【文章內(nèi)容簡介】 工程師提供了功能強大的高級數(shù)學分析庫，包括統(tǒng)計、估計、回歸分析、線形代數(shù)、信號生成算法、時域和頻域算法等眾多科學領域，可滿足各種計算和分析需要。即使在聯(lián)合時頻分析、小波分析和數(shù)字濾波器設計等高級或特殊分析場合，LabVIEW也為此提供了專門的附加軟件包。LabVIEW已成為測試與測量領域的工業(yè)標準，通過GPIB、VXI、PLC、串行設備和插卡式數(shù)據(jù)采集板可以構成實際的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。它提供了工業(yè)界最大的儀器驅(qū)動程序庫，同時還支持通過Internet、Active、DDE和SQL等交互方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，它提供的眾多開發(fā)工具使復雜的測試與測量任務變得簡單易行。 labview的特點LabVIEW軟件的特點如下：（1）具有圖形化的編程方式，設計者無需編寫任何文本格式的代碼，是真正的工程師語言。（2）提供豐富的數(shù)據(jù)采集、分析及存儲的庫函數(shù)。（3）提供傳統(tǒng)的程序調(diào)試手段，如設置斷點、單步運行，同時提供獨具特色的執(zhí)行工具，使程序動畫式運行，利于設計者觀察程序運行的細節(jié)，使程序的調(diào)試和開發(fā)更為便捷。（4）32位的編譯器生成32位的編譯程序，保證用戶數(shù)據(jù)采集、測試和測量方案的高速執(zhí)行。（5）囊括了PCI、GPIB、PXI、VXI、RS一232／48USB等各種儀器通信總線標準的所有功能函數(shù)，使不懂得總線標準的開發(fā)者也能夠驅(qū)動不同總線標準接口設備與儀器。（6）提供大量與外部代碼或軟件進行鏈接的機制，諸如DLL(動態(tài)鏈接庫)、DDE(共享庫)、ActiveX等。（7）具有強大的Internet功能，支持常用的網(wǎng)絡協(xié)議，方便網(wǎng)絡、遠程測控儀器的開發(fā)[3]。所有的 LabVIEW 程序分為兩部分：前面板（Front Panel）和程序流程圖（Block Diagram）。前面板是 VI 的圖形用戶接口， 它集成了用戶輸入和輸出功能，為更逼真地模擬傳統(tǒng)儀器的工作方式， LabVIEW提供了各種各樣的控件，如各種旋鈕、開關、按鈕、波形圖、波形圖表等控制與顯示模塊，并可根據(jù)用戶實際需要定制控件，用戶可以根據(jù)自己的需要在前面板上放置按鈕等控制模塊和顯示模塊。而程序流程圖包含了虛擬儀器的圖形化源代碼，在程序流程圖中對虛擬儀器進行編程，以控制和操縱定義在前面板上輸入和輸出功能。流程圖包括內(nèi)置于 LabVIEW 庫中的函數(shù)（Function）和結構（Structures），還包括儀器面板上的控制對象、顯示對相對應的連線端子（Terminals） ，LabVIEW構成的虛擬儀器是數(shù)據(jù)流驅(qū)動的，流程圖中的諸元素如結構、功能模塊等構成節(jié)點，這些節(jié)點由數(shù)據(jù)線相連接，這些線定義了程序中數(shù)據(jù)的流向，這些線在程序中按照數(shù)據(jù)類型的不同顯示出不同的顏色和類型，使得用戶能對程序中傳送的數(shù)據(jù)種類一目了然。一旦某個節(jié)點的所有輸入均為有效，該節(jié)點即可運行，運行結束后，將結果送入數(shù)據(jù)流路徑的下一個節(jié)點。 第3章 振動測試分析系統(tǒng) 振動測試系統(tǒng)概述信號分析技術被廣泛地應用于許多學科和領域，諸如：通信、雷達、聲納、地震、遙感、生物醫(yī)學、機械振動等，特別是近代電子技術、數(shù)字計算機及微型機的發(fā)展和應用，使得信號分析技術得到了迅速的發(fā)展，目前，它已成為信息科學技術中一種必不可少的手段。在生產(chǎn)和科學實驗中，機械振動是普遍存在的現(xiàn)象。振動測試與分析技術是機械動力學學科的重要分支之一，是機械動力學工程應用的一個極為普遍的方面。隨著科學技術的日益發(fā)展，對各類機械的運轉(zhuǎn)速度、承載能力、工作壽命等方面的要求越來越高，因而發(fā)生振動的可能性不斷增大。另一方面，人們對機器的工作精度和穩(wěn)定性的要求也越來越高，對控制振動的要求越來越迫切。這些都對機械振動的研究和振動測試的研究提出了更高的要求。振動測試與分析技術的任務就在于幫助人們清楚地認識振動現(xiàn)象，從而能動地控制振動和利用振動。振動測量就是檢測振動的變化量，將其轉(zhuǎn)換為與之對應的、便于顯示和分析處理的電信號，并從中提出所需的信息。振動測量的方法一般有機械式測量方法、電測方法和光測方法三類。其中用的最普通、技術最成熟的是電測法。電測法通常采用測振傳感器檢測振動的位移、速度和加速度信號并轉(zhuǎn)為電量，然后利用分析電路或?qū)Ｓ脙x器來提取振動信號中的強度和頻譜信息。振動系統(tǒng)，是對一般機器或結構系統(tǒng)的一類抽象數(shù)學模型，當研究的目的是關于這個系統(tǒng)的振動性能時，所抽象的系統(tǒng)模型，就稱為振動系統(tǒng)。一個振動系統(tǒng)，從外界輸入一定形式的激勵就呈現(xiàn)一定形式的輸出，該輸入通常稱為激勵，輸出稱為響應。而輸出特性不僅取決于輸入特性，還取決于振動系統(tǒng)的振動特性。輸入、輸出和系統(tǒng)的振動特性這三者之間的關系如圖 所示。激勵響應系統(tǒng)振動特性圖 振動系統(tǒng)原理框圖 在進行實踐、探索和研究。振動測試的主要用途為： (1)各種工程機械、建筑結構、車輛船舶、飛機導彈、能源設備、儀器儀表等系統(tǒng)或者自身在運轉(zhuǎn)過程中由于質(zhì)量不平衡等原因而產(chǎn)生激振力，成為強烈的振源；或者受到周圍環(huán)境的激勵而產(chǎn)生受迫振動。在實驗室內(nèi)對正在設計或大批生產(chǎn)的產(chǎn)品進行各種振動試驗以考核產(chǎn)品承受振動能力已成為很多工廠的常規(guī)任務。從現(xiàn)場測試了解機器運轉(zhuǎn)時振動大小以確定其性能優(yōu)劣已成為驗收往復式、旋轉(zhuǎn)式機器的一個重要環(huán)節(jié)，現(xiàn)在又有各種產(chǎn)品的“振動烈度標準”和振動烈度測量儀。 (2)各種利用振動工作的機械如振動給料機、振動打夯機、振動壓路機、振動篩、振動輸送機、動平衡機和各種激振設備因其高效率低能耗在國民經(jīng)濟各部門得到日益廣泛的應用。為了研究其工作機理以提高生產(chǎn)效率，必須進行大量的振動測試。 (3)實際系統(tǒng)往往零部件繁多，結合面形狀復雜，理論計算（如有限元）是要做大量簡化假設，只能建立粗略的力學模型，某些重要參數(shù)（如阻尼系數(shù)）至今仍無完善的計算方法。用振動測試可以求得系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù)，進而建立或修正力學模型，為今后的“響應預估”或“環(huán)境預估（載荷識別）”創(chuàng)造先決條件。這就是結構動力學中所謂“系統(tǒng)識別”或“參數(shù)識別”課題。 (4)效益巨大但造價昂貴的現(xiàn)代化大型系統(tǒng)（如海上平臺、大型汽輪發(fā)電機組、航天飛機等）經(jīng)常在高轉(zhuǎn)速、大負荷、高溫、高壓或高真空等惡劣條件下工作，他們的破壞會造成十分嚴重的后果。國外統(tǒng)計重要產(chǎn)品的故障中有百分之六十以上來自環(huán)境因素（包括溫度、振動、沖擊、沙塵等），而在各環(huán)境因素中振動引起的故障幾乎占百分之三十，利用振動測試手段對運行設備進行在線的狀態(tài)監(jiān)控或故障診斷是保證機組安全、及時消除隱患的重要措施之一。 (5)振動是一種公害，它能損傷人體器官、損害健康、降低勞動效率，甚至產(chǎn)生“振動病”或“運動病”，如常見的暈車、暈船現(xiàn)象就是由于小于 1Hz 的極低頻振動引起的。研究人體各器官的振動傳遞特性，設計能減振隔振的座椅、駕駛艙、手持工具的把手等也必須依賴于振動測試。目前市場上已有用于人體振動測量的傳感器和測試儀出售。(6)任何機械振動系統(tǒng)往往同時又是聲波輻射源。噪聲中很大一部分來自振動物體。減少振動的同時往往也意味著降低噪聲（相反地也可從噪聲分析中找到振源）。只要有聲電傳感器（如話筒）和適調(diào)放大器，振動分析和聲學分析就可以共用同一分析儀器[4]。 振動測試系統(tǒng)的組成一般來說，振動測試與分析系統(tǒng)由兩大部分組成。一部分為傳感器測量系統(tǒng)，它包括各種振動傳感器、壓力傳感器及其有關測量部分，其作用是拾取表征機器狀態(tài)的各種信號或參數(shù)，并使之變成標準的電壓或電流信號。另一部分即為測量數(shù)據(jù)采集、顯示、處理及分析系統(tǒng)，其作用是獲得信號并進行顯示，同時進行進一步的各種分析、處理。激振裝置激鎮(zhèn)對象分析處理 振動系統(tǒng)結構示意圖一個振動系統(tǒng)，從外界輸入一定形式的激勵就呈現(xiàn)一定形式的輸出，輸入通常稱為激勵，輸出稱為響應；輸出特性不僅取決于輸入特性，還取決于振動系統(tǒng)的振動特性。在工程技術當中，研究振動問題就是在激勵、響應和系統(tǒng)特性這三者中知道其二求其三的問題。在己知激勵條件和系統(tǒng)振動特性的情況下，求系統(tǒng)的響應，這就是所謂的振動分析問題；在己知系統(tǒng)振動特性和系統(tǒng)響應的情況下，求系統(tǒng)的激勵狀態(tài)，這就是所謂的振動環(huán)境預測問題：在已知系統(tǒng)激勵和系統(tǒng)響應的情況下，確定系統(tǒng)的振動特性，這就是所謂的振動特性測試或系統(tǒng)識別問題。傳感器是感受物體運動并將物體的運動轉(zhuǎn)換成模擬電信號的一種靈敏的轉(zhuǎn)換元件。本系統(tǒng)為振動測試系統(tǒng)，所測量為振動的非電量信號，因此選用了電渦流位移傳感器和光電傳感器。傳感器有如下一些選用原則：(1) 可靠性：是指儀器、裝置等產(chǎn)品在規(guī)定的條件下，在規(guī)定的時間內(nèi)可完成規(guī)定功能的能力。為了保證傳感器應用中具有高的可靠性，事先須選用設計、制造良好，使用條件適宜的傳感器；使用過程中，應嚴格保持規(guī)定的使用條件，盡量減輕使用條件的不良影響。(2) 測量方式：是指傳感器在實際條件下的工作方式。例如，接觸與非接觸測量、在線與離線測量等，也是選用傳感器時應考慮的重要因素。工作方式不同對傳感器要求亦不同。(3)線性范圍：任何傳感器都有一定的線性范圍，在線性范圍內(nèi)輸出與輸入成比例關系。線性范圍越寬，則表明傳感器的工作量程越大。傳感器工作在線性區(qū)域內(nèi)，是保證測量精確度的基本條件。(4) 靈敏度：是指測試系統(tǒng)在靜態(tài)測試時，輸出量的增量與輸入量的增量之比的極限值。一般講，傳感器的靈敏度越高越好，因為靈敏度越高，意味著傳感器所能感知的變化量越小，被測量稍有一微小變化，傳感器就有較大的輸出。(5)精確度：傳感器的精確度表示傳感器的輸出與被測量真值一致的程度。傳感器處于測試系統(tǒng)的輸入端，因此，傳感器能否真實地反映被測量值，對整個測試系統(tǒng)具有直接影響。(6) 響應特性：在所測頻率范圍內(nèi)，傳感器的響應特性必須滿足不失真測量條件。此外，實際傳感器的響應總有一定遲延，但總希望遲延時間越短越好。在動態(tài)測量中，傳感器的響應特性對測試結果有直接影響，在選用時，應充分考慮到被測物理量的變化特點[5]。 信號測試與分析對于絕大多數(shù)數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)來說,傳感器在連接到數(shù)據(jù)設備之前所的信號必須被轉(zhuǎn)換為設備所能夠識別的信號,所以信號調(diào)理非常重要典型的系統(tǒng)一般都需要信號調(diào)理硬件,用于將原始信號以及傳感器輸出接到數(shù)據(jù)卡上通過信號調(diào)理的功能，如信號的放大、隔離、濾波、線性化處理等,提高了數(shù)據(jù)系統(tǒng)的可靠性等性能。信號分析是振動測試中的一種重要方法，也是近年來測試技術的發(fā)展方向。數(shù)字信號的測試與模擬信號的測量一樣，也是由傳感器來完成的。然后將模擬信號進行轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，再利用數(shù)字信號處理技術進行分析與處理。振動信號預處理A/D轉(zhuǎn)換信號處理器結果顯示 數(shù)字信號處理的基本步驟（1）預處理預處理是指在數(shù)字處理之前，對信號用模擬方法進行的處理。把信號變成適于數(shù)字處理的形式，以減小數(shù)字處理的困難。如對輸人信號的幅值進行處理，使信號幅值與A／D轉(zhuǎn)換器的動態(tài)范圍相適應；衰減信號中不感興趣的高頻成分，減小頻混的影響；隔離被分析信號中的直流分量，消除趨勢項及直流分量的干擾等項處理。 （2）A／D轉(zhuǎn)換是將預處理以后的模擬信號變?yōu)閿?shù)字信號，存入到指定的地方。信號處理系統(tǒng)的性能指標與其有密切關系[6]。 模數(shù)(A／D)轉(zhuǎn)換是模擬信號經(jīng)過采樣、量化并轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)的過程。數(shù)字信號處理器或計算機對離散的時間序列進行運算處理。計算機只能處理有限長度的數(shù)據(jù)，所以首先要把長時間的序列截斷，對截取的數(shù)字序列有時還要人為的進行加權(乘以窗函數(shù))，以成為信的有限長的序列。對于數(shù)據(jù)中的奇異點(由于強干擾或信號丟失所引起的數(shù)據(jù)突變)應予以剔除。如有必要，還可以設計專門的程序來進行數(shù)字濾波。然后把數(shù)字信號處理結果送入計算機進行運算，完成各種分析和處理。（3）分析計算對采集到的數(shù)字信號進行分析和計算，可用數(shù)字運算器件組成信號處理器完成，也可用通用計算機。（4）一般采用數(shù)據(jù)和圖形顯示結果。第4章 虛擬震動測試分析系統(tǒng)的硬件配置虛擬震動測試分析系統(tǒng)的硬件主要由傳感器、信號調(diào)理器、數(shù)據(jù)采集卡和計算機成。：傳感器信號調(diào)節(jié)器數(shù)據(jù)采集卡計算機 系統(tǒng)硬件結構圖 傳感器的選用振動傳感器的類型較多，按機械量與電信號變換的物理原理不同可分為發(fā)電式傳感器和參數(shù)式傳感器。前者如電動式、壓電式和電磁式等，后者如電感式、電容式、電阻式和電渦流式等。按被測物理量分類有：位移傳感器，速度傳感器和加速度傳感器三種；按工作原理分有：機械慣性式傳感器和電測傳感器；噪聲測量傳感器主要是傳聲器。傳感器是能夠感受物體運動并將物體的運動轉(zhuǎn)換成模擬電信號的一種靈敏的換能元件。傳感器的種類很多，且有不同的分類方法，按參考坐標的不同可分為絕對式與相對式傳感器；按工作方式的不同可分為接觸式和非接觸式傳感