【正文】 ............................ 22 絲杠轉(zhuǎn)速的測量與顯示 ........................................ 23 整體程序設(shè)計與調(diào)試 .......................................... 24 結(jié)束語 ............................................................ 26 參考文獻(xiàn) .......................................................... 27 致謝 .............................................................. 28 動態(tài)信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 1 1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件構(gòu)成 一個完整的信號測試系統(tǒng)一般 由原始信號 、信號調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集 設(shè)備和計算機(jī)四個部分 構(gòu)成。加入信號調(diào)理設(shè)備是因?yàn)槟承┹斎氲碾娦盘柌?不便于直接測量，因此需要信號調(diào)理設(shè)備對他進(jìn)行諸如放大、濾波、隔離等處理，使得數(shù)據(jù)采集設(shè)備更便于對該信號進(jìn)行精確的測量。計算機(jī)上安裝了驅(qū)動和應(yīng)用軟件，方便我們與硬件交互，完成采集任務(wù)，并對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)的分析和處理。在振動試驗(yàn)臺動態(tài)數(shù)據(jù)采集過程中，使用 了 三種四個傳感器，分別是： 光電轉(zhuǎn)速傳感器、壓電晶體位移傳感器、渦流位移傳感器以及電阻應(yīng)變片。 在模擬轉(zhuǎn)動試驗(yàn)臺 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中 ，使用 平行雙孔梁 的彈性應(yīng)變來模擬點(diǎn)擊扭矩，用 等強(qiáng)度梁的 應(yīng)變力來模擬螺母反作用力。 信號調(diào)理電路 振動試驗(yàn)臺動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，信號調(diào)理設(shè)備使用試驗(yàn)臺自身的電荷電壓放大模塊。 數(shù)據(jù)采集設(shè)備 NI 公司 6009 數(shù)據(jù)采集卡采用 USB 接口技術(shù)，支持即插即用，驅(qū)動程序?yàn)樽詭У摹? 6009 技術(shù)參數(shù)如下： 模擬輸入： 8個單端， 4 個差分 輸入分辨率：差分 14位，單端 13 位 最大采樣率： 48kb/s 定時精度： 100ppm 輸入量程：單端 10V～ 10V。端子連接器可提供 16 個連接，使用 16AWG 至 28AWG 導(dǎo)線。 表 13：各 I/O 接口可用信號 動態(tài)信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 4 按照上述表格的的內(nèi)容進(jìn)行接線后的 NI USB6009 采集卡可以從 Measurement amp。點(diǎn)擊自檢按鈕，可以查看數(shù)據(jù)采集卡各通道是否正常工作。 計算機(jī)以及應(yīng)用軟件 LabVIEW 是實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器集成環(huán)境（ Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）的簡稱，是美國國家儀器公司（ NATIONAL INSTRUMENTS，簡稱 NI）的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品，也是目前應(yīng)用最廣、發(fā)展最快、功能最強(qiáng)的圖形化軟件集成開發(fā)環(huán)境。 LabVIEW具有強(qiáng)大的圖形化編程語言（ G 語言），可以編寫滿足任何形式的測試與控制要求的可視化程序。 LabVIEW 包括齊全的用于數(shù)據(jù)采集、分析、顯示、存儲數(shù)據(jù)、調(diào)試代碼的工具。 本課題使用 進(jìn)行相應(yīng)軟件系統(tǒng)地開發(fā)，以計算機(jī)為硬件平臺對采集的動態(tài)信號進(jìn)行顯示、分析、處理以及存盤操作。并且， NI 也提供了一款配置管理軟件 Measurement and Automation Explorer， 方便與硬 件進(jìn)行交互，并且無需編程就能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能；還能將配置出的數(shù)據(jù)采集任務(wù)導(dǎo)入 LabVIEW，自動生成 LabVIEW 代碼。 Automation 來配置我們的測量任務(wù)。在 LabVIEW中包含許多的快速 VI，可以滿足我們的大部分測試需要，其中 DAQ Assistance（位于函數(shù)面板測量 I/O 下的DAQmx 中）就是專用于數(shù)據(jù)采集的快速 VI。下面是使用 DAQ Assistance 配置此次測試任務(wù)的具體流程。在 VI程序框圖中找到 DAQ Assistance（位于函數(shù)面板測量 I/O 下的 DAQmx 中）拖入框圖中，動態(tài)信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 5 系統(tǒng)會自動彈出對話框入圖 21 所示，選擇模擬輸出下的電壓： 圖 21：配置采集任務(wù) 此時將彈出第二個對話框如圖 22所示，在此我們可以 再這個對話框中選擇我們使用的數(shù)據(jù)采集設(shè)備 6009 中的 a0， a1， a2， a3 四個物理通道完成課題要求的四個傳感器數(shù)據(jù) 采集任務(wù) 。 圖 23：采集信息配置對話框 所有參數(shù)配置完成之后點(diǎn)擊運(yùn)行進(jìn)行測試，待確定無誤后點(diǎn)擊確認(rèn)完成測試任務(wù)與數(shù)據(jù)采集卡的配置。 四個傳感器輸出的電壓信號經(jīng)過電壓電荷放大設(shè)備進(jìn)入數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡將采集到的模擬信號轉(zhuǎn)換為計算機(jī)可以接受的數(shù)字信號供給 對應(yīng)程序處理， 動態(tài)信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 7 1：壓電加速度傳感器； 2：光電轉(zhuǎn)速傳感器； 3， 4：渦流位移傳感器； 圖 31：振動實(shí)驗(yàn)臺 3． 2 具體測試程序的編寫 振動測試程序 旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸承座的波形、振幅和頻率是反映旋轉(zhuǎn)機(jī)械的重要特征量。 拾取振動信號的常用傳感器是壓電晶體傳感器。 圖 32 是系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)圖，如圖所示，使用 DAQ采集助手和相應(yīng)的硬件設(shè)備，我們將振動信號采進(jìn)計算機(jī)中，通過數(shù)字濾波濾除信號中的噪聲和不需要的頻率成分。 32 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖 分模塊進(jìn)行加速度變化率的累加，求的當(dāng)前速度；在進(jìn)行速度變化率的累加，求得當(dāng)前位移，積分用“數(shù)學(xué) 積分與微分”函數(shù)子面板中的 Integral X（ t） VI，它的算法是： ∑ i=1,2,? ,n1 2 1 3,4 DAQ 采集得到的信號 數(shù)字濾波 加窗 頻譜分析 積分 消除趨勢項(xiàng) 積分 消除趨勢項(xiàng) 動態(tài)信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 8 此外， 在程序框圖中加入 FFT（快速傅里葉變換） VI，以求得信號的實(shí)時頻率譜 ，方便對信號的分析， 此 VI 位于信號處理 信號分析中， 具體程序框圖如 圖 33所示 ： 圖 33：振動測試程序框圖 圖 33中，使用 DAQ 助手采集得到壓電晶體傳感器輸出的電壓信號，經(jīng)過一個由布爾控件控制的 case 結(jié)構(gòu) 流入頻譜測量快速 vi中，在 case 結(jié)構(gòu)中，設(shè)置實(shí)現(xiàn)了對信號的濾波功能，慮除了低頻干擾噪聲，有利于有用信號的提取與處理。 在 框圖中用到的快速 VI有 : “F ilter VI” 位于“ ExpressSignal Analysis”中，具體配置如圖 34 所示：使用巴斯特沃三階低通濾波器，截止頻率 60HZ，此外，為信號加 hanning 窗函數(shù)。 我們使用 while 循環(huán)和一個 case 循環(huán)控制程序流程，最后將采集的原始信號和頻譜波形分別用一個波形顯示控件和圖表顯示控件顯示。 式中： r轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn) /分） ； m一個采樣序列中的脈沖個數(shù) ； S一個采樣序列中的采樣點(diǎn)數(shù) ； R采樣點(diǎn)數(shù) ； 具體的程序框圖 見圖 36下： 圖 36：轉(zhuǎn)速測試程序框圖 圖 36中， DAQ 助手配置了 數(shù)據(jù) 采集卡的諸項(xiàng)參數(shù)，光電傳感器輸出電壓信號經(jīng)過DAQ 輸出，使用動態(tài)數(shù)據(jù)到雙精度一維數(shù)組的轉(zhuǎn)換，信號被保存為可以動態(tài)顯示的一維波形 。這里要注意的是在設(shè)置采樣點(diǎn)數(shù)時，要確保每一個脈沖都不會漏記，所以進(jìn) 可能 的增加每秒鐘采樣點(diǎn)數(shù)， 此外還要綜合考慮電腦的性能問題，如果過大就會影響程序運(yùn)行速度。 在這個程序框圖 中要使用“ threshold peak detector VI” ,此 VI 用來計算脈沖信號峰值大于一定值時的個數(shù)，并輸出具體數(shù)值。運(yùn)行此程序的結(jié)果如 圖 37所示 ： 動態(tài)信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 11 圖 37：轉(zhuǎn)速測量前面板顯示 軸心軌跡 轉(zhuǎn)子軸心軌跡是指轉(zhuǎn)子軸心相對于軸承座在與軸線垂直的平面內(nèi)的運(yùn)動軌跡。 測量軸心軌跡通常采用兩只點(diǎn)渦流傳感器，相互垂直安裝在轉(zhuǎn)軸的表面附近，對轉(zhuǎn)軸的 X、 Y 兩個方向的徑向振動位移進(jìn)行非接觸測量，這樣在平面坐標(biāo)上把測量得到的兩個位移值描繪出來就可以得到軸心軌跡。如 圖 39： 圖 39：軸心軌跡前面板顯示 數(shù)據(jù)存盤 LabVIEW附帶大量的數(shù)據(jù)記錄與回放功能函數(shù)，供測試系統(tǒng)設(shè)計使用，在本課題中，我們需要將測量得到的實(shí)時數(shù)據(jù)保存為 excel 文件保存在硬盤上，以方 便后續(xù)的實(shí)驗(yàn)分析，此時就需要使用 LabVIEW 功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)記錄與回放功能函數(shù)。他們不僅可以用于數(shù)據(jù)文件的操作，還可以滿足任何波形文件的操作，所以可以滿足我們此次變成需要。