【導(dǎo)讀】隨著計(jì)算機(jī)和軟件技術(shù)的發(fā)展，虛擬儀器正逐漸成為測試領(lǐng)域的發(fā)展方向。虛擬儀器實(shí)現(xiàn)振動(dòng)測試與分析也成為振動(dòng)測試的發(fā)展趨勢。它是一種基于圖形開發(fā)、調(diào)試和運(yùn)行程序的集成化環(huán)境。使得課題的研究更簡。臺(tái)，配合必要的傳感器、信號(hào)調(diào)理器和數(shù)據(jù)采集卡組成的振動(dòng)測試分析系統(tǒng)。件設(shè)備，同樣實(shí)現(xiàn)了對(duì)振動(dòng)信號(hào)的采集、處理和分析的目的，大大降低了硬件成本。虛擬儀器則是提高測量精度和。效率的有效手段。它改變了傳統(tǒng)的測量模式，使測量系統(tǒng)由松散結(jié)合的、常常不兼容。振動(dòng)是自然界最普遍的現(xiàn)象之一。這類現(xiàn)象有的是由其本身固有的原因引起，有。的是外界干擾引起。動(dòng)信號(hào)中包含著大量可反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的有用信息或稱為信號(hào)特征。在一些情況下，振動(dòng)是一種公害，它能損傷人體器官、損害健康、降低勞動(dòng)效率，研究人體各器官的振動(dòng)傳遞特性，設(shè)計(jì)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(dòng)測試。證，這就使振動(dòng)測試在振動(dòng)研究中占有重要地位。

　　

【正文】 然后依次取 r=2， r=3， ......重復(fù)上 面的步驟重復(fù)計(jì)算得到相關(guān)函數(shù)的各值。但是在x(i)和 y(i)離散序列長度相等時(shí)，計(jì)算 )0(Rxy 可以用全部計(jì)算長度數(shù)據(jù)來計(jì)算，而下一步計(jì)算時(shí)因 y(i)做一步時(shí)移，從而使可提供計(jì)算的序列長度由 N 變?yōu)?N1，且隨時(shí)移增大，可提供計(jì)算的序列長度越來越短，所以計(jì)算的估值應(yīng)為 : ?? ??? Ni riyixNyR 1^ xy )()(r1)( (57) LabVIEW 中函數(shù)子模板中提供的求相關(guān) 函數(shù)的兩個(gè) VI： Auto Correlation 和 Cross correlation 所用的算法均為式 57。 自相關(guān)波形和互相關(guān)波形分別如圖 21 和圖 22所示。 圖 21 自相關(guān)波形 圖 22 互相關(guān)波形 虛擬儀器技術(shù) 畢業(yè) 論文 相關(guān)分析的程序框圖如圖 23 所示。 圖 23 相關(guān)分析的程序框圖 頻域分析 振動(dòng)信號(hào)的頻域分析包括幅值譜、功率譜等。通過幅頻圖，可以大致了解該信號(hào)的頻率成分。而自譜反映信號(hào)的頻域結(jié)構(gòu)，這一點(diǎn)與幅 值 譜相似，但是自譜反映的是信號(hào)幅值的平方，因此更明顯得體現(xiàn)頻域結(jié)構(gòu)的特征，具有比幅值譜 更為明顯得峰值?；プV密度函數(shù)有著重要的用途，頻譜分析中，能用互譜的測量結(jié)果來識(shí)別動(dòng)力系統(tǒng)的特性以及計(jì)算頻響函數(shù)的幅值比和相位角。能量分布的頻率值。常用到的頻譜分析方法有 FFT 分析、功率譜、倒頻譜和對(duì)數(shù)譜。 FFT 分析 傅立葉變換是平穩(wěn)信號(hào)分析和處理的一個(gè)重要工具，通過傅立葉變換可把一個(gè)時(shí)域的問題轉(zhuǎn)化成頻域的問題來分析研究。信號(hào)的頻譜分析主要研究信號(hào)的頻率結(jié)構(gòu)，即求取其所含各分量的幅值、相位按頻率的分布規(guī)律，并建立以頻率為橫軸的各種譜。傅立葉變換在數(shù)學(xué)中的定義是嚴(yán)格的。設(shè) x(t)為 t 的函數(shù)，如果 x(t)滿 氏條件，則 58式和 59 式成立： dttxfX e ftj ?2)()( ?????? (57) dffXtx e ftj????? ?2)()( (58) 對(duì)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行 FFT 變換后，其頻域信號(hào)波形如圖 24 所示 。 虛擬儀器技術(shù) 畢業(yè) 論文 圖 24 FFT 變換后頻域信號(hào) FFT 變換程序框圖如圖 25所示。 圖 25 FFT 變換程序框圖 功率譜分析 假定樣本函數(shù) x(t)是零均值的隨機(jī)過程，即 ?x =0，且 x(t)中沒有周期分量，那么)( ???Rx =0，這樣，自相關(guān)函數(shù) )(?Rx 可滿足傅立葉變換條件 ?? dRx???? )( ＜ ? ，根據(jù)傅立葉變換理論，自相關(guān)函數(shù) )(?Rx 是絕對(duì)可積的，則 )(?Rx 傅立葉變換及其逆變換定義為 ?? ?? df eRS fjxx 2)()( ?????? （ 59） dff eSR fjxx ??? 2)()( ????? (510) 稱 )(fSx 為 x(t)的自功率譜密度函數(shù)，簡稱自功率譜。由于 )(fSx 和 )(?Rx 之間是傅 虛擬儀器技術(shù) 畢業(yè) 論文 立葉變換對(duì)的關(guān)系，且兩者是一一對(duì)應(yīng)的， )(fSx 中包含著 )(?Rx 的信息。傅立葉變換 所得到是雙邊譜，變量 f 的取值從 ???? ，若將其改為 ??0 ，則 )()(2)( 0 fdffdff GSS xxx ?? ?? ???? （ 511） 稱 )(fSx 為雙邊自功率譜密度函數(shù)， )(fGx 為單邊自功率譜密度函數(shù)，他們之間的關(guān)系為 )(2)( ff SG xx ? ，若 ? =0，則根據(jù)自相關(guān)函 數(shù)和自功率譜密度函數(shù)的定義，可得到 dffdttxT SR xTTx )()(1)0(020lim ?????? ?? （ 512） 即 )(fSx 曲線下和頻率軸所包圍的面積就是信號(hào)的平均功率， )(fSx 就是信號(hào)的功率密度沿頻率軸的分布。自功率譜密度表示了信號(hào)的功率隨頻率的分布情況。 窗函數(shù)的作用包括截?cái)嘈盘?hào)、減少譜泄漏和用于分離頻率相近的大幅值信號(hào)與小幅值信號(hào)。加窗就是將原始采樣波形乘以幅度變化平滑且邊緣趨零的有限長度的窗來減小 每個(gè)周期邊界處的突變。 LabVIEW提供了多種窗函數(shù)，包括 Hanning窗、 Hamming窗、 Blackman窗、 Triangle窗、 Flap Top 窗、 KaiserBessel 窗、 General Cosine 窗、 Cosine Tapered 窗、 Force 窗、Exponential 窗、 Bohman 窗、 Parzen 窗和 Welch 窗等。對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)序列加窗時(shí)， LabVIEW認(rèn)為此序列即是信號(hào)截?cái)嗪蟮男蛄校虼舜昂瘮?shù)輸出的序列與輸入序列的長度相等。 本設(shè)計(jì)采用的窗函數(shù)為 Hamming 窗，信號(hào)的未將窗頻譜與加窗后 頻譜如圖 26 所示 。 頻譜分析的程序框圖如圖 27 所示 。 虛擬儀器技術(shù) 畢業(yè) 論文 圖 26 信號(hào)的未將窗頻譜與加窗后頻譜 圖 27 頻譜分析程序框圖 5． 4 系統(tǒng)附帶功能 數(shù)據(jù)保存 數(shù)據(jù)保存的程序框圖如圖 28 所示 。 圖 28 數(shù)據(jù)保存程序框圖 虛擬儀器技術(shù) 畢業(yè) 論文 其中 為一個(gè)子 VI，其前面板和程序框圖分別如圖 29 和圖 30所示。 圖 29 Save Data 的前面板 圖 30 Save Data 的程序框圖 數(shù)據(jù)調(diào)用 數(shù)據(jù)調(diào)用的程序框圖如圖 31 所示 。 虛擬儀器技術(shù) 畢業(yè) 論文 圖 31 數(shù)據(jù)調(diào)用的程序框圖 結(jié) 論 虛擬儀器是儀器技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)深層結(jié)合的產(chǎn)物，是全新一代的測量儀器，在工程應(yīng)用和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益方面具有突出的優(yōu)勢。隨著計(jì)算機(jī)和軟件技術(shù)的發(fā)展，虛擬儀器正在逐漸成為測試領(lǐng)域的發(fā)展方向 。 虛擬儀器 實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的資源共享，降低了成本，顯示出強(qiáng)大的生命力，并推動(dòng)著儀器技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步結(jié)合，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，成為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和工業(yè)測控技術(shù)的主要基礎(chǔ)技術(shù)之一。 本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了 數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)保存讀取，以及時(shí)域和頻域分析等功能，達(dá)到了最 虛擬儀器技術(shù) 畢業(yè) 論文 初設(shè)計(jì)時(shí)提出的功能要求。并且 本課題開發(fā)的虛擬儀器參數(shù)的控制全部通過圖形用戶界面進(jìn) 行人機(jī)交互，面板設(shè)計(jì)形象，易于實(shí)際操作。手動(dòng)的改變數(shù)值，就可發(fā)現(xiàn)結(jié)果的變化。 本系統(tǒng)由于時(shí)間關(guān)系、各種條件限制以及個(gè)人水平原因，仍有一些需要加以改進(jìn)的地方，現(xiàn)說明如下： 信號(hào)采集基本可以實(shí)現(xiàn)，但在采集高頻信號(hào)時(shí)，容易存在失真。 本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)比較粗糙，只應(yīng)用了一些簡單的算法對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析，應(yīng)該增加一些強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和處理的算法，使虛擬儀器能具有實(shí)用性和推廣性。并且也可以將 C 語言引進(jìn) LabVIEW 中，做更深入的數(shù)據(jù)分析和處理。 本系統(tǒng)的界面比較整潔，但各個(gè)波形顯示在不同的選項(xiàng)卡上，不利于將 2個(gè)波形進(jìn) 行比較分析。 通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)將自己大學(xué)期間學(xué)到的知識(shí)應(yīng)用到了實(shí)踐，特別是對(duì)于虛擬儀器技術(shù)有了新的認(rèn)識(shí)，自己的動(dòng)手能力增強(qiáng)，自學(xué)能力也提高了。但 由于時(shí)間、實(shí)驗(yàn)條件和設(shè)計(jì)者水平等關(guān)系，本課題還很不完善，有許多不盡人意的地方， 設(shè)計(jì)還需要進(jìn)一步改進(jìn)。 總體來說，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的收獲還是很大的，基本功能也能夠?qū)崿F(xiàn)。 致 謝 在張教授的指導(dǎo)下，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，就要?jiǎng)澤弦粋€(gè)句號(hào)了。對(duì)我來說，這次設(shè)計(jì)過的十分充實(shí)，受益匪淺，從本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中學(xué)到了許多課本上沒有的知識(shí)。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的這幾個(gè)月中，通過自己的學(xué)習(xí)和努力以及 各位老師的指導(dǎo)和教育，使我在知識(shí)水平和解決實(shí)際問題的能力上都有了很大的提高。 電子與電氣工程學(xué)院對(duì)于畢業(yè)設(shè)計(jì)工作相當(dāng)重視，盡可能提供好的實(shí)驗(yàn)條件，實(shí)驗(yàn)室的各位老師盡可能的給予幫助，都給我留下了很深刻的印象。 感謝系里領(lǐng)導(dǎo)，為 虛擬儀器技術(shù) 畢業(yè) 論文 我們提供了這么好的學(xué)習(xí)環(huán)境，讓我們專心完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。 雖然經(jīng)過兩個(gè)多月的努力，但設(shè)計(jì)還有很多不完善的地方。通過這次設(shè)計(jì)，感覺將來不論走到什么崗位，我都會(huì)以謙虛謹(jǐn)慎的態(tài)度學(xué)習(xí)。在此，我衷心的感謝在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中給我熱忱幫助的老師和同學(xué)。特別是我的指導(dǎo)老師張青春，他對(duì)于我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)工作相當(dāng)重 視，耐心的指導(dǎo)，經(jīng)常詢問進(jìn)展情況，不斷的激勵(lì)我們，也教我們做人的道理。 值此論文完稿之際，謹(jǐn)向老師表忠心的感謝和深深的敬意。 參 考 文 獻(xiàn) 1 陳錫輝，張銀鴻 . LabVIEW 程序設(shè)計(jì)從入門到精通 .北京：清華大學(xué)出版社， 2 鄧炎，王磊 . LabVIEW 測試技術(shù)與儀器應(yīng)用 .北京：機(jī)械工業(yè)出 版社， 3 龍華偉，顧永剛 . LabVIEW 與 DAQ 數(shù)據(jù)采集 .北京：清華大學(xué)出版社， 4 石博強(qiáng)，趙德永，李暢，雷振山 . 編程技術(shù)實(shí)用教程 .北京：中國鐵道出版社， 5 劉君華，郭會(huì)軍，趙向陽，賈惠芹 . 基于 LabVIEW 的虛擬儀器設(shè)計(jì) .北京：電子工業(yè)出版社， 虛擬儀器技術(shù) 畢業(yè) 論文 6 詹惠琴，古軍，袁亮 . 虛擬儀器設(shè)計(jì) .北京：高等教育出版社， 7 張毅，周紹磊，楊秀霞 . 虛擬儀器技術(shù)分析與應(yīng)用 .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 8 申炎華，王汝杰，雷振山 . LabVIEW 入門與提高范例教程 .北京：中國鐵道出版社， 9 陸綺榮 .基于虛擬儀器技術(shù)個(gè)人實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建 .北京：電子工業(yè)出版社， 10 吳鎮(zhèn)揚(yáng) . 數(shù)字信號(hào)處理 .北京：高等教育出版社，