【正文】 滴的進行了解，學習。 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者模式，進行后續(xù)的模塊處理。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。而用 WHILE 循環(huán)來控制事件結(jié)構(gòu)執(zhí)行與否。 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”，因為文件是同一個文件，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行程序的說明，因為我們需要寫入的是原始信號，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述的，與數(shù)據(jù)先直接相 連。 在本系統(tǒng)我們采用的是功率譜分析，這里對功率譜進行說明。 我們以上面流程圖的思路作為指導，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”中選擇“比較”，我們可以找到“大于”控件，點擊 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行報警。 將模擬信號轉(zhuǎn)化為計算機可以 處理的數(shù)字信號的過程有兩步，一步是采樣，一步是量化。 濾波器是 承擔濾波任務的主要承擔者，當然 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）。我們往往需要對參數(shù)的修改而對系統(tǒng)對系統(tǒng)進行設(shè)置。 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。虛擬儀器就是通過應用程序?qū)⒂嬎銠C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，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。查閱相關(guān)資料得： 雙核 CPU ?；谏鲜鎏攸c與功能， 9234 能夠很好地實現(xiàn)本系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集轉(zhuǎn)換需求。 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)運行。 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 傳感器信號進行配備。本傳感器采用直流 24V 電源，輸出方式采用M5 出線。 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，我們選用江蘇靖江所生產(chǎn)的的JGA 型高速電機，其主 要參數(shù)如表 所示： 型號 轉(zhuǎn)速（ r/min） 電機參數(shù) 功率 (Kw) 電壓 (V) 頻率 (Hz) 電流（ I） JGA110/ 210000 380 350 根據(jù)上述電機振動的檢測需求，我們傳感器的性能指標提出相應的要求，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。 12 三軸加速度傳感器部分 三軸加速度傳感器是將電機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，其作用的重要性不言而喻。 綜上所述：我們確定方案為方案一。實現(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 10 米，用戶不必經(jīng)過允許便可利用 的 ISM(工業(yè)、科學、醫(yī)學 )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)方式的頻譜擴散技術(shù)來實現(xiàn)電波的收發(fā) 。 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量電機的振動參數(shù)，主要是電機振動速度，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的振動速度，我們將加速度信號進行積分處理，將得到的運算值預設(shè)定警戒值相比較，若低于設(shè)定值則說明運行平穩(wěn)正常，若高于警戒值則說明振動幅度過大，記錄數(shù)據(jù)并進行報警。 也正是由于其通過硬件實現(xiàn)，導致 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，雖然他們明白實時監(jiān)測的重要性與意義。 可以達到以下幾點 : 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 計算機配置的提升性能的優(yōu)化，使個人 PC 機的功能更是今非昔比，正是由于 PC 機的迅速發(fā)展，基于 PC 機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。（參考論文《電機振動故障巡檢系統(tǒng)的研究與開發(fā)》）。相對于傳統(tǒng)的智能儀器來說，極大地降低了成本，大幅的縮短了開發(fā)周期，提供了全新的技術(shù)手段，改變了傳統(tǒng)儀器的模式和功能，顯示出了廣闊的應用前景。如今高速電機在機械工程（高速磨床、銑床等加工）、國防工業(yè)（飛機環(huán)境控制系統(tǒng)、電動推進系統(tǒng)、電能存儲系統(tǒng)）等發(fā)面獲得了廣泛應用，對提高設(shè)備性能具有重要意義。 世界上發(fā)達國家已經(jīng)研制出轉(zhuǎn)速達到 20 萬 RPM 以上的大型高速電機，我國的也可達到 17 萬 R/min，顯然傳統(tǒng)的檢測裝置已經(jīng)不能夠滿足大型高速電機的振動檢測 需求，現(xiàn)我們需開發(fā)設(shè)計一種基于大型高速電機振動檢測系統(tǒng)，以滿足生產(chǎn)安全監(jiān)測的需要。檢測系統(tǒng)可充分利用Lab VIEW 提供的各種功能，包括數(shù)據(jù)采集、串口控制、數(shù)據(jù)顯示、存儲等。通過傳感器檢測電機的運動狀態(tài)，并對信號進行分析處 3 理，分析各信號參數(shù)，與已知振動特征對比，可以診斷出振動故障的原因與部位，得出維修方案。 存在的問題，我的方案 過程檢測控制 SPC 雖然在理論上有了較大的發(fā)展，但是在實際應用中由于科學技術(shù)與經(jīng)濟條件等的約束，還存在很多問題。其關(guān)系如圖 3 所示： 圖 3：振動檢測系統(tǒng)順序圖 在本系統(tǒng)中大型高速電機作為被測件為系統(tǒng)提供初始振動信號，安裝在大型高速電機上的三軸加速度傳感器跟隨電機一起振動，檢測其加速度信號經(jīng)信號調(diào)理電路轉(zhuǎn)變?yōu)榉治鲂阅芨玫妮^為穩(wěn)定輸出，通過數(shù)據(jù)采集卡采集傳送至終端PC 機，完成振動信號的采集工作。 圖 ： ICP 壓電型傳感器內(nèi)部原理圖 9 數(shù)據(jù)采集卡的選擇 虛擬儀器系統(tǒng)主要有 PCIDAQ 插卡式、并行口式、 GPIB 總線式、 VXI 總線式及 PXI 總線式。我們設(shè)計與方案一不同的方案來進行比對。 我們來對兩種方案進行對比： （ 1）三軸加速度傳感器其內(nèi)置 IC 放大器，在檢測到振動信號的同時直接將主信號放大，比將信號傳輸出來后將混入噪聲雜波的信號同時放大信號要好，當今傳感器正由結(jié)構(gòu)性向物性型轉(zhuǎn)變，物性型加速度傳感器受結(jié)構(gòu)而改變影響較小，故選用壓電式加速度傳感器。希望系系統(tǒng)可以移植到其他的振動測試系統(tǒng)中，再結(jié)合硬件實物后，能夠形成切實的功能，形成實時性好、功能完善、經(jīng)濟使用的實時監(jiān)測系統(tǒng)，能夠在生產(chǎn)中切實的發(fā)揮作用。壓電材料在發(fā)生機械形變時，內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，材料的表面會產(chǎn)生電荷聚集的現(xiàn)象?；谏鲜鲈瓌t我們選用了秦皇島鑫華科技有限公司生產(chǎn)的生產(chǎn)的 ICP 封裝三軸壓電加速度傳感器AD1003X?？紤]到被測部位的振動狀態(tài)和傳感器的工作環(huán)境，以及傳感器高的可靠性和靈敏度、寬的頻響范圍，需要遵循以下 2 個原則：（ 1）選擇結(jié)構(gòu)阻尼小、剛度高的位置 作為被測點。 其連線部分參見圖 ：硬件電路電路接線圖所示。 模擬信號的輸入，我們采用浮接方式。 安裝新的硬件之前，我們需要對電腦安裝 NIDAQ mx 驅(qū)動程序軟件，以便讓windows 能夠檢測到硬件產(chǎn)品。是我們對實際振動檢測系統(tǒng)有了全面的了解。 LABVIEW 功能非常強大，其為我們提供了大量的處理函數(shù)及控件，就像平時的電路圖、流程圖一樣，容易上手。在每一路先號前，我們也對信號進行了說明， X 軸方向振動信號、 Y 軸方向振動信號或者 Z 軸方向振動信號都是清楚明了。另外還有回放開關(guān)，保存路徑等均在界面設(shè)置模塊，操作方便簡單。 圖 濾波器參數(shù)設(shè)置程序圖 而這些濾波器參數(shù)設(shè)置在前面板上的界面如下圖所示，我們可以通過前面板的輸入控件方便的進行輸入，我們可以根據(jù)實際需求進行參數(shù)的設(shè)置，類型的選擇等對濾波器進行設(shè)置。我們在能滿足要求情況下，即能夠根據(jù)數(shù)字信號還原原始信息的原則，盡量減少計算情況下進行。至此則完成烈度報警模塊。 本模塊的設(shè)計步驟如下，前面部來的分部分不再累贅表述，從濾波器濾波后的信號始，我們先將其動態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為波形數(shù)據(jù)，如下圖所示，該控件左側(cè) 有三個輸入接口，第一個 Y 就是代表輸入信號，第二個 t0 代表開始時間，我們選擇了獲取當前時間控件，含義即為把當前時間設(shè)為開始時間，第三個 d t 即是時間間隔含義，時間間隔就等于采樣頻率的倒數(shù)，我們選擇取倒控件，左側(cè)連接采樣頻率輸入控件，右側(cè)連接 d t，而控件右側(cè)即是波形數(shù)據(jù)輸出，后接波形圖對功率譜予以顯示。我們將文件路徑直接給到“ TDMS 關(guān)閉”，將報錯也由“ TDMS 關(guān)閉”轉(zhuǎn)送給“ Error”即可。 我們在 while 循環(huán)中新建時間結(jié)構(gòu)，添加時間分支，右鍵點擊，設(shè)置本分支處理事 件，我們選擇回放功能按鈕，選擇值改變，點擊確定即可。后面尾隨的是 TDMS 關(guān)閉與程序報錯。我們在參數(shù)設(shè)置前面板也可對信號的頻率、幅值與噪聲幅值進行設(shè)定。我很高興我們設(shè)計的結(jié)果也相應的一步步進行，一步步的實現(xiàn)。這都是本次畢 業(yè)設(shè)計中的不足之處，在以后的學習工作過程之中還要予以學習，逐步提高自身水平，做出更好地設(shè)計。對我們技術(shù)上的指導，生活上的關(guān)心。 [5]馮雪 數(shù)據(jù)采集卡性能指標與性用 上海交通大學 [6] 蔡共宣 工程測試與信號處理 華中科技大學出版社 P838 9510186187 [7] 李穎 基于 LABVIEW 電機振動系統(tǒng)研究 河北農(nóng)業(yè)大學 [8] 隋紅林 王華 LABVIEW 下普通數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動與調(diào)用 《微計算機信息》 2020 年第 25 卷 [9] 蔣威 基于虛擬儀器電機振動測試分析系統(tǒng) 浙江大學 [10]胡仁喜 高海賓 LABVIEW2020 入門到精通 機械工業(yè)出版社 P3 [11] NI 數(shù)據(jù)采集卡使用說明書 [12] ICP 型加速度傳感器的使用說明 41 附錄 :