【正文】 NI 提供PCI, PXI, PCMCIA, USB和IEEE 1394總線相應的模塊化硬件產(chǎn)品，產(chǎn)品種類從數(shù)據(jù)采集及信號調(diào)理、模塊化儀器、機器視覺、運動控制、儀器控制、分布式I/O 到CAN 接口等工業(yè)通訊，應有盡有。NI提出的專為測試任務設計的PXI硬件平臺，是為測試、測量和自動化應用設計的標準平臺。 LabVIEW 軟件簡介虛擬儀器技術的開發(fā)與應用源于1986年美國NI公司設計的LabVIEW,它是一種基于圖形的開發(fā)、調(diào)試和運行程序的集成化環(huán)境，實現(xiàn)了虛擬儀器的概念。一個VI包括3個部分：程序前面板、框圖程序、圖標鏈接端口。其最主要的區(qū)別是VI 的功能由用戶自己定義，而傳統(tǒng)儀器的功能都是由廠商預先定義好的。構建了以數(shù)據(jù)采集設備CompactDAQ、傳感器、計算機為基礎的測試診斷硬件平臺；以LabVIEW作為軟件開發(fā)平臺，設計了數(shù)控機床故障檢測與診斷程序。(2)采用有效地信號分析方法提取故障信息特征，找出故障診斷的判據(jù)，即建立故障和診斷信號之間的對應關系。功能診斷模塊主要由數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)分析處理，數(shù)據(jù)管理，故障判別幾部分組成。傳感器用于把真實的振動信號轉換成電信號，由于傳感器輸出的電信號通常很微弱，并伴有噪聲，因此需要信號調(diào)理裝置對其進行必要的調(diào)理。個人計算機通過各種總線和數(shù)據(jù)采集設備進行數(shù)據(jù)交換，例如ISA、PCI、PXI、USB、IEEE1394等。本系統(tǒng)采用USB總線進行數(shù)據(jù)交換。模擬化電信號數(shù)控機床傳感器信號調(diào)理設備數(shù)據(jù)采集卡計算機（分析、顯示）硬件部分軟件部分測試前端數(shù)字化電信號溫度信號壓力信號振動信號位移信號其他信號圖21 數(shù)控機床檢測系統(tǒng)的硬件組成 傳感器選擇傳感器是能夠感受物體運動并將物體的運動轉換成模擬電信號的一種靈敏的換能元件。本測試診斷系統(tǒng)，選用的傳感器有測量數(shù)控機床振動的位移傳感器；測量液壓系統(tǒng)振動的測振傳感器；測量數(shù)控機床氣動系統(tǒng)壓力、液壓系統(tǒng)壓力的壓力傳感器；測量數(shù)控機床進氣溫度、排氣溫度、機油溫度、冷卻液溫度、液壓系統(tǒng)溫度的溫度傳感器；測量數(shù)控機床泄漏量、空載流量的渦輪流量傳感器；測量氣動系統(tǒng)速度的磁電式速度傳感器?；魻杺鞲衅鲗侔雽w磁敏傳感器?；魻杺鞲衅鞯挠猛臼謴V泛，可以測量轉速、電壓、電流、位置等。廣泛應用于測控系統(tǒng)。熱敏電阻傳感器具有體積小、靈敏度高、使用方便等特點，而且價格便宜，應用廣泛。NTC型熱敏電阻封裝在導熱性好的黃銅或者樹脂做的殼體內(nèi)，廣泛用于發(fā)動機冷卻水溫度、發(fā)動機吸入空氣溫度、各種機油溫度以及空調(diào)裝置的空氣溫度控制等。應變式壓力傳感器是基于彈性形變的原理，將被測壓力作用在傳感器的彈性元件上，使彈性元件產(chǎn)生彈性形變，并用彈性形變的大小來度量壓力的大小。(4)磁電式速度傳感器。常用的磁電式速度傳感器按其運動部件來分有動圈式和動磁式，按測量方式來分有慣性式和相對式。該傳感器由感應齒輪，感應齒座，感應線圈，磁鋼等組成，當感應齒輪與感應齒座有相對角位移時，由于磁路中的磁阻變化，在感應線圈內(nèi)產(chǎn)生感應電動勢，經(jīng)放大整形，輸出電脈沖方波信號將轉角位移轉換成電脈沖信號，供計數(shù)器使用。(5)渦輪流量傳感器。渦輪轉動后周期性地改變磁電轉換器的磁阻值，檢測線圈中的磁通隨之發(fā)生周期性變化，產(chǎn)生周期性的感應電勢。渦輪流量傳感器具有安裝方便、精度高()、反應快、刻度線性及量程寬等特點，信號易傳輸，且便于數(shù)字顯示，可直接與計算機配合進行流量計算和控制。它的測量原理是利用一彈性元件把位移量轉換為應變量，而后用應變片、應變儀等測量記錄。常用的彈性元件有懸臂梁、圓環(huán)和半圓環(huán)等。(7)壓電式加速度傳感器。由帶探針的基座、中心螺桿、壓電轉換元件、慣性質(zhì)量塊等組成，預緊力是通過中心螺桿施加到壓電轉換元件的。它安裝簡單，價格便宜，無需頻率濾波器，并且計算量小。磁力座選用北京京儀北方儀器儀表有限公司生產(chǎn)的CZ4磁力座，吸力8㎏。g1量程/g 頻率范圍/Hz(10%) 諧振頻率/kHz 分辨率/g 抗沖擊/g 重量/gm 安裝螺紋/mmLC0104 100 50 27 150028 M5 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集（Data Acquisition，簡稱DAQ）就是將電壓、電流、溫度、壓力等物理信號轉換為數(shù)字量并傳遞到計算機中的過程，是構建測試系統(tǒng)必不可少的至關重要的一環(huán)。從最基本的角度看，DAQ系統(tǒng)設計的任務包括針對要建立的測試項目選擇傳感器、構建信號調(diào)理模塊以及數(shù)據(jù)采集卡的安裝和調(diào)試等。數(shù)據(jù)采集硬件驅動程序的用戶接口Measurement amp。通過將數(shù)據(jù)記錄儀的應用性和低成本特點與模塊化儀器的性能和靈活性相結合，NI CompactDAQ能夠在一個小型簡單，成本又在可承受范圍之內(nèi)的系統(tǒng)中提供快速而準確的測量。NI CompactDAQ是通用型數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)，它可廣泛用于各種應用。其它系統(tǒng)雖然是模塊化的，但是測量功能只限于如直流電壓和溫度這樣的低速和靜態(tài)信號。其它模塊提供高達每通道100kS/s單點和波形輸出能力，并且數(shù)字I/O速率可高達1MHz。所有模塊能自動同步，并且單個NI CompactDAQ系統(tǒng)通過一個USB接口可以同時傳送高速模擬輸入、模擬輸出、數(shù)字輸入和數(shù)字輸出數(shù)據(jù)[15]。即傳感器采集到的信號在輸入DAQ卡之前進行的預處理，主要包括放大、濾波、隔離、多路復用（電荷放大、電壓放大、熱電偶、積微分、應變橋路平衡、激勵電源和線性化）等。因為工業(yè)信號有些是高壓、過流、浪涌等，不能被系統(tǒng)正確識別，必須經(jīng)過調(diào)理，以提高信噪比，易于傳輸并與后續(xù)環(huán)節(jié)相適配。系統(tǒng)軟件總體方案見圖31。在數(shù)據(jù)采集之前，程序將對DAQ板卡初始化，板卡上和內(nèi)存中的Buffer是數(shù)據(jù)采集存儲的中間環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)采集設備按照程序中指定的采樣數(shù)采集信號，數(shù)據(jù)被傳遞到緩存區(qū)內(nèi)。圖32表示了數(shù)據(jù)采集的結構。硬件A/DBuffer(FIFO)驅動程序LabVIEW程序顯示Buffer內(nèi)存DAQ板卡外觸發(fā)圖32 數(shù)據(jù)采集的結構信號采集模塊的主要功能就是可以在界面上選擇數(shù)據(jù)采集參數(shù)和數(shù)據(jù)顯示及保存，功能如下：(1)設置采集卡的設備號和通道號(2)設置采樣頻率(3)設置采樣點數(shù)(4)采集信號的顯示(5)信號的保存 數(shù)據(jù)分析處理模塊數(shù)據(jù)分析與處理模塊是虛擬儀器信號處理的重要部分，它需要對信號進行預處理，對信號進行幅域分析、時域分析、幅值譜分析、功率譜分析、相關分析、倒頻譜分析等各種各樣的分析，同時還要選擇合適的坐標來顯示分析結果，以最佳方式顯示信號特征，因此該模塊相對其它模塊來說較復雜。在專用的測試系統(tǒng)中，測試的數(shù)據(jù)用來對機械設備進行故障診斷，分析后的數(shù)據(jù)可以提取故障特征參量。因而探討數(shù)據(jù)管理的技術具有重要意義。(1)利用文件的數(shù)據(jù)管理這種方法是將所測數(shù)據(jù)利用提供的存儲方法直接存為文本文件、電子表格格式文件、二進制文件或者波形文件。(2)利用數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)管理這種方法是將所測數(shù)據(jù)儲存在數(shù)據(jù)庫文件中，較常用的是關系型數(shù)據(jù)庫如Access,FoxPro, Oracle等。本診斷系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理主要采用了第一種管理方式。寫入測量文件程序框圖如圖33所示，讀取測量文件程序框圖如圖34所示。圖33 寫入測量文件程序框圖 圖34 讀取測量文件程序框圖 故障診斷模塊故障診斷模塊的主要功能是根據(jù)數(shù)據(jù)分析與處理模塊得到的特征值，進行故障診斷和判別。本故障診斷系統(tǒng)主要有自動診斷方式。 數(shù)控機床檢測系統(tǒng)軟件功能本系統(tǒng)主要針對數(shù)控機床的振動、氣動和液壓三大系統(tǒng)進行了檢測系統(tǒng)開發(fā)。數(shù)控機床測試診斷系統(tǒng)液壓測試診斷系統(tǒng)氣動測試診斷系統(tǒng)振動測試診斷系統(tǒng)溫度參數(shù)測試流量參數(shù)測試振動參數(shù)測試速度參數(shù)測試壓力參數(shù)測試振動位移參數(shù)測試壓力參數(shù)測試圖35 數(shù)控機床的檢測功能圖(1)振動檢測系統(tǒng)由于振動信號包含了設備運行狀態(tài)的豐富信息，我們通常利用檢測設備振動信號來監(jiān)視機械的工作狀態(tài)，并對其進行分析處理提取故障信號，因此振動監(jiān)測是非常重要的一種狀態(tài)監(jiān)測方法。振動檢測系統(tǒng)功能圖如圖36所示。氣壓傳動和控制是生產(chǎn)過程自動化和機械化的最有效手段之一,其工作介質(zhì)為壓縮空氣。氣動檢測系統(tǒng)功能圖如圖37所示。液壓系統(tǒng)是一個有機聯(lián)系的多元件復雜整體，故障現(xiàn)象和故障原因并非是一一對應關系，呈現(xiàn)出綜合性和系統(tǒng)性的特點，再加上液壓系統(tǒng)工作元件及工作介質(zhì)的封閉特性，給系統(tǒng)的在線狀態(tài)檢測及在線故障診斷帶來相當多的困難。液壓設備在一定的工況下, 每一部位都有一定的穩(wěn)定值, 即任何液壓系統(tǒng)工作正常時, 其工作參數(shù)值應在工況值附近。進行液壓系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測, 關鍵就是檢測參數(shù)的可靠獲取。液壓檢測系統(tǒng)壓力檢測流量檢測溫度檢測振動檢測實時流量額定流量空載流量溫度實時顯示溫度超限報警振動烈度評級功率譜分析功率譜分析壓力超限報警圖38 液壓檢測系統(tǒng)功能圖數(shù)控機床故障診斷系統(tǒng)總界面見圖39。 液壓系統(tǒng)的基本組成及故障概述液壓設備的基本組成單元主要有：(1)液壓泵。液壓泵的特點是：結構較復雜，加工工藝、材料及安裝要求均較高。液壓泵的損壞主要發(fā)生在工作部分、運動件及動力傳遞零件上，如工作部分的磨損、軸承損壞及傳動軸扭斷。液壓馬達在壓力油的推動下產(chǎn)生旋轉運動，對負荷輸出轉速和轉矩。在一個工作周期中，液壓馬達一部分時間工作，另一部分時間處于停止狀態(tài)，其運動速度也比較慢，與液壓泵相比，磨損速度要慢。液壓缸是指把具有液壓能的液體轉換為往復式直線運動機械能的元件。密封件損壞引起液壓缸速度變慢與爬行，并引起外泄漏。壓力閥是液壓系統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)與限定元件。目前，大多數(shù)壓力閥均為二級閥。(5)方向閥。方向閥主要包括各類換向閥和單向閥。換向閥的損壞主要是閥心配合面磨損、閥心卡死、彈簧折斷或疲軟，以及電磁鐵損壞等。單向閥的損壞主要發(fā)生在密封面上。流量閥用于控制流經(jīng)油路的流量，以控制執(zhí)行件的運動速度。流量閥失效以后，液壓系統(tǒng)會出現(xiàn)運動速度失控癥狀。密封件是液壓系統(tǒng)維持正常壓力的保證因素。(8)液壓輔件。一個液壓系統(tǒng)工作是否正常，取決于兩個主要工作參數(shù)即壓力和流量是否處于正常的工作狀態(tài)，以及系統(tǒng)溫度、泵組功率等重要輔助參數(shù)的正常與否。先測出正常狀態(tài)下及各類典型故障下有關測點的溫度值，以此作為標準值。液壓元件表面溫度，由其內(nèi)部熱量產(chǎn)生與發(fā)散情況所決定。這兩種情況都與元件損壞相連。在正常情況下，液壓元件表面溫度在50℃以下，當發(fā)生故障時，溫度可上升至80℃以上。本系統(tǒng)檢測了油箱溫度、泵溫度、過濾器溫度、安全閥溫度、節(jié)流口溫度、泵出口溫度等溫度參數(shù)，程序框圖如圖42所示。對于如圖43所示的液壓系統(tǒng)壓力測點為A、B、C…J。液壓泵是液壓系統(tǒng)中的關鍵和故障圖41 液壓系統(tǒng)溫度測試前面板如圖42 液壓系統(tǒng)溫度參數(shù)檢測程序框圖1壓力補償器；2減壓閥；3比例閥；4梭閥；5節(jié)流閥；6平衡閥；7過濾器；8截至閥；9蓄能器；圖43 液壓系統(tǒng)壓力測點多發(fā)部件。本系統(tǒng)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)保存功能、壓力極限值報警功能，并對壓力信號進行功率譜分析。打開子VI，點擊運行，系統(tǒng)將自動檢測信號。