畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于虛擬儀器的振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)研究.doc

基于虛擬儀器的振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)開發(fā)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書設(shè)計(jì)（論文）題目：基于虛擬儀器的振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)研究姓名院系電氣信息學(xué)院專業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)指導(dǎo)老師職稱教研室主任一、基本任務(wù)及要求：設(shè)計(jì)一個(gè)基于LabVIEW的振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，采用適當(dāng)?shù)膫鞲衅鞑杉秸駝?dòng)信號(hào)后由NIM系列數(shù)據(jù)采集卡6221將數(shù)據(jù)傳至主機(jī)。通過LabVIEW可視化編程對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)處理預(yù)處理以及時(shí)域頻域分析。設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是：查閱相關(guān)資料確定總體設(shè)計(jì)方案；根據(jù)課題要求確定硬件方案、硬件設(shè)計(jì)；軟件設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)LabVIEW可視化編程軟件，對(duì)軟件的具體模塊編程并對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理；完成文獻(xiàn)綜述、開題報(bào)告及畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書及設(shè)計(jì)說明書的撰寫工作。二、進(jìn)度安排及完成時(shí)間：3月2日3月22日：查閱相關(guān)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(xué)習(xí)LabVIEW軟件，完成開題報(bào)告和文獻(xiàn)綜述。3月23日4月5日：畢業(yè)實(shí)習(xí)4月6日4月15日：系統(tǒng)總體方案和硬件電路設(shè)計(jì)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(diào)試5月16日6月14日：整理資料，撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。6月15日6月19日：畢業(yè)論文審定、打印，答辯準(zhǔn)備6月20日6月24日：答辯畢業(yè)設(shè)計(jì)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(dòng)測(cè)試技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)11.3課題主要研究?jī)?nèi)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(shì)52.1.3虛擬儀器的特點(diǎn)62.1.4虛擬儀器的分類62.2labview72.2.1labview概述72.2.2labview的應(yīng)用82.2.3labview的特點(diǎn)8第3章振動(dòng)測(cè)試分析系統(tǒng)103.1振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)概述103.2振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的組成113.3信號(hào)測(cè)試與分析13第4章虛擬震動(dòng)測(cè)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(jù)采集卡的選用16第5章虛擬震動(dòng)測(cè)試分析系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)195.1數(shù)據(jù)采集模塊205.2信號(hào)預(yù)處理模塊225.3時(shí)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(shí)頻分析模塊29畢業(yè)設(shè)計(jì)論文第6章總結(jié)與展望31參考文獻(xiàn)33致謝34基于虛擬儀器的振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)研究I基于虛擬儀器的振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)研究摘要：隨著計(jì)算機(jī)和軟件技術(shù)的發(fā)展，虛擬儀器正在逐漸成為測(cè)試領(lǐng)域的發(fā)展方向，采用虛擬儀器實(shí)現(xiàn)振動(dòng)測(cè)試與分析也成為振動(dòng)測(cè)試的發(fā)展趨勢(shì)。為了解決工程振動(dòng)問題,機(jī)械振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)隨著振動(dòng)測(cè)試技術(shù)理論的發(fā)展和生產(chǎn)對(duì)測(cè)試的需求與日俱增,并有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。在工程現(xiàn)場(chǎng)的振動(dòng)測(cè)試中,迫切需要低成本、高精度、高效率,同時(shí)方便靈活的測(cè)量?jī)x器。振動(dòng)測(cè)試試驗(yàn)系統(tǒng)是根據(jù)某些零部件振動(dòng)測(cè)試的要求設(shè)計(jì)的,通過對(duì)被測(cè)系統(tǒng)施加各種波形的激勵(lì),使其產(chǎn)生振動(dòng),由傳感器測(cè)量其振動(dòng)的響應(yīng),將此信號(hào)進(jìn)行調(diào)理放大,再由頻譜分析儀獲得系統(tǒng)的響應(yīng)特性。為此，本課題研究開發(fā)了以PC為硬件平臺(tái)、以美國(guó)國(guó)家儀器(NI)公司開發(fā)的LabVIEW軟件為開發(fā)平臺(tái)，配合必要的傳感器、信號(hào)調(diào)理器和數(shù)據(jù)采集卡組成的振動(dòng)測(cè)試分析系統(tǒng)。采用虛擬儀器圖形化編程語(yǔ)言LabVIEW組建的振動(dòng)測(cè)試分析系統(tǒng)，減少了測(cè)試過程中的硬件設(shè)備，同樣實(shí)現(xiàn)了對(duì)振動(dòng)信號(hào)的采集、處理和分析的目的，大大降低了硬件成本。關(guān)鍵詞：虛擬儀器，振動(dòng)測(cè)試，LabVIEW，數(shù)據(jù)采集，信號(hào)分析基于虛擬儀器的振動(dòng)測(cè)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(dòng)測(cè)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(shù)的發(fā)展，就要不斷更新測(cè)量設(shè)備，以滿足越來越高的測(cè)量要求，同時(shí)測(cè)量手段的進(jìn)步也為技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。虛擬儀器則是提高測(cè)量精度和效率的有效手段。它改變了傳統(tǒng)的測(cè)量模式，使測(cè)量系統(tǒng)由松散結(jié)合的、常常不兼容的獨(dú)立儀器發(fā)展成緊密結(jié)合的虛擬測(cè)量系統(tǒng)，把計(jì)算機(jī)技術(shù)與儀器技術(shù)完美結(jié)合起來。振動(dòng)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(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備中，振動(dòng)信號(hào)是最重要的信息來源。旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)信號(hào)中包含著大量可反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的有用信息或稱為信號(hào)特征。振動(dòng)信號(hào)分析是旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷的重要組成部分，并在設(shè)備預(yù)測(cè)維修中發(fā)揮著重要作用。通過振動(dòng)特征分析可以找出旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備70的故障源，而且可以確保機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性，避免事故的發(fā)生，同時(shí)結(jié)合較好的維修項(xiàng)目管理還可以顯著降低機(jī)器的運(yùn)行成本。在一些情況下，振動(dòng)是一種公害，它能損傷人體器官、損害健康、降低勞動(dòng)效率，甚至產(chǎn)生“振動(dòng)病或“運(yùn)動(dòng)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(dòng)引起的。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。目前市場(chǎng)上已有用于人體振動(dòng)測(cè)量的傳感器和測(cè)試儀出售。振動(dòng)測(cè)試分析儀器則將振動(dòng)測(cè)試與分析技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，它隨著振動(dòng)測(cè)試技術(shù)理論的發(fā)展和生產(chǎn)中對(duì)測(cè)試需求的與日俱增。從最初的機(jī)械式測(cè)振儀，發(fā)展到今天，各種應(yīng)用物理學(xué)原理制成的傳感器、FFT分析儀、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析軟件己在廣泛使用。為提高測(cè)試效率，降低測(cè)試成本，適應(yīng)在速度、準(zhǔn)確度、數(shù)據(jù)分析以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用性等方面日益提高的測(cè)試要求，我們需要將虛擬儀器技術(shù)引入在用車輛性能測(cè)試領(lǐng)域,開發(fā)基于虛擬儀器的車輛性能測(cè)試系統(tǒng)。1.2振動(dòng)測(cè)試技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)振動(dòng)是各種設(shè)備在工作過程中經(jīng)常發(fā)生的現(xiàn)象，振動(dòng)問題是機(jī)械工程領(lǐng)域一個(gè)十分重要的研究課題。但工程實(shí)際中復(fù)雜的振動(dòng)現(xiàn)象并非都能通過理論分析得出可靠結(jié)果，此時(shí)往往需要求助于實(shí)驗(yàn)手段，而且理論分析結(jié)果的正確性也需要通過實(shí)踐來驗(yàn)證，這就使振動(dòng)測(cè)試在振動(dòng)研究中占有重要地位。在過去的三十多年中，無論國(guó)際還是國(guó)內(nèi)，振動(dòng)測(cè)試技術(shù)都獲得了突飛猛進(jìn)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(xué)特別是工業(yè)上獲得了廣泛基于虛擬儀器的振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)研究-2-應(yīng)用。從1967年世界上第一臺(tái)基于FFT的動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀問世以來，振動(dòng)信號(hào)分析技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了三次突破性的發(fā)展。虛擬儀器在我國(guó)的研究和開發(fā)有著十分現(xiàn)實(shí)的意義，廣泛采用虛擬儀器技術(shù)有助于提高我國(guó)儀器的整體水平，節(jié)省儀器開發(fā)的人力和費(fèi)用。我們有理由相信，隨著軟件業(yè)和測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，虛擬儀器技術(shù)必將在更多、更廣的領(lǐng)域得到應(yīng)用和普及。隨著振動(dòng)測(cè)試技術(shù)理論的發(fā)展和生產(chǎn)中對(duì)測(cè)試需求的與日俱增，高質(zhì)量的測(cè)試儀器、設(shè)備和現(xiàn)代化的測(cè)試方法不斷出現(xiàn)。20世紀(jì)20年代，由于汽輪發(fā)電機(jī)組等設(shè)備的發(fā)展，機(jī)械式測(cè)振儀已不能滿足要求，于是磁電式傳感器應(yīng)運(yùn)而生，實(shí)現(xiàn)非電量信號(hào)向電信號(hào)轉(zhuǎn)換的電測(cè)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(dòng)態(tài)量程大等特點(diǎn)，且既可測(cè)量振動(dòng)，又可用于沖擊測(cè)量，直到今天仍在廣泛應(yīng)用。近些年隨著微電子技術(shù)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(nèi)裝阻抗變換器、放大器、濾波器的集成電路式壓電傳感器，簡(jiǎn)化了測(cè)試系統(tǒng)，大大地拓寬了這種傳感器的應(yīng)用范圍，提高了抗干擾能力和測(cè)量的精度。而壓阻傳感器的出現(xiàn)和使用進(jìn)一步拓寬了低頻率的測(cè)量范圍，與此同時(shí)，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(jī)性能的提高引發(fā)了測(cè)試儀器領(lǐng)域的一場(chǎng)革命性變化，即產(chǎn)生了插卡式加軟件的所謂虛擬儀器。虛擬儀器是當(dāng)前計(jì)算機(jī)的主流技術(shù)與應(yīng)用開發(fā)軟件和高性能模塊化的硬件相結(jié)合的產(chǎn)物，可由用戶自己設(shè)計(jì)和定義，用軟件在屏幕上生成儀器控制面板，進(jìn)行信號(hào)分析和處理。而國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的針對(duì)振動(dòng)測(cè)試的設(shè)備大多是模擬式和數(shù)字式儀表，功能比較單一，與國(guó)外設(shè)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(hào)分析與處理儀器，一般不能存儲(chǔ)記錄。這就為國(guó)內(nèi)開發(fā)高性能的動(dòng)態(tài)測(cè)試分析儀提出了迫切要求，同時(shí)隨著PC機(jī)的廣泛應(yīng)用，虛擬儀器技術(shù)用于動(dòng)態(tài)測(cè)試領(lǐng)域已成為發(fā)展趨勢(shì)。1.3課題主要研究?jī)?nèi)