【正文】 者進(jìn)位轉(zhuǎn)化為一個(gè)滿足要求的具體量值，再把這個(gè)數(shù)值轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)課識(shí)別的二進(jìn)制數(shù)，供下一步處理。常用的信號(hào)濾波器設(shè)置及報(bào)警閥值的設(shè)置在前面已經(jīng)講過，這里不再累贅講述。 20 隨著計(jì)算機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展，基于計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的虛擬儀器功能日趨完善，近年來更使得到了迅猛發(fā)展，它能夠更好的服務(wù)于我們，我總結(jié)有以下幾個(gè)方面原因，其與傳統(tǒng)儀器的對(duì)比如下表所示： 表 [11]： 虛擬儀器 傳統(tǒng)儀器 軟件使得開發(fā)維護(hù)費(fèi)用降低 開 發(fā)維護(hù)開銷高 技術(shù)更新周期短 技術(shù)更新周期長(zhǎng) 關(guān)鍵是軟件 關(guān)鍵是硬件 價(jià)格低、可復(fù)用、可重配置性強(qiáng) 價(jià)格昂貴 用戶定義儀器功能 廠商定義儀器功能 開放、靈活，可與計(jì)算機(jī)技術(shù)同步發(fā)展 封閉、固定 可與周圍設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)互連面向應(yīng)用 功能單一、互聯(lián)有限 LABVIEW 是實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器集成環(huán)境的簡(jiǎn)稱，它是 NI 公司研發(fā)的產(chǎn)品。 數(shù)據(jù)采集卡的安裝 NI PCI4474型 4通道 24位動(dòng)態(tài)信號(hào)采集卡 可以完美的實(shí)現(xiàn)我們對(duì)三軸加速度傳感器的三個(gè)軸向方向感應(yīng)電壓的采集，其 NI 硬件與 LABVIEW 為同一個(gè)公司的產(chǎn)品，互相支持沒有不兼容現(xiàn)象。更重要的是該型號(hào)為IEPE 型，專門用于傳感器 傳感器測(cè)試，也可作為電壓放大器使用，具有頻響范圍寬，穩(wěn)定性好，增益、激勵(lì)電流可調(diào)的特點(diǎn)。我們選擇靈敏度100mV/g,頻率響應(yīng) 13000Hz，加速度測(cè)量量程 30g以上，傳感器重量不超過 100g。 11 如前面所述本系統(tǒng)有硬件部分與軟件部分兩大部分組成，由于本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)的一些約束，硬件方面我們采取模擬，我的任務(wù)主要在軟件部分。加速度傳感器的信號(hào)至數(shù)據(jù)采集卡的傳輸方式選為有線傳輸。 5 為解決上述問題以及迫于實(shí)現(xiàn)工業(yè)系統(tǒng)的自動(dòng)化與系統(tǒng)化，提高產(chǎn)品質(zhì)量，關(guān)注生產(chǎn)勞動(dòng)的安全環(huán)境，我們基于電機(jī)檢測(cè)應(yīng)用最廣、監(jiān)測(cè)信息最多且發(fā)展較為成熟的振動(dòng)分析檢測(cè)方法，結(jié)合最新的三軸 加速度傳感器技術(shù)及基于 Lab VIEW 的虛擬儀器技術(shù)開發(fā)一種實(shí)時(shí)性好；人工工作量?。恍畔⑻幚矸奖?、準(zhǔn)確；且價(jià)格低廉、設(shè)備簡(jiǎn)單的實(shí)時(shí)過程檢測(cè)系統(tǒng)。 其中振動(dòng)分析法現(xiàn)已發(fā)展較為成熟：電機(jī)在穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，其振動(dòng)具有典型的特征和允許閥值，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行出現(xiàn)異?；蚬收蠒r(shí)，其振動(dòng)的幅值、形式及頻譜均會(huì)發(fā)生變化。隨著電機(jī)的發(fā)展，結(jié)構(gòu)的變化、性能的改善，電機(jī)與電力電子技術(shù)的結(jié)合也是越發(fā)的緊密。由于 Lab VIEW 具有豐富的測(cè)試、控制、數(shù)據(jù)分析軟件包，以及其可視化 G 語言編程，可大幅度簡(jiǎn)化開發(fā)。 近年來我國(guó)在虛擬儀器的研究也取得了很大的進(jìn)展，基于虛擬儀器形式的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷正適應(yīng)了當(dāng)今的生產(chǎn)需要與，順應(yīng)了發(fā)展方向，處在并將持續(xù)處在快速發(fā)展階段。根據(jù)該系統(tǒng)的需求，我們采用 ICP 型壓電傳感器。不同之處在于加速度傳感器的選型不同；安裝位置不同；數(shù)據(jù)采集方式不同；信號(hào)的傳輸方式不同。它是基于壓電材料的壓電效應(yīng)為轉(zhuǎn)換原理 而工作的。 :表 ： 序號(hào) 安裝方式 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 1 螺釘連接的安裝方式 連接牢固，可獲得最佳頻響特性 需要在事件上打孔，安裝準(zhǔn)備工作較為繁瑣 2 直接粘結(jié)的安裝方式 不需要在事件上打孔，安裝簡(jiǎn)單、便捷 連接牢固性較差，頻響特性較差，不能用于外殼不絕緣 14 加速度傳感器的安裝 3 墊塊為膠木的安裝方式 不需在試件上打孔，安裝簡(jiǎn)單，便捷，且能很好的實(shí)現(xiàn)加速度傳感器與被測(cè)件的絕緣，適用于所用加速度傳感器的安裝，在三種不同材料墊塊中，頻響特性最佳 連接牢固性較差，頻響特性較差 4 墊塊為有 機(jī)塊的安裝方式 不需在試件上打孔，安裝簡(jiǎn)單，便捷，且能很好的實(shí)現(xiàn)加速度傳感器與被測(cè)件的絕緣 連接牢固性較差，頻響特性較差，三種墊塊中，頻響特性最差 5 墊塊為酚醛玻璃布板的安裝方式 不需在試件上打孔，安裝簡(jiǎn)單，便捷，且能很好的實(shí)現(xiàn)加速度傳感器與被測(cè)件的絕緣 連接牢固性較差，頻響特性較差，三種墊塊中，頻響特性居中 除了傳感器的安裝方式，安裝位置也是十分關(guān)鍵的。滿足我們對(duì)于本系統(tǒng)的全部需求，我們的選型是合理的。 本章 小結(jié) 通過本章我們了解了我們所需要的主要硬件配置，其工作原理與主要作用。 不管是振動(dòng)波形圖還是振動(dòng)趨勢(shì)圖表或者功率譜分析的顯示，我們均對(duì)標(biāo)簽欄進(jìn)行了修改，直接點(diǎn)擊切換，方便快捷。 不難理解高截止頻率與低截止頻率的含義，其作為濾波器允許通過信號(hào)頻率的上限值與下限值，采樣頻率決定我們對(duì)數(shù)據(jù)采集的時(shí)間間隔或者頻率，而濾波器類型，我們可以通過此控件選 擇此濾波器的類型，是選擇高通濾波器、低通濾波器、 Band stop 濾波器，階數(shù)控件我們可以選擇濾波器階數(shù)，我們通常選擇 2 階，初始化 /連續(xù)控件我們可以選擇是初始化函數(shù)還是連續(xù)。 示意流程圖如下： 圖 烈度報(bào)警流程圖 有了程序，軟件便可以執(zhí)行，以便實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，為了用戶使用的靈活性與更改被測(cè)量振動(dòng)源發(fā)生改變時(shí)，參數(shù)的變化，我們需要可以對(duì)報(bào)警閥值加以設(shè)定的功能，如上面程序比較控件所創(chuàng)建的輸入控件，即為報(bào)警閥值輸入控件，在三軸振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中報(bào)警閥值在前面板設(shè)置如右圖所示： 圖 報(bào)警閥值設(shè)置 其功能的實(shí)現(xiàn)，即發(fā)生振動(dòng)異常進(jìn)行報(bào)警時(shí)，由前面板度報(bào)警指示燈完成，而在本三軸振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)之中，在前面板的顯示如圖所示，三個(gè)指示燈被標(biāo)注分別對(duì)X 軸方向、 Y 軸方向與 Z 軸 方向的振動(dòng)烈度，當(dāng)振動(dòng)超出報(bào)警閥值時(shí)，可以單路報(bào)警，如果兩路以上超出，則相應(yīng)報(bào)警。 圖 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序圖 32 第三部分最為簡(jiǎn)單，其作用就是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)寫入完成后，關(guān)閉 TDMS 文件，如果在其過程之中有錯(cuò)誤，及時(shí)報(bào)錯(cuò)。其主旨結(jié)構(gòu)與寫入相似。在本系統(tǒng)中，我們一步步的從振動(dòng)源的振動(dòng)到加速度信號(hào)采集與預(yù)處理、積分運(yùn)算、時(shí)域、頻域分析進(jìn)行，在軟件部分我們也是從信號(hào)的預(yù)處理一個(gè)模塊一個(gè)模塊的做烈度報(bào)警、功率譜分析，以及最后實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)、回放功能。 在這次在畢業(yè)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中，從最初的選題到設(shè)計(jì)方案的擬定和論證、到 后期程序設(shè)計(jì)的技術(shù)指導(dǎo)、再到最后設(shè)計(jì)說明書的撰寫及格式的要求，在每個(gè)階段顏老師都認(rèn)真負(fù)責(zé)。還有顏老師自己那份對(duì)學(xué)術(shù)的認(rèn)真，執(zhí)著，給我樹立了良好的榜樣，一個(gè)好老師不僅能夠“言傳 ’ ，更重要的是“身教”。最值得高興地不僅是我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)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(shí)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(guó)家能夠創(chuàng)造實(shí)際意義是最為可貴的。 本章小結(jié) 我們通過 LABVIEW 軟件失信了信號(hào)的預(yù)處理、時(shí)域分析、頻域分析及相關(guān)信息的存儲(chǔ)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。 圖 信號(hào)數(shù)據(jù) 的回放模塊 僅僅實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)不可以查看的話，存儲(chǔ)也是沒有意義的。 圖 烈度報(bào)警指示燈 29 譜分析模塊 上一模塊我們基于信號(hào)的時(shí)域特性，通過對(duì)加速度信號(hào)進(jìn)行積分獲得速度信號(hào)，測(cè)得速度信號(hào)的周期均方根作為烈度報(bào)警的根據(jù)，一句話總結(jié)起來就是時(shí)域分析模塊。 圖 濾波器參數(shù)設(shè)置圖 在參數(shù)設(shè)置時(shí)，需要特別指出的是采樣頻率，采樣頻率決定了采樣的時(shí)間間 26 隔，將連續(xù)的模擬信號(hào)進(jìn)行離散化的 采樣，這些采集過來的點(diǎn)所組成的信號(hào)，在時(shí)間上是間隔的，但是在幅值上卻是連續(xù)的。 振動(dòng)濾波信號(hào)顯示界面、振動(dòng)趨勢(shì)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(dòng)濾波信號(hào)顯示圖 圖 振動(dòng)趨勢(shì)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(shí)對(duì)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?cè)谧映绦蚬?jié)點(diǎn)設(shè)置中選擇“在調(diào)用時(shí)打開前面板”選項(xiàng)前打鉤。對(duì)于本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也是一個(gè)基礎(chǔ)，一個(gè)平臺(tái)。使用浮接的連接方式可以避免對(duì)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。（ 2）由于振動(dòng)信號(hào)在傳遞過程中幅值要衰減，所以被測(cè)點(diǎn)應(yīng)盡量靠近振動(dòng)產(chǎn)生的位置。反過來我們可以根據(jù)其電荷的多少來計(jì)算其發(fā)生應(yīng)變的大小，繼而計(jì)算其所受壓力的大小。 （ 2）電機(jī)的軸承是最能反映電機(jī)振動(dòng)的部位，對(duì)電機(jī)軸承的檢測(cè)至關(guān)重要。其中 PCIDAQ 插卡式方式使用數(shù)據(jù)采集卡以計(jì)算機(jī)平臺(tái)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)。很多企業(yè)并沒有 SPC 系統(tǒng)，采用檢測(cè)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。開發(fā)此振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)使更多的用戶能夠利用振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)電機(jī)實(shí)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及早發(fā)現(xiàn)故障征兆，使用戶及早更換故障零件，減少輪檢、大修次數(shù)，節(jié)約成本，創(chuàng)造更多的效益，并避免事故的發(fā)生，對(duì)電機(jī)運(yùn)行監(jiān)測(cè)及故障診斷具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 高速電機(jī)是近幾十年來電力技術(shù)、材料科學(xué)、機(jī)械工程、計(jì)算機(jī)發(fā)展的產(chǎn)物 。到目前為止人們已經(jīng)研究出了多種現(xiàn)代化的診斷方法，按診斷方法主要分為：電流分析法、聲學(xué)法、溫度檢測(cè)法及振動(dòng)分析法。 當(dāng)今企業(yè)應(yīng)用的振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，其大多是通過硬件來實(shí)現(xiàn)，不 僅造成上述問題，而且通用性差，一種儀器僅能實(shí)現(xiàn)一種功能或出廠時(shí)通過硬件來實(shí)現(xiàn)的功能，而不能夠根據(jù)企業(yè)自身特點(diǎn)自由發(fā)揮其主動(dòng)效能，結(jié)構(gòu)死板，靈活度差。 隨著 PC 機(jī)龐大的數(shù)量，以及插卡式儀器價(jià)格最便宜，因此其用途廣泛，特別適合于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控、各種實(shí)驗(yàn)室和教學(xué)部門使用。 （ 4）雖然無線信號(hào)傳輸更為方便，是線路更加優(yōu)化，在工廠條件下更加安全，但是考慮到工廠電磁設(shè)備眾多，信號(hào)雜亂，為了傳感器信號(hào)能夠更為準(zhǔn)確的得到采集，本系統(tǒng)的可靠性更強(qiáng)，我們采用有線傳輸方式。ICP 型即將 IC 電荷放大器內(nèi)置于三軸加速度傳感器，直接與壓電元件相連接，較少外界噪聲對(duì)其的干擾。 圖 12： 電機(jī)振動(dòng)測(cè)定點(diǎn)位圖 IEPE 恒流源部分 所謂 IEPE 是 壓電集成電 路的縮寫，我們 ICP 型三軸壓電傳感器的輸出電壓信號(hào)十分弱小，不能進(jìn)行較長(zhǎng)距離的信號(hào)傳輸，在傳輸路徑過程中，我們需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行再次的穩(wěn)定與放大，跟系統(tǒng)的實(shí)際需求 :ICP 型三軸加速度傳感器 15 AD100 3X 的三軸向信號(hào)的放大需求，及穩(wěn)定電流 4mA 的電流值，我們選擇恒流源。通過模擬和數(shù)字濾波， NI 9234 可精確表示帶寬內(nèi)部信號(hào)并且抑制帶寬外信號(hào)。 圖 41 軟件設(shè)計(jì)流程圖 NI LABVIEW 軟件簡(jiǎn)介 在前面緒論中我們?cè)?jīng)提到了虛擬儀器的發(fā)展現(xiàn)狀，我們對(duì)虛擬儀器也有了一定的認(rèn)識(shí)。界面圖如下所示： 圖 信號(hào)回放功能顯示界面圖 參數(shù)設(shè)置界面 作為本系統(tǒng)界面的輔助設(shè)置，但起作用絕非輔助。假設(shè)有限帶寬信號(hào)在 f(n)頻率以上沒有頻率分量，只有采樣時(shí)滿足采樣頻率是信號(hào)中最大頻率分量（有用信息的頻率，雜波除外）的兩倍以上，即： nff 2?采 ，我們才能將有用頻率的信號(hào)信息全部的采集過來，沒有遺失和改變。與時(shí)域分析信號(hào)相比較，頻域分析可確定信號(hào)的頻率范圍和頻率組成，也可以確定系統(tǒng)的振動(dòng)噪聲源，通過輸入輸出頻譜，我們可確定該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，對(duì)我們?nèi)S振動(dòng)系統(tǒng)而言，便于發(fā)現(xiàn)故障原因。在主程序中我們用事件結(jié)構(gòu)不同的事件分支來處理延時(shí)、調(diào)用回放子程序、與關(guān)閉。這里我們需要指出的是，由于現(xiàn)實(shí)條件所限，我們不能滿足由實(shí)際硬件采集信號(hào)的要求，此設(shè)計(jì)作為我們本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我們用 LABVIEW 軟件的仿真信號(hào)作為本系統(tǒng)的初始信號(hào)源，進(jìn)行相關(guān)功能測(cè)試。正是在一種種方案的嘗試中我們發(fā)現(xiàn)了問題，在解決問題中我們進(jìn)步了，得到了更好的方案，直至最后能夠滿足用戶的信息獲取，人機(jī)友好交互的需求。你們的殷切期望是我進(jìn)步的動(dòng)力，你們無私的關(guān)懷和安慰給了我戰(zhàn)勝困難的勇氣，親愛的爸爸媽媽感謝你們?cè)谖镔|(zhì)和精神上給予我的無私幫助，你們辛苦了！ 再次，我要感謝那些致力于振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)及相關(guān)研究的各位學(xué)者。 39 致謝 一個(gè)人的能力是有限的，但是他可以得到的幫助卻是無限的。在遇到問題，然后解決問題的過程之中掌握了知識(shí)、技術(shù)，積累了經(jīng)驗(yàn)，學(xué)習(xí)了方法，提高了查閱相關(guān)資料以及自我學(xué)習(xí)的能力。 圖 信號(hào)回放程序圖 程序框圖如上所示，我們從左向右進(jìn)行說明。