【文章內容簡介】 信號經過快速傅里葉變換分解為單一的諧波分量，可以得到振動的頻譜。 圖 32 是系統(tǒng)軟件的結構圖，如圖所示，使用 DAQ采集助手和相應的硬件設備，我們將振動信號采進計算機中，通過數(shù)字濾波濾除信號中的噪聲和不需要的頻率成分。為了減少或抑制頻率泄露，采用加窗處理。 32 系統(tǒng)軟件結構框圖 分模塊進行加速度變化率的累加，求的當前速度；在進行速度變化率的累加，求得當前位移，積分用“數(shù)學 積分與微分”函數(shù)子面板中的 Integral X（ t） VI，它的算法是： ∑ i=1,2,? ,n1 2 1 3,4 DAQ 采集得到的信號 數(shù)字濾波 加窗 頻譜分析 積分 消除趨勢項 積分 消除趨勢項 動態(tài)信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計 8 此外， 在程序框圖中加入 FFT（快速傅里葉變換） VI，以求得信號的實時頻率譜 ，方便對信號的分析， 此 VI 位于信號處理 信號分析中， 具體程序框圖如 圖 33所示 ： 圖 33：振動測試程序框圖 圖 33中，使用 DAQ 助手采集得到壓電晶體傳感器輸出的電壓信號，經過一個由布爾控件控制的 case 結構 流入頻譜測量快速 vi中，在 case 結構中，設置實現(xiàn)了對信號的濾波功能，慮除了低頻干擾噪聲，有利于有用信號的提取與處理。 DAQ 助手的采樣頻率設置為 1000，采樣數(shù)設置 為 2020， 4 秒超時設置，最后用布爾控件控制 DAQ 助手的啟停。 在 框圖中用到的快速 VI有 : “F ilter VI” 位于“ ExpressSignal Analysis”中，具體配置如圖 34 所示：使用巴斯特沃三階低通濾波器，截止頻率 60HZ，此外，為信號加 hanning 窗函數(shù)。 動態(tài)信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計 9 圖 34：濾波器配置 “ Spectral measurements VI” 位于“ ExpressSignal Analysis”中，使用默認配置，對信號進行快速傅里葉變換，提取頻率均方根幅值。 我們使用 while 循環(huán)和一個 case 循環(huán)控制程序流程，最后將采集的原始信號和頻譜波形分別用一個波形顯示控件和圖表顯示控件顯示。所得到的結果如 圖 35 所示 ： 圖 35：振動信號與其頻譜 轉速測試 本實驗臺使用一個光電傳感器，安放在聯(lián)軸器軸向位置上，聯(lián)軸器上有一塊 光反射動態(tài)信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計 10 片 ，當軸開始轉動時，每轉一圈，光電傳感器感知一次 反射信號 ，輸出一個脈沖信號，于是我們使用 LabVIEW 編寫程序，輸出每秒鐘出現(xiàn)脈沖的個數(shù)就可以計算出軸的具體轉速，具體公式如下： r/min。 式中： r轉速（轉 /分） ； m一個采樣序列中的脈沖個數(shù) ； S一個采樣序列中的采樣點數(shù) ； R采樣點數(shù) ； 具體的程序框圖 見圖 36下： 圖 36：轉速測試程序框圖 圖 36中， DAQ 助手配置了 數(shù)據(jù) 采集卡的諸項參數(shù)，光電傳感器輸出電壓信號經過DAQ 輸出，使用動態(tài)數(shù)據(jù)到雙精度一維數(shù)組的轉換，信號被保存為可以動態(tài)顯示的一維波形 。 然后經過脈沖計數(shù)快速 vi，我們將記錄每一個超過 1v的電壓脈沖尖峰， 通過 while循環(huán)使計數(shù)值加 1，每秒鐘讀取 2048 個數(shù)據(jù)點，其中脈沖個數(shù)是每秒鐘的轉速值，乘以六十后就是最終的轉速。這里要注意的是在設置采樣點數(shù)時，要確保每一個脈沖都不會漏記，所以進 可能 的增加每秒鐘采樣點數(shù)， 此外還要綜合考慮電腦的性能問題，如果過大就會影響程序運行速度。所以 這里設置 采樣點數(shù) 為 2048。 在這個程序框圖 中要使用“ threshold peak detector VI” ,此 VI 用來計算脈沖信號峰值大于一定值時的個數(shù)，并輸出具體數(shù)值。位于“ signal processsingnal opration” 中。運行此程序的結果如 圖 37所示 ： 動態(tài)信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計 11 圖 37：轉速測量前面板顯示 軸心軌跡 轉子軸心軌跡是指轉子軸心相對于軸承座在與軸線垂直的平面內的運動軌跡。軸心軌跡是表征旋轉機械狀態(tài)的重要特征量，對測得的軸心軌跡的大小、形狀、穩(wěn)定性和旋轉等方面進行綜合分析，可以判斷轉子的運行狀態(tài)是否正常。 測量軸心軌跡通常采用兩只點渦流傳感器，相互垂直安裝在轉軸的表面附近，對轉軸的 X、 Y 兩個方向的徑向振動位移進行非接觸測量，這樣在平面坐標上把測量得到的兩個位移值描繪出來就可以得到軸心軌跡。 具體的程序框圖如 圖 38下： 圖 38：軸心軌跡測試程序框圖 DAQ Assist 使用兩個物理通道采集到 X、 Y兩個信號，經過信號拆分函數(shù)，分解為動態(tài)信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計 12 兩 個獨立的信號， 每個信號減去渦流傳感器中存在的間隙電壓值 后，再乘以靈敏系數(shù) ，得到相應的位移信號， 最后使用一個捆綁函數(shù)，將 X、 Y信號組合為一個簇，輸出到 XY波形顯示控件中顯示實時的軸心軌跡波形。如 圖 39： 圖 39：軸心軌跡前面板顯示 數(shù)據(jù)存盤 LabVIEW附帶大量的數(shù)據(jù)記錄與回放功能函數(shù)，供測試系統(tǒng)設計使用，在本課題中，我們需要將測量得到的實時數(shù)據(jù)保存為 excel 文件保存在硬盤上，以方 便后續(xù)的實驗分析，此時就需要使用 LabVIEW 功能強大的數(shù)據(jù)記錄與回放功能函數(shù)。 數(shù)據(jù)的存盤函數(shù)在“ programmingfile I/O” 中。他們不僅可以用于數(shù)據(jù)文件的操作，還可以滿足任何波形文件的操作，所以可以滿足我們此次變成需要。 在此次測量編程中，我們將用到以下功能函數(shù)：“ writer to spreadsheet VI”，它的作用是將采集的數(shù)據(jù)轉化為表格模式存放于 excel 中。 整體程序調試 完成各個單獨傳感器的測量后，我們要對四個傳感器進行整體的測試，將四個部分整合為一體，在一個主面板中顯示。 LabVIEW 支持多通道并行采集，采集卡 6009 總共有四個差分節(jié)點，所以可以滿足我們的需求，在此，我們一次采集四個節(jié)點電壓信號輸出到信號調理電路經過相應的放大調理電路，流入 6009數(shù)據(jù)采集卡中，最后進入 pc機。 程序框圖如 圖 310： 動態(tài)信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計 13 圖 310：三通道同步測試 在這個程序中，我們使用一個 while 循環(huán)控制整個采集過程的運行，另外我們又使用四個內部 while 循環(huán)分別控制 DAQ Assistant,振動，轉速，軸向位移的運行。 在前面板中，我們使用一個 tab control 控件將三個子面板放入其中，只要我們點擊相應的測量任務，就可以是相應的子面板前端顯示。 在子面板中有三個 Boolean 控件，分別控制三個子程序的數(shù)據(jù)存盤，在程序運行中，我們點擊一下，便可以保存相應的數(shù)據(jù)至一個固定的硬盤文件夾中，并轉換為電子表格格式，此部分在程序框圖中有三個 case 結構控制，如上面的程序框圖所示，在布爾控件為真時， case 結構轉入 TRUE 分支運行相應代碼。 前面板設計如 圖 311： 動態(tài)信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計 14 圖 311： table 容器設計的總體前面板 到此為止，整個設計過程結束。 再設計中，我們可以將所得數(shù)據(jù)與試驗臺自帶程序所得進行比較， 圖 312 是軸心軌跡的實驗數(shù)據(jù)，轉速在 2020 轉以下 測得 的實時 數(shù)據(jù) ，圖 313 是用保存的電子表格文件復現(xiàn)的軸心軌跡 。 圖 312：實驗臺自帶軟件振動與軸心軌跡實時顯示 動態(tài)信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計 15 圖 313：測試系統(tǒng)保存的電子表格復現(xiàn)的軸心軌跡 經過圖 312 與 圖 313 的比較，可以看出 使用 LabVIEW 構建的動態(tài)數(shù)據(jù)采集顯示結果 與試驗臺自帶的軟件保持了良好的一致性 。 4 螺旋效率測試實驗臺 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計 螺旋傳動是利用絲杠和螺母組成的螺旋副來實現(xiàn)傳動要求的，它主要用于將旋轉運動轉變?yōu)橹本€運動，同時傳遞運動和力。根據(jù)效率的計算方法，并結合螺旋傳動的形式，特點，運用計算機技術，傳感器技術，以及 LabVIEW 開發(fā)平臺，設計出了螺旋傳動效率測試系統(tǒng)。 螺旋傳動效率實驗臺 硬件實現(xiàn) 螺旋傳動效率測試試驗臺的裝置原理圖如圖 41 所示： 測速轉盤 絲杠螺母 F 圖 41：螺旋傳動效率實驗臺硬件框圖 可 調 速電機 光電轉速測量系統(tǒng) 應變測力系統(tǒng) 應變測力系統(tǒng) 動態(tài)信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計 16 在圖 41中，絲杠用聯(lián)軸器和電機連接在