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基于虛擬儀器的振動測試系統(tǒng)開發(fā)畢業(yè)設計(論文)任務書設計(論文)題目:基于虛擬儀器的振動測試系統(tǒng)研究姓名院系電氣信息學院專業(yè)班級學號指導老師職稱教研室主任一、基本任務及要求:設計一個基于LabVIEW的振動測試系統(tǒng),采用適當?shù)膫鞲衅鞑杉秸駝有盘柡笥蒒IM系列數(shù)據采集卡6221將數(shù)據傳至主機。通過LabVIEW可視化編程對采集到的信號進行相應處理預處理以及時域頻域分析。設計的主要任務是:查閱相關資料確定總體設計方案;根據課題要求確定硬件方案、硬件設計;軟件設計,學習LabVIEW可視化編程軟件,對軟件的具體模塊編程并對信號進行處理;完成文獻綜述、開題報告及畢業(yè)設計說明書及設計說明書的撰寫工作。二、進度安排及完成時間:3月2日3月22日:查閱相關資料,搜集課題所需資料,了解課題現(xiàn)狀、課題研究的目的和意義,學習LabVIEW軟件,完成開題報告和文獻綜述。3月23日4月5日:畢業(yè)實習4月6日4月15日:系統(tǒng)總體方案和硬件電路設計以及傳感器選型;4月16日5月15日:完成各軟件模塊的編寫及調試5月16日6月14日:整理資料,撰寫畢業(yè)設計論文。6月15日6月19日:畢業(yè)論文審定、打印,答辯準備6月20日6月24日:答辯畢業(yè)設計論文目錄摘要IAbstractII第1章緒論11.1課題研究的背景和意義11.2振動測試技術發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢11.3課題主要研究內容2第2章虛擬儀器和labview42.1虛擬儀器42.1.1虛擬儀器的概述42.1.2虛擬儀器的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀和趨勢52.1.3虛擬儀器的特點62.1.4虛擬儀器的分類62.2labview72.2.1labview概述72.2.2labview的應用82.2.3labview的特點8第3章振動測試分析系統(tǒng)103.1振動測試系統(tǒng)概述103.2振動測試系統(tǒng)的組成113.3信號測試與分析13第4章虛擬震動測試分析系統(tǒng)的硬件配置154.1傳感器154.2電荷放大器164.3數(shù)據采集卡的選用16第5章虛擬震動測試分析系統(tǒng)的軟件設計195.1數(shù)據采集模塊205.2信號預處理模塊225.3時域分析模塊235.4頻域分析模塊255.4.1FFT分析255.4.2功率譜分析265.4.2.1自功率譜密度265.4.2.2互功率譜密度285.4.2.3相干函數(shù)285.5時頻分析模塊29畢業(yè)設計論文第6章總結與展望31參考文獻33致謝34基于虛擬儀器的振動測試系統(tǒng)研究I基于虛擬儀器的振動測試系統(tǒng)研究摘要:隨著計算機和軟件技術的發(fā)展,虛擬儀器正在逐漸成為測試領域的發(fā)展方向,采用虛擬儀器實現(xiàn)振動測試與分析也成為振動測試的發(fā)展趨勢。為了解決工程振動問題,機械振動測試系統(tǒng)隨著振動測試技術理論的發(fā)展和生產對測試的需求與日俱增,并有著廣泛的應用領域。在工程現(xiàn)場的振動測試中,迫切需要低成本、高精度、高效率,同時方便靈活的測量儀器。振動測試試驗系統(tǒng)是根據某些零部件振動測試的要求設計的,通過對被測系統(tǒng)施加各種波形的激勵,使其產生振動,由傳感器測量其振動的響應,將此信號進行調理放大,再由頻譜分析儀獲得系統(tǒng)的響應特性。為此,本課題研究開發(fā)了以PC為硬件平臺、以美國國家儀器(NI)公司開發(fā)的LabVIEW軟件為開發(fā)平臺,配合必要的傳感器、信號調理器和數(shù)據采集卡組成的振動測試分析系統(tǒng)。采用虛擬儀器圖形化編程語言LabVIEW組建的振動測試分析系統(tǒng),減少了測試過程中的硬件設備,同樣實現(xiàn)了對振動信號的采集、處理和分析的目的,大大降低了硬件成本。關鍵詞:虛擬儀器,振動測試,LabVIEW,數(shù)據采集,信號分析基于虛擬儀器的振動測試系統(tǒng)研究IITheDesignofVibrationTextSystemBasedOnVirtualInstrumentAbstract:Withthedevelopmentofcalculatorandthesoftwaretechnology,thevirtualinstrumentisbecomingthedevelopmentdirectionintextdomains,andusingvirtualinstrumenthasbeenadevelopmenttrendtorealizethetextandanalysisofvibration.Asthedevelopmentandproductionoftechnologytheoryinvibrationtext,inordertosolvetheproblemofvibration,theneedoftextinvibrationtextsystemincreasewitheachpassingday,andhasextensivefieldofapplication.Thevibrationtextinprojectspot,itisurgenttoneedmeasuringinstrumentsthatarelowcost,highdegreeofaccuracy,highefficiency,andatthesametimeconvenient.Thevibrationtextsystemisdesighedbasedondemandofsomeparts,tomakeitvibrate,allkindsofwaveformstimulationsareexertedtotextedsystem.,thenconditioningandenlargingthesignalthattransducermeasurestherespondingofvibrationinsystem,thenceforthobtaintherespondingcharacteristicsbyanalyzer.Forthis,thetaskhasstudyedanddevelopedavibrationtextsystemwhichtakePCashardwareterrace,thelabviewthattheUnitedStatesnationinstrumentcompanyopendupassoftwareterrace,coordinatewithnecessarytransducer,signalconditioninganddatacollecter.Adoptingthevibrationtextsystemwhichismadeupbyvirtualinstrumentfiguredprogramlanguagelabview,reducethehardwareequipmentduringtext,atthesametimerealizetheobjectivethatcollects,analyseandprocessvibrationsignal,decreasehardwarecost.Keywords:Virtualinstrument,Vibrationtext,Labview,Signalanalysis,Dataacquisition.基于虛擬儀器的振動測試系統(tǒng)研究-1-第1章緒論1.1課題研究的背景和意義要想緊跟技術的發(fā)展,就要不斷更新測量設備,以滿足越來越高的測量要求,同時測量手段的進步也為技術的進一步發(fā)展奠定了基礎。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)由松散結合的、常常不兼容的獨立儀器發(fā)展成緊密結合的虛擬測量系統(tǒng),把計算機技術與儀器技術完美結合起來。振動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。在運轉的設備中,振動信號是最重要的信息來源。旋轉機械的振動信號中包含著大量可反映設備運行狀態(tài)的有用信息或稱為信號特征。振動信號分析是旋轉機械狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的重要組成部分,并在設備預測維修中發(fā)揮著重要作用。通過振動特征分析可以找出旋轉機械設備70的故障源,而且可以確保機器運轉的安全性,避免事故的發(fā)生,同時結合較好的維修項目管理還可以顯著降低機器的運行成本。在一些情況下,振動是一種公害,它能損傷人體器官、損害健康、降低勞動效率,甚至產生“振動病或“運動病,如常見的暈車、暈船現(xiàn)象就是由于小于1Hz的極低頻振動引起的。研究人體各器官的振動傳遞特性,設計能減振隔振的座椅、駕駛艙、手持工具的把手等也必須依賴于振動測試。目前市場上已有用于人體振動測量的傳感器和測試儀出售。振動測試分析儀器則將振動測試與分析技術轉化為生產力,它隨著振動測試技術理論的發(fā)展和生產中對測試需求的與日俱增。從最初的機械式測振儀,發(fā)展到今天,各種應用物理學原理制成的傳感器、FFT分析儀、結構動力學分析軟件己在廣泛使用。為提高測試效率,降低測試成本,適應在速度、準確度、數(shù)據分析以及現(xiàn)場實用性等方面日益提高的測試要求,我們需要將虛擬儀器技術引入在用車輛性能測試領域,開發(fā)基于虛擬儀器的車輛性能測試系統(tǒng)。1.2振動測試技術發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢振動是各種設備在工作過程中經常發(fā)生的現(xiàn)象,振動問題是機械工程領域一個十分重要的研究課題。但工程實際中復雜的振動現(xiàn)象并非都能通過理論分析得出可靠結果,此時往往需要求助于實驗手段,而且理論分析結果的正確性也需要通過實踐來驗證,這就使振動測試在振動研究中占有重要地位。在過去的三十多年中,無論國際還是國內,振動測試技術都獲得了突飛猛進的發(fā)展,各種全新的分析方法如雨后春筍般大量涌現(xiàn),并在科研、教學特別是工業(yè)上獲得了廣泛基于虛擬儀器的振動測試系統(tǒng)研究-2-應用。從1967年世界上第一臺基于FFT的動態(tài)信號分析儀問世以來,振動信號分析技術已經經歷了三次突破性的發(fā)展。虛擬儀器在我國的研究和開發(fā)有著十分現(xiàn)實的意義,廣泛采用虛擬儀器技術有助于提高我國儀器的整體水平,節(jié)省儀器開發(fā)的人力和費用。我們有理由相信,隨著軟件業(yè)和測試技術的發(fā)展,虛擬儀器技術必將在更多、更廣的領域得到應用和普及。隨著振動測試技術理論的發(fā)展和生產中對測試需求的與日俱增,高質量的測試儀器、設備和現(xiàn)代化的測試方法不斷出現(xiàn)。20世紀20年代,由于汽輪發(fā)電機組等設備的發(fā)展,機械式測振儀已不能滿足要求,于是磁電式傳感器應運而生,實現(xiàn)非電量信號向電信號轉換的電測量。二次大戰(zhàn)后出現(xiàn)了壓電式傳感器,由于它具有體積小、重量輕、頻率范圍、動態(tài)量程大等特點,且既可測量振動,又可用于沖擊測量,直到今天仍在廣泛應用。近些年隨著微電子技術的發(fā)展,又出現(xiàn)了可在各種惡劣環(huán)境下使用的壓電傳感器和內裝阻抗變換器、放大器、濾波器的集成電路式壓電傳感器,簡化了測試系統(tǒng),大大地拓寬了這種傳感器的應用范圍,提高了抗干擾能力和測量的精度。而壓阻傳感器的出現(xiàn)和使用進一步拓寬了低頻率的測量范圍,與此同時,還陸續(xù)發(fā)展了各種換能原理的傳感器和配套儀器,如變電容傳感器、光纖傳感器、電渦流傳感器等,pc機性能的提高引發(fā)了測試儀器領域的一場革命性變化,即產生了插卡式加軟件的所謂虛擬儀器。虛擬儀器是當前計算機的主流技術與應用開發(fā)軟件和高性能模塊化的硬件相結合的產物,可由用戶自己設計和定義,用軟件在屏幕上生成儀器控制面板,進行信號分析和處理。而國內生產的針對振動測試的設備大多是模擬式和數(shù)字式儀表,功能比較單一,與國外設備相比,精度較差,可靠性低。這些儀器基本上屬于硬件組成的專用信號分析與處理儀器,一般不能存儲記錄。這就為國內開發(fā)高性能的動態(tài)測試分析儀提出了迫切要求,同時隨著PC機的廣泛應用,虛擬儀器技術用于動態(tài)測試領域已成為發(fā)展趨勢。1.3課題主要研究內

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