障保駕護(hù)航，同時也為做相關(guān)的同行積累一點(diǎn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，希望為企業(yè)為國家能夠創(chuàng)造實(shí)際意義是最為可貴的。 設(shè)計之初，不了解系統(tǒng)設(shè)計的方法，不熟悉振動系統(tǒng)的組成，大學(xué)所學(xué)的 課程也是單獨(dú)的知識科目，通過對技術(shù)期刊、碩士論文以及最新的科研報告，一點(diǎn)一滴的進(jìn)行了解，學(xué)習(xí)。 35 圖 模擬數(shù)據(jù)設(shè)置 我們通過對仿真信號的分析測試，也可以對系統(tǒng)的功能進(jìn)行判定。 仿真信號生成 如下圖所示，本仿真系統(tǒng)我們才用了生產(chǎn)者 /消費(fèi)者模式，有生產(chǎn)者模式產(chǎn)生數(shù)據(jù)信號，以下便是生產(chǎn)者循環(huán)程序框圖，其 X 軸、 Y 軸、 Z 軸三路信號分別生成傳遞給消費(fèi)者模式，進(jìn)行后續(xù)的模塊處理。 本章小結(jié) 我們通過 LABVIEW 軟件失信了信號的預(yù)處理、時域分析、頻域分析及相關(guān)信息的存儲及回放功能，人性化的界面清楚明了的顯示我們所需要的信息，方便快捷的參數(shù)設(shè)置。左側(cè)為“ＴＤＭＳ打開＂，打開我們之前存儲的文件，其路徑由我們給定，下面執(zhí)行方式我們選擇“ open”，文件類型選擇“ ”，禁用緩存我們選擇是（ T），我們把文件路徑與錯誤提示接入到條件結(jié)構(gòu)內(nèi)，執(zhí)行“讀”命令，即把文件路徑給“ TDMS 讀”，由于讀取原始信號與功率譜同屬于一個文件，并且屬于同一個組別，所以我們將兩個分別讀取原始信號與功率譜的“ TDMS 讀取”的的組名統(tǒng)一連接在“ Z 軸”，而通道名則分別創(chuàng)建常量，命名為“原始信號”、“功率譜”，與寫入名 稱保持一致。我們在延時分支設(shè)置常量 10ms，選擇回放分支，選擇子程序圖標(biāo)，右鍵點(diǎn)擊，設(shè)子子函數(shù)節(jié)點(diǎn)，選擇調(diào)用時顯示前面板，在執(zhí)行時我們即可以成功調(diào)用。而用 WHILE 循環(huán)來控制事件結(jié)構(gòu)執(zhí)行與否。 圖 信號數(shù)據(jù) 的回放模塊 僅僅實(shí)現(xiàn)存儲不可以查看的話，存儲也是沒有意義的。 圖 文件路徑獲取程序圖 第二部分程序框圖如下圖所示，第一部分的文件路徑直接給到第二部分的 “ TDMS 寫入”，因?yàn)槲募峭粋€文件，所以路徑也是相同的，我們把第一個的文件路徑直接給到第二個即可，我們以Ｘ軸信號的寫入為例進(jìn)行程序的說明，因?yàn)槲覀冃枰獙懭氲氖窃夹盘?，所以我們在“ＴＤＭＳ寫入”的組名為“Ｘ軸”，而通道名分別命名為“原始信號”，數(shù)據(jù)接線端，我們就按照組名與通道名所標(biāo)述的，與數(shù)據(jù)先直接相 連。 30 圖 功率譜分程序圖 通過上面的程序框圖我們就可以很好的理解數(shù)據(jù)處理的全過程，對于本三軸振動系統(tǒng)來說，我們僅提供了其功率譜的顯示，其后續(xù)的處理工作并沒有，基于需要我們僅做出了功率譜分析，但其實(shí)我們 也可以做出其它的相關(guān)譜分析，如自相關(guān)分析等，我們根據(jù)實(shí)際需求可以增加功能，具有良好的功能拓展性，以滿足廣大群體客戶的實(shí)際需求。 在本系統(tǒng)我們采用的是功率譜分析，這里對功率譜進(jìn)行說明。 圖 烈度報警指示燈 29 譜分析模塊 上一模塊我們基于信號的時域特性，通過對加速度信號進(jìn)行積分獲得速度信號，測得速度信號的周期均方根作為烈度報警的根據(jù)，一句話總結(jié)起來就是時域分析模塊。 我們以上面流程圖的思路作為指導(dǎo)，我們打開 NI LABVIEW 軟件程序框圖，在上一模塊濾波器后面，把濾波后的信號作為該模塊的初始信號，在“編程”里面打開“信號處理”，打開“信號運(yùn)算”我們就可以找到積分函數(shù)，同樣是“信號處理”，打開“波形測量”，我們可以找到“幅值和電平測量”控件，我們可以從中選取一個，從“數(shù)學(xué)”中選擇“比較”，我們可以找到“大于”控件，點(diǎn)擊 28 接線端，我們可以創(chuàng)建一個輸入控件，最后通過布爾報警指示燈進(jìn)行報警。 我們在處理數(shù)字信號的過程中，不可能對一個無限長的信號進(jìn)行分析，實(shí)際處理過程中，我們其實(shí)是在一段時間內(nèi)對在這段時間內(nèi)的這段信號 進(jìn)行分析與處理，這樣就相當(dāng)于把一個連續(xù)的模擬信號“切斷”，我們?nèi)∮杏靡欢芜M(jìn)行分析與處理，而實(shí)現(xiàn)這個“切斷”功能就靠我們 LABVIEW 軟件提供的窗函數(shù)。 將模擬信號轉(zhuǎn)化為計算機(jī)可以 處理的數(shù)字信號的過程有兩步，一步是采樣，一步是量化。 圖 濾波器參數(shù)設(shè)置圖 在參數(shù)設(shè)置時，需要特別指出的是采樣頻率，采樣頻率決定了采樣的時間間 26 隔，將連續(xù)的模擬信號進(jìn)行離散化的 采樣，這些采集過來的點(diǎn)所組成的信號，在時間上是間隔的，但是在幅值上卻是連續(xù)的。 濾波器是 承擔(dān)濾波任務(wù)的主要承擔(dān)者，當(dāng)然 LABVIEW 中提供了豐富的濾波器函數(shù)，我們可以輕松調(diào)用濾波器函數(shù)來實(shí)現(xiàn)濾波，例如（帶通濾波器、中值濾波器、高頻濾波器、低頻濾波器等）。布爾開關(guān)形象生動、各種信息明確，這就是用戶所需要的。我們往往需要對參數(shù)的修改而對系統(tǒng)對系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置。 振動濾波信號顯示界面、振動趨勢圖界面及功率譜分析顯示界面在虛擬儀器系 統(tǒng)中界面如下圖所示： 22 圖 振動濾波信號顯示圖 圖 振動趨勢顯示圖 圖 功率譜分析顯示圖 23 數(shù)據(jù)回放界面設(shè)置 數(shù)據(jù)回放功能與主功能界面不同，我們不需要實(shí)時對其進(jìn)行，我們決定不將其放入主界面之上，我們采用功能按鈕來調(diào)用回放功能子程序，我們在子程序節(jié)點(diǎn)設(shè)置中選擇“在調(diào)用時打開前面板”選項前打鉤。 主界面如下圖所示： 圖 主界面 輸出顯示界面 決定輸出結(jié)果是否友好的自然是數(shù)據(jù)的輸出界面，也是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵之所在，我們本程序可以進(jìn)行濾波信號的顯示，振動信號的趨 勢圖，功率譜分析，以及信號與功率譜的回放。 LABVIEW 圖形用戶界面設(shè)置 一個軟件系統(tǒng)用戶首先接觸的便是界面，我們系統(tǒng)所具有的功能應(yīng)該能在面板上得以體現(xiàn)，是否擁有友好的界面是系統(tǒng)實(shí)用很重要的一部分。虛擬儀器就是通過應(yīng)用程序?qū)⒂嬎銠C(jī)與功能模塊結(jié)合起來，用戶可以通過有好的圖形界面來操控計算機(jī)，從而完成被測量數(shù)據(jù)的采集、分析、處理、顯示存儲等操作，這就是虛擬儀器。對于本系統(tǒng)的設(shè)計也是一個基礎(chǔ)，一個平臺。查閱相關(guān)資料得： 雙核 CPU 。這個驅(qū)動安裝比較簡單，我們按照默認(rèn)路徑進(jìn)行安裝即可，重新啟動計算機(jī)后就可以了。基于上述特點(diǎn)與功能， 9234 能夠很好地實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集轉(zhuǎn)換需求。使用浮接的連接方式可以避免對地噪聲，避免 BNC 連接器與金屬外殼，及與其他模塊、機(jī)箱的接觸有效地降低噪聲干擾。 基于上述參數(shù)需求，我們選擇了 NI 9234動態(tài)數(shù)據(jù)采集卡，實(shí)物圖如下： 圖 NI 9234 動態(tài)數(shù)據(jù)采集卡 本采集卡為 C 型總線結(jié)構(gòu)，其驅(qū)動可在 windows 系統(tǒng)運(yùn)行。 隨著計算機(jī)的發(fā)展越來越普及，功能越來越強(qiáng)大。 我們選擇市場上的江蘇聯(lián)能公司生產(chǎn)的 IEPE 適配器 YE8321型恒流源，該恒流源有四個通道，可滿足我們對于三軸向方向信號的傳輸放大需求，電流值4mA/10mA 可選，可為我們的 4mA 傳感器信號進(jìn)行配備。（ 2）由于振動信號在傳遞過程中幅值要衰減，所以被測點(diǎn)應(yīng)盡量靠近振動產(chǎn)生的位置。本傳感器采用直流 24V 電源，輸出方式采用M5 出線。 圖 傳感器實(shí)物圖 如上圖所示即為 AD1003X 傳感器，該傳感器壓電材料為壓電陶瓷，外殼為不銹鋼。 三軸加速度傳感器的選型 本振動檢測系統(tǒng)之中的檢測對象為高速電機(jī)，我們選用江蘇靖江所生產(chǎn)的的JGA 型高速電機(jī)，其主 要參數(shù)如表 所示： 型號 轉(zhuǎn)速（ r/min） 電機(jī)參數(shù) 功率 (Kw) 電壓 (V) 頻率 (Hz) 電流（ I） JGA110/ 210000 380 350 根據(jù)上述電機(jī)振動的檢測需求，我們傳感器的性能指標(biāo)提出相應(yīng)的要求，為了使該系統(tǒng)的適用范圍更大，我們對加速度傳感器的要求較高。反過來我們可以根據(jù)其電荷的多少來計算其發(fā)生應(yīng)變的大小，繼而計算其所受壓力的大小。 12 三軸加速度傳感器部分 三軸加速度傳感器是將電機(jī)振動源的加速度振動信號轉(zhuǎn)化為我們 可以分析、計算、處理的電信號的核心轉(zhuǎn)換原件，是我們本系統(tǒng)的核心部件，也是我們本系統(tǒng)的第一步，也是最為重要的一環(huán)、其性能的優(yōu)略，決定了本系統(tǒng)的靈敏度、回程誤差等重要性能指標(biāo)，其作用的重要性不言而喻。 眾所周知，任何一個實(shí)際的集數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換、分析的檢測系統(tǒng)是不可能凌架于物理原件之上的，而這個物理存在，對本振動檢測系統(tǒng)而言，由振動源的振動采集，直到輸入個人計算機(jī)進(jìn)行分析的這個過程實(shí)現(xiàn)的物理依托就是本系統(tǒng)的硬件部分。 綜上所述：我們確定方案為方案一。 （ 2）電機(jī)的軸承是最能反映電機(jī)振動的部位，對電機(jī)軸承的檢測至關(guān)重要。實(shí)現(xiàn)最高數(shù)據(jù)傳輸速度 1Mbps(有效傳輸速度為 721kbps)、最大傳輸距離達(dá) 10 米，用戶不必經(jīng)過允許便可利用 的 ISM(工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué) )頻帶，在其上設(shè)立 79 個帶寬為 1MHz 的信道，用每秒鐘切換 1600 次的頻率、滾齒 (hobbing)方式的頻譜擴(kuò)散技術(shù)來實(shí)現(xiàn)電波的收發(fā) 。在本方案我們決定采用電荷輸出型三軸加速度傳感器，采用結(jié)構(gòu)緊湊式的數(shù)據(jù)采集器，采用無線傳 輸?shù)姆绞竭M(jìn)行信號的傳輸，其安裝部位選擇微電機(jī)外殼與底座。 數(shù)據(jù)采集卡我們選用 NI 公司的 PCI 插卡式數(shù)據(jù)采集卡，其與 LAB VIEW 有著完美的兼容，是 A/D 轉(zhuǎn)換更加準(zhǔn)確，功能更加匹配，其構(gòu)成方式如下： 圖 9： DAQ 插卡式虛擬儀器系統(tǒng) 根據(jù)上述系統(tǒng)的 設(shè)計我們?yōu)榱藴y量電機(jī)的振動參數(shù)，主要是電機(jī)振動速度，我們根據(jù)位移傳感器對低頻比較敏感；而加速度傳感器對高頻比較敏感的特性，我們選擇 ICP 壓電式三軸加速度傳感器，我們把加速度傳感器安裝位置的選擇在了電機(jī)的兩側(cè)軸承外側(cè)，采用打孔螺栓安裝的方法，獲得最佳的頻響特性。其中 PCIDAQ 插卡式方式使用數(shù)據(jù)采集卡以計算機(jī)平臺和虛擬儀 器軟件，可構(gòu)成各種數(shù)據(jù)采集和虛擬儀器系統(tǒng)。其主要結(jié)構(gòu)如下圖所示： 圖 6：振動信號分析結(jié)果輸出模塊 軟件部分 作為系統(tǒng)的內(nèi)核，軟件部分擔(dān)任著信號的分析處理、數(shù)據(jù)存貯等核心功能，軟件結(jié)構(gòu)流程圖如下圖 所示： 打開 Lab VIEW 軟件，開始初始化程序，啟動數(shù)據(jù)采集驅(qū)動，開始采集三軸加速度傳感器傳遞過來的數(shù)據(jù)，由于在工作場地存在著各種噪聲以及電磁電路產(chǎn)生的信號干擾，信號數(shù)據(jù)中會存在大量的雜波，須經(jīng)濾波器將影響較大的雜波濾掉，為了檢測大型高速電機(jī)的振動速度，我們將加速度信號進(jìn)行積分處理，將得到的運(yùn)算值預(yù)設(shè)定警戒值相比較，若低于設(shè)定值則說明運(yùn)行平穩(wěn)正常，若高于警戒值則說明振動幅度過大，記錄數(shù)據(jù)并進(jìn)行報警。 6 圖 4： 振動信號采集部分 振動信號處理部分是本振動監(jiān)測系統(tǒng)中的核心部分，主要由運(yùn)行于 PC 上的 LABVIEW 軟件平臺上的一個計算分析模塊來完成其主要振動信號的分析工作。 也正是由于其通過硬件實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致 SPC 系統(tǒng)不能普及的很重要的一個原因是成本高，在企業(yè)的投入產(chǎn)出比中收益比較低，是企業(yè)不愿意把錢花在過程監(jiān)控上，雖然他們明白實(shí)時監(jiān)測的重要性與意義。很多企業(yè)并沒有 SPC 系統(tǒng)，采用檢測設(shè)備也是起到抽檢、把關(guān)的作用，使產(chǎn)品的質(zhì)量的不到有效地控制，生產(chǎn)的安全也得不到根本的保障。 可以達(dá)到以下幾點(diǎn) : 結(jié)構(gòu)合理 ，電路優(yōu)化 配長電纜不影響測量精度 可直接傳至信號采集設(shè)備 有害防塵防潮放有害氣體 基于 Lab VIEW 的虛擬儀器研究現(xiàn)狀 伴隨著個人 PC 計算機(jī)配置的提升性能的優(yōu)化，使個人 PC 機(jī)的功能更是今非昔比，正是由于 PC 機(jī)的迅速發(fā)展，基于 PC 機(jī)的虛擬儀器也如雨后春筍般涌現(xiàn)出來：從 1988 年虛擬儀器開始在國際市場上出現(xiàn)，到現(xiàn)在已有數(shù)以千計的虛擬儀器產(chǎn)品。 三軸加速度傳感器研究現(xiàn)狀 20 世紀(jì) 80 年代初，繼微壓力傳感器之后微加速度傳感器作為微型慣性組合測量系