【正文】 劣環(huán)境下使用超長電纜傳輸信號(hào)（2）固定的電壓靈敏度與電纜的長度與電容無關(guān)（3）作為二線制系統(tǒng)，能適配通用的廉價(jià)同軸電纜（4）低阻抗的電壓輸出能與通用的儀器和采集卡兼容（5）系統(tǒng)成本低，只需配接低成本的恒流源，省去了昂貴的電荷放大器[9] 電荷放大器對(duì)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(shè)備之前所的信號(hào)必須被轉(zhuǎn)換為設(shè)備所能夠識(shí)別的信號(hào)，所以信號(hào)調(diào)理非常重要典型的系統(tǒng)一般都需要信號(hào)調(diào)理硬件，用于將原始信號(hào)以及傳感器輸出接到數(shù)據(jù)卡上通過信號(hào)調(diào)理的功能，如信號(hào) 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。而多個(gè)傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)于簡(jiǎn)單系統(tǒng)來說又存在技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面的因素影響。所以傳統(tǒng)的基于單傳感器的故障診斷依賴于傳感器本身的可靠性。而傳感器的靈敏度和精度的提高依賴現(xiàn)有電子技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)的現(xiàn)狀。 傳感器信號(hào)的不確定性一方面反映在傳感器器本身的可靠性，另一方面反映傳感器的靈敏度和精度。 壓電式加速度傳感器是一種絕對(duì)式測(cè)量的慣性式振動(dòng)傳感器，它以某些材料受力后在其表面產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)為轉(zhuǎn)換原理。由于本課題測(cè)量的物理量是振動(dòng)信號(hào)，因此選用壓電式加速度傳感器。加速度傳感器主要用于測(cè)量振動(dòng)體的加速度。按測(cè)量參數(shù)的不同又可分為位移、速度和加速度傳感器。傳感器是能夠感受物體運(yùn)動(dòng)并將物體的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)的一種靈敏的換能元件。前者如電動(dòng)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。第4章 虛擬震動(dòng)測(cè)試分析系統(tǒng)的硬件配置虛擬震動(dòng)測(cè)試分析系統(tǒng)的硬件主要由傳感器、信號(hào)調(diào)理器、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)成。（3）分析計(jì)算對(duì)采集到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析和計(jì)算，可用數(shù)字運(yùn)算器件組成信號(hào)處理器完成，也可用通用計(jì)算機(jī)。如有必要，還可以設(shè)計(jì)專門的程序來進(jìn)行數(shù)字濾波。計(jì)算機(jī)只能處理有限長度的數(shù)據(jù)，所以首先要把長時(shí)間的序列截?cái)啵瑢?duì)截取的數(shù)字序列有時(shí)還要人為的進(jìn)行加權(quán)(乘以窗函數(shù))，以成為信的有限長的序列。 模數(shù)(A／D)轉(zhuǎn)換是模擬信號(hào)經(jīng)過采樣、量化并轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)的過程。 （2）A／D轉(zhuǎn)換是將預(yù)處理以后的模擬信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，存入到指定的地方。把信號(hào)變成適于數(shù)字處理的形式，以減小數(shù)字處理的困難。然后將模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，再利用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)進(jìn)行分析與處理。信號(hào)分析是振動(dòng)測(cè)試中的一種重要方法，也是近年來測(cè)試技術(shù)的發(fā)展方向。在動(dòng)態(tài)測(cè)量中，傳感器的響應(yīng)特性對(duì)測(cè)試結(jié)果有直接影響，在選用時(shí)，應(yīng)充分考慮到被測(cè)物理量的變化特點(diǎn)[5]。(6) 響應(yīng)特性：在所測(cè)頻率范圍內(nèi)，傳感器的響應(yīng)特性必須滿足不失真測(cè)量條件。(5)精確度：傳感器的精確度表示傳感器的輸出與被測(cè)量真值一致的程度。(4) 靈敏度：是指測(cè)試系統(tǒng)在靜態(tài)測(cè)試時(shí)，輸出量的增量與輸入量的增量之比的極限值。線性范圍越寬，則表明傳感器的工作量程越大。工作方式不同對(duì)傳感器要求亦不同。(2) 測(cè)量方式：是指?jìng)鞲衅髟趯?shí)際條件下的工作方式。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(shí)間內(nèi)可完成規(guī)定功能的能力。傳感器是感受物體運(yùn)動(dòng)并將物體的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)的一種靈敏的轉(zhuǎn)換元件。在工程技術(shù)當(dāng)中，研究振動(dòng)問題就是在激勵(lì)、響應(yīng)和系統(tǒng)特性這三者中知道其二求其三的問題。另一部分即為測(cè)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(hào)并進(jìn)行顯示，同時(shí)進(jìn)行進(jìn)一步的各種分析、處理。 振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的組成一般來說，振動(dòng)測(cè)試與分析系統(tǒng)由兩大部分組成。減少振動(dòng)的同時(shí)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）。(6)任何機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)往往同時(shí)又是聲波輻射源。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(cè)試。國外統(tǒng)計(jì)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(dòng)、沖擊、沙塵等），而在各環(huán)境因素中振動(dòng)引起的故障幾乎占百分之三十，利用振動(dòng)測(cè)試手段對(duì)運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行在線的狀態(tài)監(jiān)控或故障診斷是保證機(jī)組安全、及時(shí)消除隱患的重要措施之一。這就是結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)中所謂“系統(tǒng)識(shí)別”或“參數(shù)識(shí)別”課題。 (3)實(shí)際系統(tǒng)往往零部件繁多，結(jié)合面形狀復(fù)雜，理論計(jì)算（如有限元）是要做大量簡(jiǎn)化假設(shè)，只能建立粗略的力學(xué)模型，某些重要參數(shù)（如阻尼系數(shù)）至今仍無完善的計(jì)算方法。 (2)各種利用振動(dòng)工作的機(jī)械如振動(dòng)給料機(jī)、振動(dòng)打夯機(jī)、振動(dòng)壓路機(jī)、振動(dòng)篩、振動(dòng)輸送機(jī)、動(dòng)平衡機(jī)和各種激振設(shè)備因其高效率低能耗在國民經(jīng)濟(jì)各部門得到日益廣泛的應(yīng)用。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)正在設(shè)計(jì)或大批生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行各種振動(dòng)試驗(yàn)以考核產(chǎn)品承受振動(dòng)能力已成為很多工廠的常規(guī)任務(wù)。激勵(lì)響應(yīng)系統(tǒng)振動(dòng)特性圖 振動(dòng)系統(tǒng)原理框圖 在進(jìn)行實(shí)踐、探索和研究。而輸出特性不僅取決于輸入特性，還取決于振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)特性。振動(dòng)系統(tǒng)，是對(duì)一般機(jī)器或結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的一類抽象數(shù)學(xué)模型，當(dāng)研究的目的是關(guān)于這個(gè)系統(tǒng)的振動(dòng)性能時(shí)，所抽象的系統(tǒng)模型，就稱為振動(dòng)系統(tǒng)。其中用的最普通、技術(shù)最成熟的是電測(cè)法。振動(dòng)測(cè)量就是檢測(cè)振動(dòng)的變化量，將其轉(zhuǎn)換為與之對(duì)應(yīng)的、便于顯示和分析處理的電信號(hào)，并從中提出所需的信息。這些都對(duì)機(jī)械振動(dòng)的研究和振動(dòng)測(cè)試的研究提出了更高的要求。隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，對(duì)各類機(jī)械的運(yùn)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(dòng)的可能性不斷增大。在生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，機(jī)械振動(dòng)是普遍存在的現(xiàn)象。一旦某個(gè)節(jié)點(diǎn)的所有輸入均為有效，該節(jié)點(diǎn)即可運(yùn)行，運(yùn)行結(jié)束后，將結(jié)果送入數(shù)據(jù)流路徑的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。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(duì)虛擬儀器進(jìn)行編程，以控制和操縱定義在前面板上輸入和輸出功能。所有的 LabVIEW 程序分為兩部分：前面板（Front Panel）和程序流程圖（Block Diagram）。（6）提供大量與外部代碼或軟件進(jìn)行鏈接的機(jī)制，諸如DLL(動(dòng)態(tài)鏈接庫)、DDE(共享庫)、ActiveX等。（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(cè)試和測(cè)量方案的高速執(zhí)行。（2）提供豐富的數(shù)據(jù)采集、分析及存儲(chǔ)的庫函數(shù)。它提供了工業(yè)界最大的儀器驅(qū)動(dòng)程序庫，同時(shí)還支持通過Internet、Active、DDE和SQL等交互方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，它提供的眾多開發(fā)工具使復(fù)雜的測(cè)試與測(cè)量任務(wù)變得簡(jiǎn)單易行。即使在聯(lián)合時(shí)頻分析、小波分析和數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)等高級(jí)或特殊分析場(chǎng)合，LabVIEW也為此提供了專門的附加軟件包。對(duì)于更復(fù)雜更專業(yè)的工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，在LabVIEW基礎(chǔ)上發(fā)展起來的BridgeVIEW是更好的選擇。下面結(jié)合一臺(tái)虛擬振動(dòng)測(cè)試儀具體介紹虛擬儀器的組成和基于LabVIEW的虛擬儀器使用功能編程方法與實(shí)現(xiàn)技術(shù)。它充分考慮了振動(dòng)測(cè)試的特點(diǎn) ,與眾多的編程軟件相比，采用LabVIEW具有更強(qiáng)的相通性、開放性、專用性。而且LabVIEW與其它計(jì)算機(jī)語言相比，有一個(gè)特別重要的不同點(diǎn)：其它計(jì)算機(jī)語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼行，而LabVIEW采用圖形化編程語言G語言。 LabVIEW也有完善的仿真、調(diào)試工具，如設(shè)置斷點(diǎn)、單步等。Labview支持多種操作系統(tǒng)平臺(tái)，在任何一個(gè)平臺(tái)上開發(fā)的Labview應(yīng)用程序可直接移植到其它平臺(tái)上。用戶可以通過使用編輯器將控制對(duì)象改變?yōu)檫m合自己工作領(lǐng)域的控制對(duì)象。它是世界上第一個(gè)采用圖形化編程技術(shù)的面向儀器的32位編譯型程序開發(fā)系統(tǒng)，它的目標(biāo)就是簡(jiǎn)化程序的開發(fā)工作，提高編程效率，讓科學(xué)家和工程技術(shù)人員充分利用計(jì)算機(jī)的資源和強(qiáng)大功能，快速簡(jiǎn)捷地完成自己的工作任務(wù)，它被稱為科學(xué)家與工程師的語言。 labview labview概述虛擬儀器的技術(shù)基礎(chǔ)是計(jì)算機(jī)技術(shù)，核心是計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)。經(jīng)過十多年的發(fā)展，VXI 系統(tǒng)的組建和使用越來越方便，尤其是組建大、中規(guī)模自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)以及對(duì)速度、精度要求高的場(chǎng)合。 第五類：VXI總線方式VXI總線是一種高速計(jì)算機(jī)總線 VME 總線在VI領(lǐng)域的擴(kuò)展，它具有強(qiáng)有力的冷卻能力和嚴(yán)格的 RFI/EMI 屏蔽。LabVIEW/CVI 是基于文本編程的程序員提供高效的編程工具，通過三種編程語言 Visual C++,Visual Basic, Labviews/cvi 構(gòu)成測(cè)試系統(tǒng)。GPIB 測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和命令簡(jiǎn)單。在標(biāo)準(zhǔn)情況下，一塊GPIB接口可帶多達(dá) 14臺(tái)儀器，電纜長度可達(dá)40米。PXI具有8個(gè)擴(kuò)展槽，而臺(tái)式PCI系統(tǒng)只有34個(gè)擴(kuò)展槽，通過使用PCI—PCI橋接器，可擴(kuò)展到256個(gè)擴(kuò)展槽，臺(tái)式 PC 的性能價(jià)格比和 PCI 總線面向儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來，將形成未來的虛擬儀器平臺(tái)。第二類：PXI總線方式PXI 總線方式是 PCI 總線內(nèi)核技術(shù)增加了成熟的技術(shù)規(guī)范和要求形成的，增加了多板同步觸發(fā)總線的技術(shù)規(guī)范和要求形成的，以使用與相鄰模塊高速通訊的局部總線。 虛擬儀器的分類虛擬儀器的發(fā)展隨著微機(jī)的發(fā)展和采用總線方式的不同，可分為五種類型： 第一類：并行口式最新發(fā)展的一系列可連接到計(jì)算機(jī)并行口的測(cè)試裝置，它們把儀器硬件集成在一個(gè)采集盒內(nèi)。（5）研制周期較傳統(tǒng)儀器大為縮短，且成本低、維護(hù)方便，易于應(yīng)用新理論、新算法和新技術(shù)來實(shí)現(xiàn)儀器的換代升級(jí)。（2）硬件功能軟件化，虛擬儀器使儀器的部分硬件功能軟件化，并封裝形成模塊；（3）儀器的功能是用戶根據(jù)需要由軟件來定義的，而不是事先由廠家定義好的。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器具有以下特點(diǎn)：（1）傳統(tǒng)儀器的面板只有一個(gè)，其上布置著種類繁多的顯示與操作元件，易于導(dǎo)致識(shí)別與操作誤差。 虛擬儀器的特點(diǎn)現(xiàn)代化生產(chǎn)要求電子儀器品種多、功能全、精度和自動(dòng)化程度高，而且要求測(cè)試速度快、實(shí)時(shí)性好、具有良好的人機(jī)界面。因此，奉課題基r虛擬儀器的思恕，采用便攜式系統(tǒng)集成方案，用LabVIEW軟什和專用的數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行制動(dòng)器振動(dòng)信號(hào)和噪聲信號(hào)的檢測(cè)和分析，利用計(jì)算機(jī)豐富的軟硬件資源來完成傳統(tǒng)儀器的測(cè)試功能。正是由于振動(dòng)測(cè)試在近代工程領(lǐng)域有著極其重要的作用，所以受到普遍重視，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和普及，尤其是便攜式計(jì)算機(jī)的普及，虛擬儀器設(shè)計(jì)已成為當(dāng)前和今后的發(fā)展趨勢(shì)。一般振動(dòng)測(cè)試大致可分為兩類：一類是測(cè)量設(shè)備和結(jié)構(gòu)所存在的振動(dòng)；另一類則是對(duì)設(shè)備或結(jié)構(gòu)施加某種激勵(lì)，使其產(chǎn)生振動(dòng)，然后測(cè)量其振動(dòng)。 虛擬儀器的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀和趨勢(shì)儀器的發(fā)展大體可分為四代：第一代是20世紀(jì)初發(fā)展起來的以電磁感應(yīng)律為基礎(chǔ)的指針式儀器,如指針式萬用表；第二代是20世紀(jì)50年代以電子管或晶體管電子電路為基礎(chǔ)的分立元件式模擬儀器，如晶體管電壓表，其價(jià)格低廉,但測(cè)試精度和速度較低；第三代是20世紀(jì)60年代興起的以集成電路芯片為基礎(chǔ)的數(shù)字化儀器，如數(shù)字頻率計(jì)等，它將測(cè)試的精度、分辨力和測(cè)量速度提高了幾個(gè)數(shù)量級(jí)；第四代是20世紀(jì)70年代以微處理器為核心的智能式儀器,這類儀器不僅能自動(dòng)完成某些測(cè)量任務(wù)，還能進(jìn)行一些復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理，其缺點(diǎn)是功能模塊全部以硬件(或固化軟件)的形式存在，無論是開發(fā)還是應(yīng)用，都缺乏靈活性。其中最有代表性的圖形化編程軟件是美國NI公司推出的Labview(laboratory virtual instrument engineering workbench即實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工作平臺(tái))。虛擬儀器不僅實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)的儀器功能，并且有更大的性能拓展，虛擬儀器改變了傳統(tǒng)以硬件為中心的儀器架構(gòu)，而是利用了商用計(jì)算機(jī)及工作站的計(jì)算功能、工作效率、 顯示功能和方便的連接方法，形成了以軟件為中心的儀器系統(tǒng)。用戶可以充分發(fā)揮自己的才能和想象力來設(shè)計(jì)滿足需求的儀器系統(tǒng)。 　虛擬儀器是一種功能意義上的儀器，其核心是在最少量的硬件模塊支持下， 用軟件實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)儀器數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、分析、顯示的功能。它的最大特點(diǎn)就是把由儀器生產(chǎn)廠家定義儀器功能的方式轉(zhuǎn)變?yōu)橛捎脩糇约憾x儀器功能，滿足多種多樣的應(yīng)用需求。所謂虛擬儀器就是以計(jì)算機(jī)作為儀器統(tǒng)一的硬件平臺(tái)，充分利用計(jì)算機(jī)的運(yùn)算、存儲(chǔ)、回放、調(diào)用、顯示及文件管理等智能化功能，同時(shí)把傳統(tǒng)儀器的專業(yè)化功能和面板控件軟件化，使之與計(jì)算機(jī)結(jié)合構(gòu)成一臺(tái)從外觀到功能都完全與傳統(tǒng)硬件儀器相同，同時(shí)又充分享用了計(jì)算機(jī)智能資源的全新儀器系統(tǒng)。虛擬儀器功能完全由用戶自己設(shè)計(jì)、定義,因而可以通過改變軟件適應(yīng)不同測(cè)試需要,很易與互聯(lián)網(wǎng)、外設(shè)以及其他儀器相聯(lián)接,真正體現(xiàn)軟件就是儀器、網(wǎng)絡(luò)就是儀器的概念。 虛擬儀器從本質(zhì)上說是一個(gè)開放式結(jié)構(gòu),用通用算機(jī)、DSP 信號(hào)處理器或其他 CPU 提供系統(tǒng)管理、信號(hào)處理、存儲(chǔ)以及顯示功能；用數(shù)據(jù)采集板、GP或 VXI 總線接口板提供信號(hào)獲取和控制信號(hào)輸出,從而實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)儀器功能。虛儀器技術(shù)是儀器技術(shù)、通信技術(shù)、總線技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物[3]。(5)時(shí)頻分析：采用諧波小波實(shí)現(xiàn)仿真信號(hào)的時(shí)頻分析及諧波小波濾波功能。(3)時(shí)域分析：包括能產(chǎn)生幾種典型信號(hào)的