【正文】 對(duì)我們技術(shù)上的指導(dǎo)，生活上的關(guān)心。我很高興我們?cè)O(shè)計(jì)的結(jié)果也相應(yīng)的一步步進(jìn)行，一步步的實(shí)現(xiàn)。后面尾隨的是 TDMS 關(guān)閉與程序報(bào)錯(cuò)。我們將文件路徑直接給到“ TDMS 關(guān)閉”，將報(bào)錯(cuò)也由“ TDMS 關(guān)閉”轉(zhuǎn)送給“ Error”即可。至此則完成烈度報(bào)警模塊。 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(jìn)行輸入，我們可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置，類型的選擇等對(duì)濾波器進(jìn)行設(shè)置。在每一路先號(hào)前，我們也對(duì)信號(hào)進(jìn)行了說明， X 軸方向振動(dòng)信號(hào)、 Y 軸方向振動(dòng)信號(hào)或者 Z 軸方向振動(dòng)信號(hào)都是清楚明了。是我們對(duì)實(shí)際振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)有了全面的了解。 模擬信號(hào)的輸入，我們采用浮接方式?？紤]到被測(cè)部位的振動(dòng)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(gè)原則：（ 1）選擇結(jié)構(gòu)阻尼小、剛度高的位置 作為被測(cè)點(diǎn)。壓電材料在發(fā)生機(jī)械形變時(shí)，內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，材料的表面會(huì)產(chǎn)生電荷聚集的現(xiàn)象。 我們來對(duì)兩種方案進(jìn)行對(duì)比： （ 1）三軸加速度傳感器其內(nèi)置 IC 放大器，在檢測(cè)到振動(dòng)信號(hào)的同時(shí)直接將主信號(hào)放大，比將信號(hào)傳輸出來后將混入噪聲雜波的信號(hào)同時(shí)放大信號(hào)要好，當(dāng)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。 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。 存在的問題，我的方案 過程檢測(cè)控制 SPC 雖然在理論上有了較大的發(fā)展，但是在實(shí)際應(yīng)用中由于科學(xué)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)條件等的約束，還存在很多問題。檢測(cè)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(chǔ)等。如今高速電機(jī)在機(jī)械工程（高速磨床、銑床等加工）、國(guó)防工業(yè)（飛機(jī)環(huán)境控制系統(tǒng)、電動(dòng)推進(jìn)系統(tǒng)、電能存儲(chǔ)系統(tǒng)）等發(fā)面獲得了廣泛應(yīng)用，對(duì)提高設(shè)備性能具有重要意義。（參考論文《電機(jī)振動(dòng)故障巡檢系統(tǒng)的研究與開發(fā)》）。 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(gè)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(shí)監(jiān)測(cè)的重要性與意義。 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(jì)我們?yōu)榱藴y(cè)量電機(jī)的振動(dòng)參數(shù)，主要是電機(jī)振動(dòng)速度，我們根據(jù)位移傳感器對(duì)低頻比較敏感；而加速度傳感器對(duì)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。 綜上所述：我們確定方案為方案一。 三軸加速度傳感器的選型 本振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)之中的檢測(cè)對(duì)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(hào) 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(dòng)的檢測(cè)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(duì)加速度傳感器的要求較高。 我們選擇市場(chǎng)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(gè)通道，可滿足我們對(duì)于三軸向方向信號(hào)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(hào)進(jìn)行配備?；谏鲜鎏攸c(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。虛擬儀器就是通過應(yīng)用程序?qū)⒂?jì)算機(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(jì)算機(jī)，從而完成被測(cè)量數(shù)據(jù)的采集、分析、處理、顯示存儲(chǔ)等操作，這就是虛擬儀器。我們往往需要對(duì)參數(shù)的修改而對(duì)系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置。 將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可以 處理的數(shù)字信號(hào)的過程有兩步，一步是采樣，一步是量化。 在本系統(tǒng)我們采用的是功率譜分析，這里對(duì)功率譜進(jìn)行說明。而用 WHILE 循環(huán)來控制事件結(jié)構(gòu)執(zhí)行與否。 仿真信號(hào)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(hào)，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(hào)分別生成傳遞給消費(fèi)者模式，進(jìn)行后續(xù)的模塊處理。 由于第一次做虛擬儀器，也第一次做信號(hào)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(jì)還存在一些功能上的欠缺，程序上還存在一些不足。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)由最初的對(duì)振動(dòng)檢測(cè)體統(tǒng)不太了解到現(xiàn)在可以用虛擬儀器做振動(dòng)檢測(cè)分析，解決一個(gè)實(shí)際的工程課題，多虧了無(wú)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(duì)參考文獻(xiàn)中列出的各位學(xué)者道一聲感謝。希望我們以后的路也能夠一步步的走好，實(shí)現(xiàn)一個(gè)有高度的人生。 37 設(shè)計(jì)總結(jié) 這次 基于 Lab VIEW 和三軸加速度傳感器的振動(dòng)信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，是我第一次進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，也這是這次畢業(yè)設(shè)計(jì)給了我一次將書本上于學(xué)到的理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐的機(jī)會(huì)，將我們?cè)?jīng)學(xué)到的許多科目聯(lián)系到了一起，也是對(duì)知識(shí)掌握能力、綜合運(yùn)用的一個(gè)檢驗(yàn)。條件結(jié)構(gòu)的控件是一個(gè)枚舉型控件，我們把“Ｘ軸”、“Ｙ軸”、“Ｚ軸”分別作為該 33 控件的三個(gè)選項(xiàng)，與之相對(duì)應(yīng)的便是條件結(jié)構(gòu)的三個(gè)分支，也分別被命名為“Ｘ軸”、“Ｙ軸”、“Ｚ軸”，其相應(yīng)的分支結(jié)構(gòu)處理相應(yīng)的軸路信號(hào)。 首先 我們看下系統(tǒng)之中的程序框圖，由于程序較大，我們?cè)诮仄潦遣荒鼙３制渫暾裕覀兎譃榱巳齻€(gè)部分，第一個(gè)部分，給予路徑；第二個(gè)部分，數(shù)據(jù)寫入；第三個(gè)部分，關(guān)閉 TDMS 及報(bào)錯(cuò)。 本模塊我們思路簡(jiǎn)單明了，通過上一模塊傳送過來的數(shù)據(jù)，由于是加速度數(shù) 27 據(jù)，我們需要根 據(jù)電機(jī)的振動(dòng)速度信號(hào)幅值進(jìn)行報(bào)警，我們需要先做積分處理，得到速度信號(hào)，再處理信號(hào)提取時(shí)域信息，與報(bào)警閥值作比較運(yùn)算，如果大于報(bào)警閥值我們進(jìn)行報(bào)警，如果運(yùn)行正常，我們繼續(xù)檢測(cè)其振動(dòng)狀態(tài)，流程圖如下所示： 圖 烈度報(bào)警流程圖 時(shí)域振動(dòng)的幅值往往能給我們以直觀的信息，簡(jiǎn)單而且使用，本功能模塊我們實(shí)現(xiàn)基于均方根值的烈度報(bào)警功能。 信號(hào)預(yù)處理模塊 在硬件部分中， IPC 型傳感器內(nèi)置模塊、信號(hào)調(diào)理電路其實(shí)均是對(duì)信號(hào)的預(yù)處理，其作用就在于使后續(xù)的信號(hào)分析處理能夠更加的準(zhǔn)確，更加的有效。 主界面設(shè)計(jì) 在一個(gè)主界面要給用戶提供最常用的信息，最為必要的信息。我們將其輸出的 USB 接頭直接插入計(jì)算機(jī)的 USB接口即可。 數(shù)據(jù)采集卡的選型 目前市場(chǎng)上的數(shù)據(jù)采集卡也是多種多樣，我們選擇數(shù)據(jù)采集在滿足通道要求情況下的參數(shù)主要有兩個(gè)，一個(gè)是轉(zhuǎn)換精度 ，另一個(gè)是采集速度。檢測(cè)加速度量程： 50g— +50g；輸出阻抗： ? 100? ；重量 :96g。該部分將振動(dòng)源的加速度信號(hào)轉(zhuǎn)化為我們計(jì)算機(jī)課識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，供我們做進(jìn)一步的計(jì)算與分析。 藍(lán)牙 傳輸 ，是一種支持設(shè)備短距離通信（一般 10m 內(nèi)）的 無(wú)線電 傳輸 技術(shù)。該系統(tǒng)與傳統(tǒng)的專用振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不同，我們不采用示波器，沒有單獨(dú)的配置硬件設(shè)備，我們基于用戶 PC 機(jī)本身及 LABVIEW 軟件平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)所需信息的 7 輸出顯示，異 常報(bào)警功能；并可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存檔與報(bào)告的生成。 在單軸加速度傳感器的研究開發(fā)基礎(chǔ)之上，根據(jù)三軸傳感器信號(hào)獲取方式的不同 ,可以分為幾種不同的形式 :伺服平衡式、壓阻式、壓電式、電容式、光纖位移式、溫敏式 (熱對(duì)流式 )、真空微電子式、隧道式、光波導(dǎo)式、諧振式等形式這些采用不同原理的三軸加速度傳感器近年來都有一些報(bào)道 [5]。為了提高國(guó)產(chǎn)大型高速 電機(jī)的質(zhì)量和運(yùn)行的可靠性，也為了適應(yīng)電機(jī)生產(chǎn)和工作的環(huán)境，使監(jiān)測(cè)的效率及不良隱患檢出率得到明顯的提升，開發(fā)一種高性價(jià)比的基于大型高速電機(jī)振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)也是當(dāng)今市場(chǎng)的迫切需求。對(duì)運(yùn)行的電機(jī)來說，明顯超過它所允許的幅值振動(dòng)，將會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子滑環(huán)和和電刷磨損加劇以及產(chǎn)生環(huán)火，使機(jī)組聯(lián)軸器不能正常工作，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)導(dǎo)致封閉系統(tǒng)的破壞；連接部件松弛和應(yīng)力增大，并危及電機(jī)的基礎(chǔ)部分；對(duì)電機(jī)及周 2 圍部件產(chǎn)生破壞及安全隱患，甚至釀成重大事故。其中單軸加速度傳感器技術(shù)發(fā)展比較成熟，如美國(guó) AD 公司、日本日立公司、加州大學(xué)分校 UCB、均開展較早，國(guó)內(nèi)也有清華大學(xué)、哈工大、北京大學(xué)、中北大學(xué)、東南大學(xué)等都相繼開展 了各種原理、各種結(jié)構(gòu)的微加速度傳感器的研究。該部分的結(jié)構(gòu)及流程是由數(shù)據(jù)采集卡 經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后采集過來的振動(dòng)信號(hào)傳至PC 機(jī)的 LABVIEW 平臺(tái)經(jīng)除噪濾波后，由核心模塊對(duì)其進(jìn)行頻域、振幅分析，核心模塊內(nèi)容詳見軟件部分說明，主要流程如下圖所示： 圖 5：振動(dòng)信號(hào)處理部分 振動(dòng)信號(hào)分析結(jié)果輸出模塊 振動(dòng)信號(hào)分析結(jié)果輸出模塊作為本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的終端模塊，其界面的友好程度，人機(jī)信息的交換程度很大程度上決定了該系統(tǒng)用戶使用的方便程度與滿意度。 10 無(wú)線信號(hào)傳輸應(yīng)用最廣泛的兩種方式是紅外傳輸與藍(lán)牙傳輸，其中 紅外傳輸是以 紅外線 的方式傳遞 數(shù)據(jù) ，可以很 方便 地實(shí)現(xiàn)無(wú)線方式連接， 傳輸 速度快 ， 但是存在傳輸距離短，只能直線傳輸?shù)娜秉c(diǎn)。 其主要三軸加速度傳感 器、信號(hào)調(diào)理電路與數(shù)據(jù)采集卡組成（包括軟件運(yùn)行依托工作計(jì)算機(jī)）。性能參數(shù)如下：靈敏度： 100mV/g；非線性度 : ? 1%，頻率響應(yīng)： ；安裝諧振頻率： 20KHz?，F(xiàn)在我們已經(jīng)習(xí)慣于使用計(jì)算機(jī)來處理速度、壓力、流量、位移等物理量，而把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的數(shù)據(jù)信號(hào)就需要數(shù)據(jù)采集。 本數(shù)據(jù)采集卡屬于 NI 公司 C 系列產(chǎn)品，采用的是 USB 接口可以實(shí)現(xiàn)熱插拔，所以本硬件的安裝沒有難度。我們把系統(tǒng)做好的目的便在于能夠很好地給用戶提供信息，那么在這里我們對(duì)界面進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。 24 圖 參數(shù)設(shè)置界面圖 LABVIEW 功能模塊設(shè)計(jì) 正如前面所述， 我們基于 LABVIEW 軟件的上述特點(diǎn)，基于前面板上的所需要實(shí)現(xiàn)的功能，來對(duì)我們振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的軟件處理模塊進(jìn)行編輯，作為該系統(tǒng)信號(hào)處理、分析的模塊，也是系統(tǒng)的核心，我們根據(jù)該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求出發(fā)，針對(duì)每一個(gè)功能，編輯相應(yīng)的程序模塊，來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能。 Hanning 窗又叫升余弦窗，使用它可以降低旁瓣高度，但也會(huì)增加主瓣寬函數(shù)如下： 烈度報(bào)警模塊 經(jīng)過上個(gè)模塊對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波與加窗，實(shí)現(xiàn)了對(duì)信號(hào)采集與量化之后，就滿足了我們進(jìn)一步分析處理的條件，那么這一模塊就屬于我們對(duì)信號(hào)信號(hào)進(jìn)行分析的功能模塊了。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊 以上模塊基本滿足了信號(hào)的時(shí)域分析、頻域分析等相關(guān)功能，我們對(duì)信號(hào)的分析雖然實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)檢測(cè)、分析的功能，但是對(duì)過往的數(shù)據(jù)我們不能沒有記錄，沒有保存，對(duì)于故障的診斷沒有了報(bào)警之前的信號(hào)數(shù)據(jù)，這樣的振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)是不完整的，不合理的，本模塊我們基于 TDMS 的存儲(chǔ)控件進(jìn)行了對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及功率譜的存儲(chǔ)及回放功能，更加完善功能，滿足客戶的實(shí)際需求，是有必要的。 圖 數(shù)據(jù)回放模塊 信號(hào)數(shù)據(jù)的回放模塊主體結(jié)構(gòu)我們才用了一個(gè)條件結(jié)構(gòu)來選擇軸向信號(hào)。對(duì)本系統(tǒng)模擬數(shù)據(jù)分析結(jié)果如下圖所示： 圖 振動(dòng)濾波信號(hào) 36 圖 振動(dòng)信號(hào)趨勢(shì)圖 圖 振動(dòng)信號(hào)功率譜 本章小結(jié) 上面兩個(gè)分別對(duì)于時(shí)域、頻域的成功分析的分析結(jié)果可知，我們的程序完全能夠?qū)崿F(xiàn)其 所賦予的功能，既然對(duì)模擬數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)，那么對(duì)于實(shí)際采集數(shù)據(jù)也具有相同的功能。大學(xué)生活悄然過去，回憶那曾經(jīng)一起學(xué)習(xí)的教室，回憶那大家刻苦鉆研的情景，割不斷的不舍與懷念，那大家對(duì)于知識(shí)與夢(mèng)想孜孜不倦的追求。 最后，我要感謝我的同組同學(xué)，王爭(zhēng)、劉彪，和小陳等。例如存儲(chǔ)模塊，我們將全部數(shù)據(jù)進(jìn)行了存儲(chǔ)，這樣就會(huì)有大量的冗余數(shù)據(jù)，沒能實(shí)現(xiàn) 38 出現(xiàn)報(bào)警自動(dòng)存儲(chǔ)故障信息的功能，參數(shù)設(shè)置未能全部實(shí)現(xiàn)參數(shù)化。 圖 模擬數(shù)據(jù)生成 對(duì)于其中任意一 路信號(hào)進(jìn)行設(shè)置，我們打開屬性可以對(duì)信號(hào)的類型，頻率、幅值添加噪聲、以及采樣率、采樣點(diǎn)數(shù)進(jìn)行設(shè)置。While 循環(huán)的關(guān)閉我們選擇主程序的關(guān)閉按鈕，創(chuàng)建公式節(jié)點(diǎn)。功率譜是基于傅里葉變 換的一種在頻率范圍內(nèi)的具有統(tǒng)計(jì)特征的波形分析方法，它是傅里葉的平方，能夠?qū)φ駝?dòng)的頻率各成份在頻域中的能量分配起到識(shí)別的作用。量化其實(shí)是將采樣過來的某個(gè)點(diǎn)處的函數(shù)值精確到模擬 /數(shù)字轉(zhuǎn)換的一個(gè)近似值，我們根據(jù)實(shí)際精確度的要求舍去或