【導讀】的振動信號測量系統(tǒng)設計。專業(yè)班級：機制F0908班

　　

【正文】 功率譜分程序圖 通過上面的程序框圖我們就可以很好的理解數(shù)據(jù)處理的全過程，對于本三軸振動系統(tǒng)來說，我們僅提供了其功率譜的顯示，其后續(xù)的處理工作并沒有，基于需要我們僅做出了功率譜分析，但其實我們 也可以做出其它的相關譜分析，如自相關分析等，我們根據(jù)實際需求可以增加功能，具有良好的功能拓展性，以滿足廣大群體客戶的實際需求。 數(shù)據(jù)存儲模塊 以上模塊基本滿足了信號的時域分析、頻域分析等相關功能，我們對信號的分析雖然實現(xiàn)了實時檢測、分析的功能，但是對過往的數(shù)據(jù)我們不能沒有記錄，沒有保存，對于故障的診斷沒有了報警之前的信號數(shù)據(jù)，這樣的振動檢測系統(tǒng)是不完整的，不合理的，本模塊我們基于 TDMS 的存儲控件進行了對實時數(shù)據(jù)以及功率譜的存儲及回放功能，更加完善功能，滿足客戶的實際需求，是有必要的。 首先 我們看下系統(tǒng)之中的程序框圖，由于程序較大，我們在截屏是不能保持其完整性，我們分為了三個部分，第一個部分，給予路徑；第二個部分，數(shù)據(jù)寫入；第三個部分，關閉 TDMS 及報錯。 31 如下圖所示即為第一部分，由創(chuàng)建路徑控件給出需要寫入的文件地址，上端左側(cè)為基路徑，我們采用默認路徑 ，即小文件夾圖標，而下面的名稱或相對路徑，我們創(chuàng)建一個輸入控件，其作用為我們寫入數(shù)據(jù)的文件命名，其后面 TDMS打開，我們選擇 open or create 選項，即在已存在文件是自動打開，不存在此文件名時能夠創(chuàng)建，禁用緩沖我們選擇Ｆ，否定，因為我們 信號產(chǎn)生速度較快，直接寫入速度跟不上，我們需要進行緩沖，我們把文件路徑傳遞給下一單元。 圖 文件路徑獲取程序圖 第二部分程序框圖如下圖所示，第一部分的文件路徑直接給到第二部分的 “ TDMS 寫入”，因為文件是同一個文件，所以路徑也是相同的，我們把第一個的文件路徑直接給到第二個即可，我們以Ｘ軸信號的寫入為例進行程序的說明，因為我們需要寫入的是原始信號，所以我們在“ＴＤＭＳ寫入”的組名為“Ｘ軸”，而通道名分別命名為“原始信號”，數(shù)據(jù)接線端，我們就按照組名與通道名所標述的，與數(shù)據(jù)先直接相 連。由于我們要把三個軸向方向的信號進行存儲，并且存放于同一個文件，我們只需把文件路徑直接傳遞給 Y 軸和 Z 軸的“ TDMS 寫入”，而數(shù)據(jù)端則分別與生產(chǎn)者循環(huán)過來的 Y 軸及 Z 軸的數(shù)據(jù)，而后我們把文件路徑與報錯傳遞給第三部分。 圖 數(shù)據(jù)存儲程序圖 32 第三部分最為簡單，其作用就是實現(xiàn)數(shù)據(jù)寫入完成后，關閉 TDMS 文件，如果在其過程之中有錯誤，及時報錯。我們將文件路徑直接給到“ TDMS 關閉”，將報錯也由“ TDMS 關閉”轉(zhuǎn)送給“ Error”即可。 圖 信號數(shù)據(jù) 的回放模塊 僅僅實現(xiàn)存儲不可以查看的話，存儲也是沒有意義的。既然我們要實現(xiàn)存儲的功能，就必須有查看的功能與之相匹配。 本系統(tǒng)設計理念即為模塊化設計，當我們基于回放功能，設置了回放功能鍵，當點擊時我們調(diào)用回放子程序。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、調(diào)用回放子程序、與關閉。而用 WHILE 循環(huán)來控制事件結(jié)構(gòu)執(zhí)行與否。While 循環(huán)的關閉我們選擇主程序的關閉按鈕，創(chuàng)建公式節(jié)點。直接連接至 while循環(huán)關閉節(jié)點。 我們在 while 循環(huán)中新建時間結(jié)構(gòu)，添加時間分支，右鍵點擊，設置本分支處理事 件，我們選擇回放功能按鈕，選擇值改變，點擊確定即可。我們在延時分支設置常量 10ms，選擇回放分支，選擇子程序圖標，右鍵點擊，設子子函數(shù)節(jié)點，選擇調(diào)用時顯示前面板，在執(zhí)行時我們即可以成功調(diào)用。 圖 數(shù)據(jù)回放模塊 信號數(shù)據(jù)的回放模塊主體結(jié)構(gòu)我們才用了一個條件結(jié)構(gòu)來選擇軸向信號。條件結(jié)構(gòu)的控件是一個枚舉型控件，我們把“Ｘ軸”、“Ｙ軸”、“Ｚ軸”分別作為該 33 控件的三個選項，與之相對應的便是條件結(jié)構(gòu)的三個分支，也分別被命名為“Ｘ軸”、“Ｙ軸”、“Ｚ軸”，其相應的分支結(jié)構(gòu)處理相應的軸路信號。 圖 信號回放程序圖 程序框圖如上所示，我們從左向右進行說明。左側(cè)為“ＴＤＭＳ打開＂，打開我們之前存儲的文件，其路徑由我們給定，下面執(zhí)行方式我們選擇“ open”，文件類型選擇“ ”，禁用緩存我們選擇是（ T），我們把文件路徑與錯誤提示接入到條件結(jié)構(gòu)內(nèi)，執(zhí)行“讀”命令，即把文件路徑給“ TDMS 讀”，由于讀取原始信號與功率譜同屬于一個文件，并且屬于同一個組別，所以我們將兩個分別讀取原始信號與功率譜的“ TDMS 讀取”的的組名統(tǒng)一連接在“ Z 軸”，而通道名則分別創(chuàng)建常量，命名為“原始信號”、“功率譜”，與寫入名 稱保持一致。而每次讀取數(shù)據(jù)長度我們設為 100 個數(shù)據(jù)，偏移量決定了起始的位置，為了不重復讀取相同的數(shù)據(jù)，而是按照寫入順序連續(xù)的讀取，我們把偏移量與循環(huán)次數(shù)掛鉤，用循環(huán)次數(shù)乘以每次的讀取數(shù)據(jù)，作為偏移量。其主旨結(jié)構(gòu)與寫入相似。后面尾隨的是 TDMS 關閉與程序報錯。 本章小結(jié) 我們通過 LABVIEW 軟件失信了信號的預處理、時域分析、頻域分析及相關信息的存儲及回放功能，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)設置。總程序框圖見附錄。 34 我相信通過上一章的表述 已經(jīng)對三軸振動檢測系統(tǒng)的軟硬件平臺，其功能分析模塊及原理都有了比較明確地了解。這里我們需要指出的是，由于現(xiàn)實條件所限，我們不能滿足由實際硬件采集信號的要求，此設計作為我們本科生的畢業(yè)設計，我們用 LABVIEW 軟件的仿真信號作為本系統(tǒng)的初始信號源，進行相關功能測試。 仿真信號生成 如下圖所示，本仿真系統(tǒng)我們才用了生產(chǎn)者 /消費者模式，有生產(chǎn)者模式產(chǎn)生數(shù)據(jù)信號，以下便是生產(chǎn)者循環(huán)程序框圖，其 X 軸、 Y 軸、 Z 軸三路信號分別生成傳遞給消費者模式，進行后續(xù)的模塊處理。 圖 模擬數(shù)據(jù)生成 對于其中任意一 路信號進行設置，我們打開屬性可以對信號的類型，頻率、幅值添加噪聲、以及采樣率、采樣點數(shù)進行設置。設置完成后點擊確定。我們在參數(shù)設置前面板也可對信號的頻率、幅值與噪聲幅值進行設定。 35 圖 模擬數(shù)據(jù)設置 我們通過對仿真信號的分析測試，也可以對系統(tǒng)的功能進行判定。對本系統(tǒng)模擬數(shù)據(jù)分析結(jié)果如下圖所示： 圖 振動濾波信號 36 圖 振動信號趨勢圖 圖 振動信號功率譜 本章小結(jié) 上面兩個分別對于時域、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，既然對模擬數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)，那么對于實際采集數(shù)據(jù)也具有相同的功能。 37 設計總結(jié) 這次 基于 Lab VIEW 和三軸加速度傳感器的振動信號測量系統(tǒng)的設計，是我第一次進行系統(tǒng)的設計，也這是這次畢業(yè)設計給了我一次將書本上于學到的理論知識應用于實踐的機會，將我們曾經(jīng)學到的許多科目聯(lián)系到了一起，也是對知識掌握能力、綜合運用的一個檢驗。在遇到問題，然后解決問題的過程之中掌握了知識、技術(shù)，積累了經(jīng)驗，學習了方法，提高了查閱相關資料以及自我學習的能力。 設計之初，不了解系統(tǒng)設計的方法，不熟悉振動系統(tǒng)的組成，大學所學的 課程也是單獨的知識科目，通過對技術(shù)期刊、碩士論文以及最新的科研報告，一點一滴的進行了解，學習?，F(xiàn)在不管是對大型高速電機、傳感器的類型、工作原理及選型原則、數(shù)據(jù)采集卡的選型，還是對 LABVIEW 軟件本身，都有了深刻的理解。在本系統(tǒng)中，我們一步步的從振動源的振動到加速度信號采集與預處理、積分運算、時域、頻域分析進行，在軟件部分我們也是從信號的預處理一個模塊一個模塊的做烈度報警、功率譜分析，以及最后實現(xiàn)存儲、回放功能。我很高興我們設計的結(jié)果也相應的一步步進行，一步步的實現(xiàn)。最值得高興地不僅是我們的畢業(yè)設計做出來了 ，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)實際應用與工業(yè)一線，為設備保障保駕護航，同時也為做相關的同行積累一點技術(shù)經(jīng)驗，希望為企業(yè)為國家能夠創(chuàng)造實際意義是最為可貴的。 在系統(tǒng)的設計結(jié)構(gòu)上我也進行了多次嘗試，從最初的通過條件結(jié)構(gòu)分支分別處理相應軸向的振動信號，到分別順序執(zhí)行相應軸路信號的分析，直到最后確定的基于生產(chǎn)者 /消費者循環(huán)結(jié)構(gòu)，功能實現(xiàn)模塊化的現(xiàn)代設計理念。我們有嘗試就會有收獲，立足于用戶的實際需求，基于用戶使用的習慣，我們分別發(fā)現(xiàn)以上結(jié)構(gòu)不能夠滿足同時觀測三軸信息的需求，結(jié)構(gòu)死板、不能滿足數(shù) 據(jù)采集與寫入速度匹配的問題。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，人機友好交互的需求。 由于第一次做虛擬儀器，也第一次做信號分析，也是邊學習邊實踐著做，能力有限，本次畢業(yè)設計還存在一些功能上的欠缺，程序上還存在一些不足。例如存儲模塊，我們將全部數(shù)據(jù)進行了存儲，這樣就會有大量的冗余數(shù)據(jù)，沒能實現(xiàn) 38 出現(xiàn)報警自動存儲故障信息的功能，參數(shù)設置未能全部實現(xiàn)參數(shù)化。最后由于硬件的限制，沒能真正的進行實際數(shù)據(jù)檢測，我們僅用模擬數(shù)據(jù)代替。這都是本次畢 業(yè)設計中的不足之處，在以后的學習工作過程之中還要予以學習，逐步提高自身水平，做出更好地設計。 隨著設計一步步的做，時間也是一天天的如白駒過隙般的過去了。大學生活悄然過去，回憶那曾經(jīng)一起學習的教室，回憶那大家刻苦鉆研的情景，割不斷的不舍與懷念，那大家對于知識與夢想孜孜不倦的追求。希望我們以后的路也能夠一步步的走好，實現(xiàn)一個有高度的人生。 39 致謝 一個人的能力是有限的，但是他可以得到的幫助卻是無限的。后人只有在只有得到前人的幫助與基礎，才能夠做出一定的成績。在這次畢業(yè)設計中，我就得到了許多人的幫助和關懷，在 此，特向他們深情的說一聲：謝謝！ 首先，我想感謝我的畢業(yè)設計指導老師顏丙生老師。 在這次在畢業(yè)設計的整個過程中，從最初的選題到設計方案的擬定和論證、到 后期程序設計的技術(shù)指導、再到最后設計說明書的撰寫及格式的要求，在每個階段顏老師都認真負責。對我們技術(shù)上的指導，生活上的關心。還有顏老師自己那份對學術(shù)的認真，執(zhí)著，給我樹立了良好的榜樣，一個好老師不僅能夠“言傳 ’ ，更重要的是“身教”。正是顏老師這種嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，才不斷鞭策我努力向前，最終按時完成了設計任務。 其次，我要感謝我的父母，是你們含辛茹苦的撐起這個家給我 提供了這么一個安靜的學習環(huán)境。你們的殷切期望是我進步的動力，你們無私的關懷和安慰給了我戰(zhàn)勝困難的勇氣，親愛的爸爸媽媽感謝你們在物質(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檢測系統(tǒng)及相關研究的各位學者。這次畢業(yè)設計由最初的對振動檢測體統(tǒng)不太了解到現(xiàn)在可以用虛擬儀器做振動檢測分析，解決一個實際的工程課題，多虧了無私研究默默奉獻的前輩們，在論文中的有些部分借鑒了你們的研究成果，在此，對參考文獻中列出的各位學者道一聲感謝。 最后，我要感謝我的同組同學，王爭、劉彪，和小陳等。在畢業(yè)設計過程 中遇到困難時 相互討論、相互幫助的，你們讓我明白了團隊合作的重要性，在解決難題的同時逐步培養(yǎng)了我的團隊協(xié)作能力，同時更增進了同學們間的友誼，現(xiàn)在的你們早已成為了我最親密的戰(zhàn)友和兄弟！ 40 參考文獻 [1] 張輝 柴偉 羅強 劉漫霞 三軸加速度傳感器安裝誤差標定方法研究 傳感技術(shù)學報 [2] 尚亮 周先國 韓新紅 基于 LABVIEW 的加速度傳感器運動信息采集平臺設計 計算機測量與控制 [3] 劉妤 溫志渝 楊紅韻 多軸微加速度傳感器研究進展 傳感 器與微系統(tǒng) 2020年第 26 卷第 4 期 [4] 郭海鴻，李曉星 .非接觸應變測量的數(shù)字散斑相關方法的研究 .現(xiàn)代制造工程， 2020 (11)： 9698。 [5]馮雪 數(shù)據(jù)采集卡性能指標與性用 上海交通大學 [6] 蔡共宣 工程測試與信號處理 華中科技大學出版社 P838 9510186187 [7] 李穎 基于 LABVIEW 電機振動系統(tǒng)研究 河北農(nóng)業(yè)大學 [8] 隋紅林 王華 LABVIEW 下普通數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動與調(diào)用 《微計算機信息》 2020 年第 25 卷 [9] 蔣威 基于虛擬儀器電機振動測試分析系統(tǒng) 浙江大學 [10]胡仁喜 高海賓 LABVIEW2020 入門到精通 機械工業(yè)出版社 P3 [11] NI 數(shù)據(jù)采集卡使用說明書 [12] ICP 型加速度傳感器的使用說明 41 附錄 :