三向振動(dòng)臺(tái)的計(jì)算機(jī)測(cè)試分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)(徐云霞)

1、南 京 工 程 學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）作 者： 徐云霞 學(xué) 號(hào)： 201090402 系 部： 機(jī)械工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化（制造技術(shù)） 題 目： 三向振動(dòng)臺(tái)的計(jì)算機(jī)測(cè)試分析系統(tǒng)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)者： 鄭 勇 講師 評(píng)閱者： 2013 年 5 月 南 京1畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）中文摘要在現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)和機(jī)械工程中，振動(dòng)測(cè)試、信號(hào)處理以及振動(dòng)分析是十分重要的環(huán)節(jié)。但是在機(jī)械振動(dòng)測(cè)試中，所需的測(cè)試儀器繁多復(fù)雜，導(dǎo)致測(cè)試工作需要大量的人力、物力。近年來(lái)，自動(dòng)化測(cè)試與電子測(cè)量?jī)x器在這個(gè)技術(shù)領(lǐng)域發(fā)生了巨大的變化。美國(guó)NI公司的創(chuàng)新產(chǎn)品圖形化編程環(huán)境LabV1EW軟件的出現(xiàn)，使虛擬儀器技術(shù)為

2、工業(yè)界所接收，進(jìn)而成為當(dāng)前國(guó)際上最先進(jìn)的儀器技術(shù)之一，并得到廣泛應(yīng)用。在虛擬儀器快速發(fā)展的趨勢(shì)下，本論文對(duì)實(shí)驗(yàn)室中所用到的三向振動(dòng)臺(tái)，如何通過(guò)計(jì)算機(jī)測(cè)試軟件收集、分析、保存數(shù)據(jù)進(jìn)行了研究。開(kāi)發(fā)了以計(jì)算機(jī)、壓電式加速度傳感器、電荷放大器、數(shù)據(jù)采集卡為硬件平臺(tái)、以美國(guó)國(guó)家儀器(NI)公司開(kāi)發(fā)的LabVIEW軟件為開(kāi)發(fā)平臺(tái)的振動(dòng)測(cè)試軟件。關(guān)鍵詞：虛擬儀器 LabVIEW 信號(hào)測(cè)試 平臺(tái)硬件 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）外文摘要Title The Test and Analysis of Computer System About Three-Vibration Table AbstractIn moder

3、n mechanical industry and mechanical engineering, vibration testing, signal processing, and vibration analysis is a very important part. However, mechanical vibration test require numerous complex test equipment, causing the test work requires a lot of manpower and material resources.In recent years

4、, automated testing and electronic measuring instrument that in this technology has undergone profound changes. Especially the U.S. company's innovative products NI graphical programming environment LabV1EW software have enabled virtual instrument technology for the industrial sector received, a

5、nd thus become the world's most advanced equipment technologies, has been widely used.In the virtual instrument trend of rapid growth, in the laboratory used by the three-vibration table, how the computer test software to collect, analyze, save the data were studied. The development of a compute

6、r, a piezoelectric acceleration sensor, data acquisition card as the hardware platform, National Instruments (NI) LabVIEW software developed for the vibration test software development platform.Keywords: Virtual Instruments ,LabVIEW ,signal test , platform hardware 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 目 錄前 言1第一章 緒 論21

7、.1 課題背景21.2 課題研究的目的和意義31.3 課題研究的任務(wù)和內(nèi)容31.4 電機(jī)振動(dòng)特性研究簡(jiǎn)介31.4.1 電機(jī)振動(dòng)產(chǎn)生的原因41.4.2 電機(jī)的振動(dòng)形式4第二章 虛擬儀器簡(jiǎn)介52.1 虛擬儀器52.1.1 虛擬儀器的定義52.1.2 虛擬儀器的組成52.1.3 虛擬儀器的分類(lèi)52.1.4 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較62.1.5 虛擬儀器的發(fā)展72.2 LabVIEW語(yǔ)言92.2.1 LabVIEW 語(yǔ)言的簡(jiǎn)述92.2.2 LabVIEW 語(yǔ)言的特點(diǎn)92.2.3 LabVIEW語(yǔ)言的應(yīng)用10第三章測(cè)試分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體方案123.1 平臺(tái)硬件介紹123.2 測(cè)試系統(tǒng)概念模型143.3

8、測(cè)試分析系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案153.3.1系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集模塊163.3.2數(shù)據(jù)文件的存儲(chǔ)模塊163.3.3數(shù)據(jù)文件的讀取模塊163.3.4振動(dòng)信號(hào)的分析與處理模塊16第四章 三向振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)信號(hào)測(cè)試184.1 測(cè)試系統(tǒng)功能驗(yàn)證184.1.1 數(shù)據(jù)采集與保存184.1.2 數(shù)據(jù)讀取、分析與處理194.2 實(shí)例分析20第五章 結(jié)論與建議275.1 結(jié)論275.2 進(jìn)一步研究建議27參考文獻(xiàn)28致 謝29附錄30I 前 言在現(xiàn)代的機(jī)械工業(yè)、工程中，振動(dòng)測(cè)試、信號(hào)處理、振動(dòng)分析是十分重要的環(huán)節(jié)。但是，在機(jī)械振動(dòng)測(cè)試中，所需的測(cè)試儀器很多，也很復(fù)雜，導(dǎo)致測(cè)試工作需要很多的人力和物力。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技

9、術(shù)的快速發(fā)展，自動(dòng)化測(cè)試與電子測(cè)量?jī)x器在這個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，也發(fā)生了很大的變化。尤其是近些年來(lái)，美國(guó)NI公司的創(chuàng)新產(chǎn)品LabV1EW軟件的出現(xiàn)，使虛擬儀器技術(shù)被工業(yè)界人士所接收，進(jìn)一步成為當(dāng)前國(guó)際上最先進(jìn)的儀器技術(shù)之一，并得到廣泛應(yīng)用。在虛擬儀器快速發(fā)展的趨勢(shì)下，本次論文對(duì)實(shí)驗(yàn)室中所用到的三向振動(dòng)臺(tái)，如何通過(guò)計(jì)算機(jī)測(cè)試軟件收集、分析、保存數(shù)據(jù)進(jìn)行了研究。同時(shí)，開(kāi)發(fā)了以計(jì)算機(jī)、壓電式加速度傳感器、電荷放大器、數(shù)據(jù)采集卡為硬件平臺(tái)、以美國(guó) NI公司開(kāi)發(fā)的LabVIEW軟件為開(kāi)發(fā)平臺(tái)的振動(dòng)測(cè)試軟件。采用圖形化的編程語(yǔ)言L(fǎng)abVIEW，我組建了這個(gè)振動(dòng)測(cè)試分析系統(tǒng)，減少了測(cè)試過(guò)程中的硬件設(shè)備，同樣實(shí)現(xiàn)了對(duì)振

10、動(dòng)信號(hào)的采集的目的。這不僅大大降低了硬件成本，而且為實(shí)驗(yàn)室教學(xué)提供了一種全新的手段?；谔摂M儀器技術(shù)的測(cè)試實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)，這可以幫助學(xué)生形象生動(dòng)的學(xué)習(xí)課本知識(shí)，將書(shū)本上的抽象理論具體的展現(xiàn)出來(lái)，有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率，同時(shí)也提高了教學(xué)質(zhì)量。 第一章 緒 論1.1 課題背景在現(xiàn)代工程技術(shù)領(lǐng)域，有很多振動(dòng)問(wèn)題。我們知道，在絕大多數(shù)場(chǎng)合，振動(dòng)都是有害的。電機(jī)是現(xiàn)代生產(chǎn)中的重要電氣設(shè)備，如果它產(chǎn)生故障，會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成特別大的影響。例如，它可能影響設(shè)備的正常工作、機(jī)械的加工精度，也可能導(dǎo)致機(jī)器零件的加速磨損，甚至導(dǎo)致機(jī)器急劇斷裂。因此，我們需要監(jiān)測(cè)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)，不斷提高的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)也

11、要求我們控制電機(jī)的噪聲。測(cè)試和分析電機(jī)的振動(dòng)，它為電機(jī)的故障診斷和電機(jī)的噪聲控制提供了途徑。因此，我們有必要建立一個(gè)電機(jī)振動(dòng)測(cè)試分析系統(tǒng)。 所謂的振動(dòng)測(cè)試與分析，就是利用現(xiàn)代的測(cè)試手段，對(duì)所研究的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)測(cè)試所得到的信號(hào)作進(jìn)一步的分析，以獲得在各種工作狀態(tài)下結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性，從而判斷出結(jié)構(gòu)的這種動(dòng)態(tài)特性是否符合設(shè)計(jì)的要求，為研究人員來(lái)驗(yàn)證理論和建立新的理論提供可靠的依據(jù)。隨著信號(hào)處理方法的發(fā)展，現(xiàn)代的信號(hào)處理技術(shù)，正在不斷應(yīng)用到電機(jī)振動(dòng)信號(hào)的處理方面，使得電機(jī)振動(dòng)分析越來(lái)越的精確。早前，以傅里葉變換為基礎(chǔ)的振動(dòng)功率譜密度、功率譜等，它們只適用于電機(jī)的平穩(wěn)振動(dòng)方面。短時(shí)傅里葉技術(shù)的出

12、現(xiàn)，使我們有可能測(cè)試并分析電機(jī)的轉(zhuǎn)速。這種短時(shí)傅里葉技術(shù)，也在一定程度上克服了傅里葉分析的缺陷，是振動(dòng)信號(hào)處理特別有效的工具。近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的獨(dú)立分量分析，它則為電機(jī)的內(nèi)部復(fù)雜的振動(dòng)源的分離以及電機(jī)故障診斷的特征提供了更加可靠的技術(shù)。另外，在計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的虛擬儀器得到了快速的發(fā)展。在很多情況下，傳統(tǒng)的振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，采用電子測(cè)量?jī)x器，它的特點(diǎn)是：靈活性較差、功能單一、專(zhuān)用，這極大地制約了振動(dòng)測(cè)試的范圍。相比于傳統(tǒng)儀器，虛擬儀器不僅用途多樣、功能強(qiáng)大，而且具有簡(jiǎn)化的圖形化編程語(yǔ)言以及友好的用戶(hù)界面。這個(gè)優(yōu)勢(shì)，不僅讓虛擬儀器受到很多用戶(hù)的歡迎，它也廣泛應(yīng)用在工程測(cè)試領(lǐng)域

13、。在不花費(fèi)大量資金購(gòu)買(mǎi)專(zhuān)用設(shè)備的情況下，虛擬儀器技術(shù)對(duì)電機(jī)振動(dòng)進(jìn)行了復(fù)雜的測(cè)試，使得運(yùn)用現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)處理電機(jī)信號(hào)成為了可能。41.2 課題研究的目的和意義在現(xiàn)在的機(jī)械工業(yè)和工程中，振動(dòng)測(cè)試分析是它的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)很多情況下采用電子測(cè)量?jī)x器，這類(lèi)儀器又多又復(fù)雜，它的特點(diǎn)是靈活性較差、功能單一而且專(zhuān)用，這極大地縮小了振動(dòng)測(cè)試的范圍?；谔摂M儀器技術(shù)建立的振動(dòng)測(cè)試分析系統(tǒng)，它不用花費(fèi)很多錢(qián)來(lái)購(gòu)買(mǎi)專(zhuān)用的設(shè)備，只要配傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、電荷放大器等硬件就能滿(mǎn)足振動(dòng)測(cè)試分析的需要。而且，虛擬儀器它不僅僅功能強(qiáng)大、用途多樣，還有友好的用戶(hù)界面和簡(jiǎn)單的圖形化編程語(yǔ)言，這讓程序員特別容易學(xué)習(xí)。

14、本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題，我利用LabVIEW軟件作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，依靠計(jì)算機(jī)對(duì)虛擬儀器面板進(jìn)行開(kāi)發(fā)。根據(jù)開(kāi)發(fā)出來(lái)的面板，只要使用鼠標(biāo)和鍵盤(pán)，就可以對(duì)采集到的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。這種操作和實(shí)際中的儀器操作，可以完全一致。同時(shí)，還可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)專(zhuān)項(xiàng)功能，沒(méi)有了復(fù)雜的操作，使得應(yīng)用非常的簡(jiǎn)單。 一臺(tái)計(jì)算機(jī)具有多臺(tái)儀器的功能，這使得實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備過(guò)程被簡(jiǎn)化了。由于這些功能是在計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的，而不是硬件元件，所以很多實(shí)驗(yàn)步驟也可以完全省略，這會(huì)大大減少師生在學(xué)習(xí)中的任務(wù)量，提高效率。另外，實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的功能可通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣就擺脫了功能固化的問(wèn)題。這樣可以節(jié)省很多的資金，是非常經(jīng)濟(jì)的。1.3 課題研究的任務(wù)

15、和內(nèi)容本課題是以三向振動(dòng)臺(tái)為研究對(duì)象，開(kāi)發(fā)基于LabVIEW平臺(tái)下計(jì)算機(jī)測(cè)試分析系統(tǒng)。主要的任務(wù)是：1、搭建由壓電式加速度傳感器、電荷放大器、數(shù)據(jù)采集裝置和PC機(jī)組成的三向振動(dòng)臺(tái)計(jì)算機(jī)測(cè)試分析系統(tǒng)的硬件平臺(tái)。2、開(kāi)發(fā)基于LabVIEW的振動(dòng)測(cè)試分析軟件，完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與讀取、信號(hào)顯示、信號(hào)分析與處理等功能，并提供相應(yīng)的軟件測(cè)試報(bào)告。1.4 電機(jī)振動(dòng)特性研究簡(jiǎn)介電機(jī)是現(xiàn)代化生產(chǎn)中重要的電器設(shè)備，如果電機(jī)發(fā)生故障，絕對(duì)會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成十分大的影響。因此，需要監(jiān)測(cè)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，有必要建立一個(gè)電機(jī)振動(dòng)測(cè)試分析系統(tǒng)。那電機(jī)的振動(dòng)原因、形式有哪些呢4 12，下面就進(jìn)行一下闡述。1.4.1 電機(jī)振動(dòng)產(chǎn)

16、生的原因電機(jī)是電能量的轉(zhuǎn)換裝置，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，它的振動(dòng)涉及到電機(jī)的各個(gè)部件。電機(jī)振動(dòng)特性研究涉及了到了很多方面，如能量轉(zhuǎn)換、電磁鐵，機(jī)械振動(dòng)。一般來(lái)說(shuō)，電機(jī)振動(dòng)產(chǎn)生的原因有：1、電磁力：電磁力作用于定子和轉(zhuǎn)子的氣隙之中，它的力波在氣隙中是脈動(dòng)或旋轉(zhuǎn)的。力的大小與電磁負(fù)荷、電機(jī)有效部分的一些結(jié)構(gòu)和計(jì)算參數(shù)有關(guān)。2、軸承：軸承產(chǎn)生的振動(dòng)的原因很多，比如軸承本身的制造情況、加工精度等。3、轉(zhuǎn)子的機(jī)械不平衡：轉(zhuǎn)子的不平衡能產(chǎn)生特別明顯的振動(dòng)。 1.4.2 電機(jī)的振動(dòng)形式1、電機(jī)定子繞組引起的振動(dòng)2、電機(jī)定子鐵心引起的振動(dòng)3、電機(jī)軸承引起的振動(dòng)4、電機(jī)轉(zhuǎn)子的扭轉(zhuǎn)引起的振動(dòng)5、電機(jī)轉(zhuǎn)子的彎曲引起的振動(dòng)6、電機(jī)

17、機(jī)座的引起的振動(dòng) 第二章 虛擬儀器簡(jiǎn)介2.1 虛擬儀器 2.1.1 虛擬儀器的定義虛擬儀器技術(shù)就是利用高性能的模塊化硬件，并結(jié)合高效、靈活的軟件來(lái)完成各種測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)化的應(yīng)用技術(shù)。自它問(wèn)世以來(lái)，世界各國(guó)的工程師和科學(xué)家，都已將虛擬儀器用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)中。這不僅改善了產(chǎn)品質(zhì)量、縮短了產(chǎn)品投放市場(chǎng)的時(shí)間，而且還提高了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)的效率。6 7 圖2-1 虛擬儀器2.1.2 虛擬儀器的組成虛擬儀器是由儀器硬件平臺(tái)（簡(jiǎn)稱(chēng)為硬件平臺(tái)）和應(yīng)用軟件兩大部分構(gòu)成的。硬件平臺(tái)則由計(jì)算機(jī)和I/O接口兩部分組成。計(jì)算機(jī)是虛擬儀器的核心設(shè)備，通過(guò)軟件進(jìn)行仿真可以實(shí)現(xiàn)儀器的功能。在傳統(tǒng)儀器中，硬件電路實(shí)現(xiàn)的

18、數(shù)據(jù)分析處理與顯示功能，在虛擬儀器中的話(huà)，由計(jì)算機(jī)來(lái)執(zhí)行。所以，計(jì)算機(jī)是其核心部分。當(dāng)計(jì)算機(jī)與I/O接口設(shè)備配置完畢后，虛擬儀器的硬件平臺(tái)就可以被確定了。在此之后，軟件就成為虛擬儀器的關(guān)鍵部分。2.1.3 虛擬儀器的分類(lèi)隨著微機(jī)的發(fā)展和采用總線(xiàn)方式的不同，虛擬儀器它可以分為五大種類(lèi)型：10 111、PC總線(xiàn)插卡型這種方式的虛擬儀器，借助于數(shù)據(jù)采集卡與專(zhuān)用的軟件，與軟件相結(jié)合。計(jì)算機(jī)的總線(xiàn)、機(jī)箱、電源及軟件得到了充分應(yīng)用。但是，它受到PC機(jī)機(jī)箱和總線(xiàn)限制，而且電源功率不足，機(jī)箱內(nèi)部噪聲的電平比較高，插槽數(shù)目不多、尺寸比較小，機(jī)箱內(nèi)無(wú)屏蔽。2、并行口式并行口的虛擬儀器是最新發(fā)展的，可連接到計(jì)算機(jī)的

19、測(cè)試裝置，它們把儀器硬件集成到一個(gè)采集盒里面。儀器軟件裝在計(jì)算機(jī)上面，一般可以完成各種測(cè)試的功能，可以組成數(shù)字存儲(chǔ)示波器、頻譜分析儀、任意波形發(fā)生器、邏輯分析、儀功率計(jì)、頻率計(jì)、數(shù)字萬(wàn)用表、數(shù)據(jù)記錄儀、數(shù)據(jù)采集器、程控穩(wěn)壓電源。3、GPIB總線(xiàn)方式GPIB技術(shù)是IEEE488標(biāo)準(zhǔn)的虛擬儀器發(fā)展的早期階段。它的出現(xiàn)，使電子測(cè)量從獨(dú)立的單臺(tái)手工操作，向大規(guī)模自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)方向發(fā)展。比較典型的GPIB系統(tǒng)，它由一臺(tái)PC機(jī)、一塊GPIB接口卡、若干臺(tái)GPIB形式的儀器通過(guò)GPIB電纜連接而成。GPIB技術(shù)可通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)對(duì)儀器進(jìn)行操作、控制，從而替代以前的人工操作方法。這可把特別多儀器組合在一起，自動(dòng)測(cè)量

20、的系統(tǒng)就形成了。GPIB結(jié)構(gòu)、命令十分的簡(jiǎn)單，它一般情況下應(yīng)用在臺(tái)式的儀器上，適用在精確度的要求比較高的地方。4、VXI總線(xiàn)方式VXI總線(xiàn)是高速計(jì)算機(jī)總線(xiàn)VME在虛擬儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展，它具有非常穩(wěn)定的電源，特別有力的冷卻能力和十分嚴(yán)格的RFI/EMI屏蔽功能。由于它具有標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)放、模塊可以重復(fù)利用、數(shù)據(jù)吞吐能力強(qiáng)、定時(shí)和同步精確、結(jié)構(gòu)緊湊等等優(yōu)點(diǎn)，得到了十分廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過(guò)許多年的發(fā)展，VXI系統(tǒng)的組建和使用越來(lái)越方便。但是，組建VXI總線(xiàn)要求有機(jī)箱、嵌入式控制器、零槽管理器，這使得它的造價(jià)很高。5、PXI總線(xiàn)方式PXI總線(xiàn)方式是在PCI總線(xiàn)內(nèi)部核技術(shù)中，增加了成熟的技術(shù)規(guī)范和要求，增加了多板同步

21、觸發(fā)總線(xiàn)，以使用在相鄰模塊的高速通訊中的局總線(xiàn)。因?yàn)镻XI具有8個(gè)擴(kuò)展槽，通過(guò)使用PCIPCI橋接器，可擴(kuò)展到256個(gè)擴(kuò)展槽，所以說(shuō)PXI的具有高度的可擴(kuò)展性。如果將臺(tái)式PC機(jī)的高性?xún)r(jià)比和PCI總線(xiàn)的高度擴(kuò)展性?xún)?yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，將形成很好的虛擬儀器平臺(tái)。2.1.4 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器存在著或多或少的區(qū)別。一般來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的儀器是獨(dú)立的一種裝置。從它的外觀(guān)上看，它有信號(hào)的輸入端口、檢測(cè)結(jié)果的輸出端口、操作面板三個(gè)部分。操作的面板上邊，一般有按鈕、開(kāi)關(guān)以及旋鈕等。檢測(cè)結(jié)果，它的輸出方式：圖形窗口數(shù)字、打印輸出等。功能方面來(lái)說(shuō)的話(huà)，傳統(tǒng)的儀器可以分成這些：信號(hào)的處理&分析、

22、信號(hào)的控制&采集、結(jié)果的輸出和表達(dá)這么三個(gè)部分。傳統(tǒng)得儀器功能，大多數(shù)是用硬件(或者是固化的軟件)那樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的。此樣底框架結(jié)構(gòu)使得它只能靠制造儀器的廠(chǎng)商來(lái)定義以及制造，且規(guī)格、功能一般是固定的，用戶(hù)根本無(wú)法根據(jù)自己的需要改變其結(jié)構(gòu)和功能。5那虛擬儀器又有什么特點(diǎn)呢？虛擬儀器是一種全新的測(cè)控儀器系統(tǒng)，它通過(guò)應(yīng)用程序?qū)⑼ㄓ?PC機(jī)與功能模塊硬件結(jié)合起來(lái)。用戶(hù)可以通過(guò)友好的圖形界面來(lái)操作計(jì)算機(jī)，完成對(duì)被測(cè)量數(shù)據(jù)的采集、顯示、分析、判斷、存儲(chǔ)等測(cè)試工作。2虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器兩者的比較，見(jiàn)表2-1。表 2-1 傳統(tǒng)儀器和虛擬儀器的對(duì)比傳統(tǒng)儀器虛擬儀器功能由儀器制造廠(chǎng)家定義功能由使用者自己來(lái)定義和

23、其它的儀器設(shè)備連接在一起非常地有限可以方便地和網(wǎng)絡(luò)外邊的設(shè)施以及許多種的儀器連接開(kāi)發(fā)和維護(hù)費(fèi)用高基于軟件體系的結(jié)構(gòu)，可節(jié)省開(kāi)發(fā)費(fèi)技術(shù)更新慢技術(shù)更新快硬件是關(guān)鍵部分軟件是關(guān)鍵部分價(jià)格昂貴價(jià)格低廉,僅是傳統(tǒng)儀器的五至十分之一系統(tǒng)封閉、功能固定、可擴(kuò)展性差基于計(jì)算機(jī)技術(shù)開(kāi)放的功能，模塊可構(gòu)成多種儀器數(shù)據(jù)無(wú)法編輯數(shù)據(jù)可編輯、存儲(chǔ)、打印圖形界面小，人工讀取數(shù)據(jù)、信息量小用戶(hù)界面圖形化,計(jì)算機(jī)可以直接讀取數(shù)據(jù)并分析處理數(shù)據(jù)2.1.5 虛擬儀器的發(fā)展從上世紀(jì)70年代，提出了智能儀器的概念，到提出虛擬儀器的思想，人們對(duì)測(cè)試儀器的功能設(shè)計(jì)和應(yīng)用的認(rèn)識(shí)，呈現(xiàn)出了不斷發(fā)展和深化的過(guò)程。虛擬儀器從概念的提出，到現(xiàn)在技

24、術(shù)的越來(lái)越成熟，體現(xiàn)出了計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)的革命。在虛擬儀器技術(shù)發(fā)展的過(guò)程中，有兩個(gè)十分突出的標(biāo)志，第一個(gè)是 VXI 總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的建立和推廣，第二個(gè)是圖形化編程語(yǔ)言的出現(xiàn)和發(fā)展。前者從儀器的硬件框架中，實(shí)現(xiàn)了分析與測(cè)量的儀器所必須要的總線(xiàn)結(jié)構(gòu)。后者則是從軟件編程方面，實(shí)現(xiàn)了面向工程師的圖形化編程方法，這兩種虛擬儀器一起形成了虛擬的儀器滴基礎(chǔ)規(guī)范。1、硬件發(fā)展傳統(tǒng)儀器具有可靠性、實(shí)時(shí)的處理能力，如果要確保虛擬儀器擁有這樣的功能，關(guān)鍵的一點(diǎn)是：傳輸?shù)臏y(cè)量數(shù)據(jù)的總線(xiàn)結(jié)構(gòu)。在這個(gè)虛擬儀器里面，它的分析處理功能是靠計(jì)算機(jī)來(lái)控制、完成，因此，接口和總線(xiàn)得速度以及可靠性是十分關(guān)鍵的。美國(guó)NI公司最新推出的

25、VXI 總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，讓用戶(hù)可跟儀器廠(chǎng)家一樣，從訪(fǎng)問(wèn)寄存器來(lái)設(shè)計(jì)和安排儀器的功能，這樣也使得用戶(hù)化儀器功能得以實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，采用普通的PC總線(xiàn)，特別是基于工業(yè)PCI總線(xiàn)的虛擬儀器也在不斷地發(fā)展。這類(lèi)虛擬儀器的出現(xiàn)，主要是面向工業(yè)控制，過(guò)程監(jiān)測(cè)及實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用方面。另外，發(fā)展很迅速的還有數(shù)據(jù)采集卡。具有很高的采樣率，高精度的DAQ 板已經(jīng)面世，抗混疊濾波器、A/D 轉(zhuǎn)換技術(shù)、信號(hào)調(diào)理技術(shù)、儀器放大器的快速發(fā)展使 DAQ 成為最具有吸引力的 VI 選件之一。這些精度高、性能優(yōu)越的先進(jìn)板卡，即是我們構(gòu)建測(cè)控系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)。2、軟件發(fā)展推動(dòng)虛擬儀器發(fā)展的因素，除了有硬件技術(shù)外，還有軟件技術(shù)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。在GPIB

26、這類(lèi)接口總線(xiàn)出現(xiàn)后，大家一直關(guān)心的問(wèn)題是：關(guān)于程序控制儀器的信息交換協(xié)議、句法格式以及共用命令的標(biāo)準(zhǔn)化的相關(guān)問(wèn)題。隨著虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展，用戶(hù)自己來(lái)開(kāi)發(fā)儀器驅(qū)動(dòng)器，已經(jīng)基本成為技術(shù)發(fā)展的客觀(guān)要求。以前，儀器廠(chǎng)家專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)儀器驅(qū)動(dòng)器，沒(méi)有一定的標(biāo)準(zhǔn)，這讓用戶(hù)用在儀器軟件上面的投資無(wú)法得到保護(hù)。為此，國(guó)際有關(guān)組織專(zhuān)門(mén)地制訂了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：VISA標(biāo)準(zhǔn)，這樣就建立了與跟許多儀器接口的總線(xiàn)不相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)I/O軟件，與 LabVIEW軟件等一些開(kāi)發(fā)環(huán)境比較先進(jìn)的軟件互相適應(yīng)。3 2.2 LabVIEW語(yǔ)言2.2.1 LabVIEW 語(yǔ)言的簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)室里面，虛擬儀器的集成環(huán)境的簡(jiǎn)稱(chēng)是LabVIEW，它是目前發(fā)展最快

27、、應(yīng)用最廣、功能最強(qiáng)大滴圖形化的軟件以及開(kāi)發(fā)集成的環(huán)境，得到了學(xué)術(shù)界、工業(yè)界的一致好評(píng)以及評(píng)認(rèn)可。它可以將相對(duì)比較繁瑣的語(yǔ)言編程方法簡(jiǎn)化，將它們變?yōu)橛貌藛位蚴怯脠D標(biāo)來(lái)提示，選擇功能，只用通過(guò)線(xiàn)條把各種各樣的功能(圖形)接起來(lái)，這方便了基本沒(méi)有編寫(xiě)程序經(jīng)驗(yàn)的使用者，進(jìn)行編程、糾錯(cuò)以及調(diào)試。LabVIEW是一種虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)軟件，它能以直觀(guān)簡(jiǎn)便的編程方式，為用戶(hù)構(gòu)筑自己在工程中所需要的儀器提供了方便。而且與其它計(jì)算機(jī)語(yǔ)言相比，LabVIEW有一個(gè)不同點(diǎn)：其它的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，大都采用基于文本的語(yǔ)言來(lái)產(chǎn)生代碼行，但是，LabVIEW 則采用圖形化的編程語(yǔ)言G 語(yǔ)言，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。因?yàn)椴挥萌ト?/p>

28、記住那些復(fù)雜、繁瑣的代碼，所以這個(gè)特別容易學(xué)習(xí)，適合于各類(lèi)人群，可幫他們?cè)诤芏虝r(shí)間里，掌握并應(yīng)用它。5LabVIEW 語(yǔ)言的的功能也十分強(qiáng)大。和其它的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言一個(gè)樣子，LabVIEW也是通用化的編寫(xiě)程序系統(tǒng)，它擁有功能厲害、種類(lèi)繁多的函數(shù)庫(kù)，這其中包括串行儀器的控制、數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)的顯示功能、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)功能以及網(wǎng)絡(luò)功能。除此之外，LabVIEW 語(yǔ)言，它還有十分完美的仿真、調(diào)試工具等功能。LabVIEW語(yǔ)言的動(dòng)態(tài)、連續(xù)的跟蹤方式，也可以連續(xù)、動(dòng)態(tài)地來(lái)觀(guān)察一下程序中里面的數(shù)據(jù)以及它的變化情況，這比其它語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)環(huán)境更加方便、更加有效。2.2.2 LabVIEW 語(yǔ)言的特點(diǎn)LabVI

29、EW環(huán)境中，開(kāi)發(fā)了好一些應(yīng)用的程序，它的文件名字都用 .VI 作為后綴,用此方法來(lái)表示，它是虛擬儀器的意思。一個(gè)VI，它有三部分組成的，這包括：圖標(biāo)的連接端口、數(shù)據(jù)的流框圖以及用戶(hù)的接口。同時(shí)，模塊化的編程方法也是其特點(diǎn)。用戶(hù)可以把一個(gè)復(fù)雜的應(yīng)用分解成為一系列簡(jiǎn)單的子任務(wù),為每個(gè)子任務(wù)建立子VI。最后，把這些子VI組合在一起，就完成了最后一步應(yīng)用程序。因?yàn)槊總€(gè)子VI可以單獨(dú)執(zhí)行，所以調(diào)試很容易。進(jìn)一步而論，許多低級(jí)子VI可以完成一些常用功能。因此，用戶(hù)可以開(kāi)發(fā)特定的子VI，以此來(lái)適用一般的應(yīng)用程序。LabVIEW的運(yùn)行機(jī)制，它帶有數(shù)據(jù)流的模式、圖形控制流的結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)流 得程序設(shè)計(jì)方法里面規(guī)定，

30、所有輸入都有效的時(shí)候才可以執(zhí)行。當(dāng)它的功能完成時(shí)，目標(biāo)才能輸出。這也就是說(shuō)，在這樣的數(shù)據(jù)流的程序概念中，程序執(zhí)行方式是以數(shù)據(jù)來(lái)驅(qū)動(dòng)的。它不受其他因素的影響。如果是這樣的話(huà)，被連接的功能的節(jié)點(diǎn)，它們中間的數(shù)據(jù)流，它執(zhí)行次序被控制，而不像文本程序那樣，它受到行執(zhí)行順序的約束。因此，我們可以用相互連接起來(lái)的功能節(jié)點(diǎn)，快速地開(kāi)發(fā)出應(yīng)用的程序，這樣還能實(shí)現(xiàn)很多數(shù)據(jù)通道，一起同步運(yùn)行這種功能。LabVIEW是美國(guó)NI公司推出的一種基于G語(yǔ)言的虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)工具。一個(gè)VI一共包括三個(gè)部分，第一個(gè)程序前面板、第二個(gè)框圖程序、第三個(gè)圖表/連接器。程序的前面板是用來(lái)觀(guān)察輸出的量、設(shè)置輸入的數(shù)值，以及模擬真實(shí)的儀

31、表。在程序的前面板上，輸入成為控制量，輸出量則被叫做顯示?？驁D程序則是和前面板相對(duì)應(yīng)的。我們用圖形化的語(yǔ)言，來(lái)編寫(xiě)框圖的程序，它可以理解成為源程序代碼。這種框圖程序的構(gòu)成是：連線(xiàn)、圖框、端口、以及節(jié)點(diǎn)。圖標(biāo)/連接器這個(gè)部分，它是用來(lái)調(diào)用子VI的接口。在其它的程序框圖中，圖標(biāo)是子VI被調(diào)用節(jié)點(diǎn)的一種表現(xiàn)形式。而連接器，它是表示著，節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)之中的輸入/輸出口，就像是函數(shù)的一種參數(shù)。操作者必須指定一種連接器端口以及要與前面板的控制、顯示保持一一的對(duì)應(yīng)關(guān)系。連接器一般情況下是隱含的，除非用戶(hù)自己選擇打開(kāi)它。2.2.3 LabVIEW語(yǔ)言的應(yīng)用LabVIEW語(yǔ)言應(yīng)用非常廣泛，具體有以下幾個(gè)方面：1、測(cè)試

32、測(cè)量：LabVIEW最初出現(xiàn)，就是為測(cè)試測(cè)量而設(shè)計(jì)的。因而LABVIEW最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域也就是測(cè)試測(cè)量。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，大多數(shù)主流的測(cè)試儀器、數(shù)據(jù)采集設(shè)備依然使用LabVIEW驅(qū)動(dòng)程序。2、仿真：LabVIEW尤其是適合進(jìn)行模擬、仿真、原型設(shè)計(jì)等工作，因?yàn)樗嗽S多數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)。3、控制：隨著虛擬儀器的發(fā)展，LabVIEW拓展至控制領(lǐng)域。LabVIEW語(yǔ)言它擁有著這種模塊LabVIEWDSC，專(zhuān)門(mén)用于控制領(lǐng)域。除這個(gè)之外，LabVIEW語(yǔ)言，它的驅(qū)動(dòng)程序還應(yīng)用在其他的方面，比如：工業(yè)控制的領(lǐng)域里面。當(dāng)我們使用LabVIEW語(yǔ)言的時(shí)候，可以很方便地編制出各種各樣的程序。4、跨平臺(tái)：同一個(gè)程序，

33、如果它需要運(yùn)行在須多的硬件設(shè)備上面，也可第一個(gè)考慮用LabVIEW語(yǔ)言。這是因?yàn)?，LabVIEW具有十分好的平臺(tái)的一致性。5、快速開(kāi)發(fā)：因?yàn)長(zhǎng)abVIEW采用的是圖形化的編程語(yǔ)言，所以在開(kāi)發(fā)大型應(yīng)用軟件時(shí)，熟練的LabVIEW程序員所需的開(kāi)發(fā)時(shí)間，大概只是熟練的C程序員所需要時(shí)間的1/5左右。第三章測(cè)試分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體方案3.1 平臺(tái)硬件介紹此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我做的是：三向振動(dòng)臺(tái)的計(jì)算機(jī)測(cè)試分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在做設(shè)計(jì)之前，必須選擇并搭建合理的硬件平臺(tái)。設(shè)計(jì)過(guò)程中，所用到的平臺(tái)硬件包括：三向振動(dòng)臺(tái)電氣控制箱、三向振動(dòng)臺(tái)、壓電式傳感器、積分電荷放大器、數(shù)據(jù)采集裝置、PC機(jī)。硬件平臺(tái)機(jī)構(gòu)圖如圖3-1。圖3

34、-1 硬件平臺(tái)機(jī)構(gòu)圖1、三向振動(dòng)臺(tái)電氣控制箱 ：控制三向振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)頻率和振動(dòng)時(shí)間。如圖3-2。圖 3-2 三向振動(dòng)臺(tái)電氣控制箱 2、三向振動(dòng)臺(tái)：收集其產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)，供設(shè)計(jì)的軟件進(jìn)行分析。如圖3-3。圖3-3 三向振動(dòng)臺(tái)3、壓電式傳感器：傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿(mǎn)足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。此實(shí)驗(yàn)的傳感器即是將采集到三向振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)信號(hào)變成電信號(hào)，供后面計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析。見(jiàn)圖3-4。圖3-4 壓電式傳感器 4、積分電荷放大器：電荷放大器是一

35、種具有電容反饋的高增益運(yùn)算放大器，如圖3-5所示。其輸出電壓與壓電加速度計(jì)兩端所產(chǎn)生的電荷成正比。電荷放大器的輸出電壓僅由壓電加速度計(jì)兩端所產(chǎn)生的電荷和反饋電容決定，而與壓電加速度計(jì)的固有電容和電纜及等效電容無(wú)關(guān)。本課題實(shí)驗(yàn)所采用的是CA-3型積分電荷放大器，與加速度傳感器是配套儀器。將振動(dòng)產(chǎn)生的電荷進(jìn)行運(yùn)算輸出對(duì)應(yīng)模擬電壓值。圖 3-5 積分電荷放大器電荷放大器配接YD-64型壓電加速度傳感器。將壓電加速度傳感器所測(cè)機(jī)械量轉(zhuǎn)變成與其成正比的電壓，將高輸出阻抗變?yōu)榈洼敵鲎杩?。并可通過(guò)儀器面板上檔位調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)所測(cè)物理量，如：加速度，速度，位移信號(hào)，根據(jù)所測(cè)信號(hào)的強(qiáng)弱可進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑鲆嬖O(shè)置，為后級(jí)

36、采集電路提供適合的輸入信號(hào)。 5、數(shù)據(jù)采集裝置：本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用較為普遍的NI公司的數(shù)據(jù)采集卡，該卡的型號(hào)為：NI USB-6008/6009。NI USB-6008/6009數(shù)據(jù)采集卡具有模擬輸入、模擬輸出、數(shù)字I/O和計(jì)數(shù)器/計(jì)時(shí)器功能。提供8個(gè)模擬輸入通道和2個(gè)模擬輸出通道，12個(gè)數(shù)字輸入/輸出通道和32位USB計(jì)數(shù)器。見(jiàn)圖3-6。6、PC機(jī)：利用計(jì)算機(jī)中的LabVIEW 軟件，編寫(xiě)相應(yīng)的測(cè)試程序，用來(lái)分析三向振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)數(shù)據(jù)。見(jiàn)圖3-7。圖3-6 數(shù)據(jù)采集裝置 圖3-7 PC機(jī)3.2 測(cè)試系統(tǒng)概念模型測(cè)試的過(guò)程就是獲得信號(hào)，最后提取所需信息的過(guò)程。通常，測(cè)試工作的過(guò)程包含許多不同功能的

37、環(huán)節(jié)，例如被測(cè)對(duì)象、信號(hào)的傳感與變換、傳輸與條理、分析與處理、顯示與記錄等。通常情況下講，測(cè)試系統(tǒng)主要有以下幾個(gè)過(guò)程所組成：整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的原理為：傳感器對(duì)振動(dòng)信號(hào)、加速度等被測(cè)物理量進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)將其轉(zhuǎn)換為電量，中間變換裝置用硬件電路，對(duì)電信號(hào)進(jìn)行分析以及處理?；蛘呤钱?dāng)信號(hào)經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換之后，一些軟件分析信號(hào)。用來(lái)顯示以及記錄的這種裝置，它則將測(cè)量出來(lái)的結(jié)果顯示，最后提供給一些觀(guān)察的人員，也提供給其它的一些控制之類(lèi)的裝置。51、被測(cè)量被測(cè)量即是信號(hào)，分為兩種：第一種電信號(hào)，第二種非電信號(hào)，如電信號(hào)電壓、電流，非電信號(hào)位移、加速度、溫度、濕度、頻率等。2、信號(hào)轉(zhuǎn)換信號(hào)轉(zhuǎn)換即是將采集到的各種信號(hào)測(cè)量

38、出來(lái)，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)(模擬電壓或電流)，主要包括信號(hào)變換器、傳感器以及各種顯示儀器。3、信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理就是將待測(cè)信號(hào)通過(guò)放大、濾波等操作轉(zhuǎn)換成采集設(shè)備能夠識(shí)別的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。因?yàn)橛行┕I(yè)信號(hào)，它是高壓，過(guò)流，浪涌等，系統(tǒng)不能正確識(shí)別它們，所以必須進(jìn)行信號(hào)調(diào)理。4、數(shù)據(jù)采集和控制數(shù)據(jù)采集(DAQ)，是指從傳感器或者其它待測(cè)設(shè)備的模擬和數(shù)字被測(cè)單元中，自動(dòng)采集非電量或者電量信號(hào)，采集完之后，送到上位機(jī)中進(jìn)行分析，并進(jìn)行處理。8 9 5、數(shù)據(jù)處理信號(hào)處理是指將模擬信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)，然后由計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)處理可分為以下三個(gè)步驟： (1)預(yù)處理：在信號(hào)分析前，對(duì)信號(hào)用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行的處理叫做預(yù)處理。包括

39、以下幾種方法：錯(cuò)點(diǎn)剔除、去趨勢(shì)項(xiàng)和數(shù)字濾波等。 (2)數(shù)據(jù)分析：這是該測(cè)試軟件的核心功能，主要是對(duì)預(yù)處理的信號(hào)進(jìn)行特性分析。 (3)結(jié)果顯示：顯示分析處理結(jié)果的數(shù)據(jù)和圖形。在顯示結(jié)果時(shí)，為了讀數(shù)或讀圖的方便，往往可以利用移動(dòng)光標(biāo)定位、選點(diǎn)、標(biāo)定參數(shù)、顯示等多種輔助功能，來(lái)幫助我們讀取結(jié)果。3.3 測(cè)試分析系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案分析三向振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)信號(hào)，我這次所用的軟件是美國(guó)NI公司的軟件LabVIEW。用LabVIEW軟件編寫(xiě)測(cè)試程序，關(guān)鍵就是選擇好前面板中的控件和編寫(xiě)好程序框圖中的程序。只要能保證這兩個(gè)不出錯(cuò)，那么三向振動(dòng)臺(tái)的數(shù)據(jù)就能順利的測(cè)試好。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我主要完成設(shè)計(jì)的工作是：系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集

40、模塊設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)文件的存儲(chǔ)與讀取模塊設(shè)計(jì)、振動(dòng)信號(hào)的分析與處理模塊設(shè)計(jì)。那么在搭建好相關(guān)的硬件平臺(tái)后，我就做出了這一次測(cè)試分析系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。3.3.1系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集模塊 在設(shè)計(jì)好采集模塊之后，即是達(dá)到采集三向振動(dòng)臺(tái)三個(gè)方向振動(dòng)數(shù)據(jù)的功能。所以，我在設(shè)計(jì)采集模塊前面板的時(shí)候，首先要選擇三個(gè)通道，分別對(duì)應(yīng)三向振動(dòng)臺(tái)的三個(gè)方向。同時(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)開(kāi)關(guān)按鈕，控制是否進(jìn)行采集數(shù)據(jù)。然后，對(duì)采集來(lái)的波形，要進(jìn)行保存。設(shè)計(jì)好前面板，程序框圖就要完成相應(yīng)的工作，達(dá)到相應(yīng)的功能。具體的前面板和程序框圖見(jiàn)附錄1。3.3.2數(shù)據(jù)文件的存儲(chǔ)模塊在設(shè)計(jì)好數(shù)據(jù)文件的存儲(chǔ)模塊后，要達(dá)到可以保存采集來(lái)的信號(hào)波形圖，同時(shí)還要保

41、存經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析和處理的數(shù)據(jù)。因?yàn)楸４婺K用到的比較多，所以可以把它做成子VI的格式，然后進(jìn)行調(diào)用，這樣比較方便，程序也比較簡(jiǎn)單。保存模塊的程序見(jiàn)附錄1。3.3.3數(shù)據(jù)文件的讀取模塊三向振動(dòng)臺(tái)的信號(hào)采集完之后，在對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行分析之前，首先要讀取這些信號(hào)，所以要設(shè)計(jì)一個(gè)讀取模塊。讀取模塊的前面板和程序框圖具體見(jiàn)附錄1 。3.3.4振動(dòng)信號(hào)的分析與處理模塊振動(dòng)信號(hào)的分析與處理模塊設(shè)計(jì)，主要完成的功能有：時(shí)域分析和頻域分析。具體見(jiàn)附錄1。1、時(shí)域分析時(shí)域分析主要是信號(hào)相關(guān)分析，包括自相關(guān)和互相關(guān)分析。當(dāng)兩個(gè)隨機(jī)變量之間具有某種關(guān)系時(shí)，隨著某個(gè)變量數(shù)值的確定，另一個(gè)卻可能取許多不同值，但取值有一定的概

42、率統(tǒng)計(jì)規(guī)律，這時(shí)稱(chēng)兩個(gè)隨機(jī)變量存在著相關(guān)關(guān)系。12、頻域分析頻域分析包括信號(hào)的幅頻譜、相頻譜、單邊傅里葉變換、雙邊傅里葉變換、自功率譜、互功率譜分析。在信號(hào)分析過(guò)程中，將組成信號(hào)的各頻率成分找出來(lái)，按序排列，得出信號(hào)的頻譜。若以頻率為橫坐標(biāo)、分別以幅值或相位為縱坐標(biāo)，便得到信號(hào)的幅頻譜、相頻譜。傅里葉變換，它是一種線(xiàn)性的積分變換。之所以用傅里葉的名字來(lái)命名，因?yàn)樗枷?，最早是由法?guó)的學(xué)者：約瑟夫·傅里葉提出來(lái)的。傅里葉變換，它可以將滿(mǎn)足條件的函數(shù)，用三角函數(shù)（正弦函數(shù)或著是余弦函數(shù)）來(lái)表示出來(lái)。或者是，我們將它們的積分，通過(guò)線(xiàn)性方法組合。傅里葉變換在不同的研究的領(lǐng)域，有不同的形式。此

43、次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，因?yàn)殡x散傅里葉變換計(jì)算過(guò)程比較繁瑣，所以我主要用的連續(xù)傅里葉變換（單邊和雙邊傅里葉變換），這個(gè)能比較快速而又方便的分析振動(dòng)信號(hào)的頻域特點(diǎn)。1功率譜是數(shù)字信號(hào)處理的主要內(nèi)容之一，主要研究信號(hào)在頻域中的各種特征，目的是根據(jù)有限數(shù)據(jù)在頻域內(nèi)提取被淹沒(méi)在噪聲中的有用信號(hào)。功率譜包括自功率譜和互功率譜。隨機(jī)信號(hào)的自功率譜密度函數(shù)（自譜）是該隨機(jī)信號(hào)自相關(guān)函數(shù)的傅立葉變換。互譜即是兩個(gè)隨機(jī)信號(hào)互相關(guān)函數(shù)的傅里葉變換。功率譜密度函數(shù)表示信號(hào)的功率密度沿頻率軸的分布。 第四章 三向振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)信號(hào)測(cè)試4.1 測(cè)試系統(tǒng)功能驗(yàn)證4.1.1 數(shù)據(jù)采集與保存本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的虛擬振動(dòng)測(cè)試分析系統(tǒng)，采用的

44、數(shù)據(jù)采集硬件為多通道的數(shù)據(jù)卡，可以同時(shí)對(duì)三個(gè)通道進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的采集。數(shù)據(jù)采集子VI主要完成對(duì)振動(dòng)信號(hào)從模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的高精度轉(zhuǎn)換，從而為后續(xù)的各種信號(hào)分析與處理提供可靠的原始數(shù)據(jù)。在進(jìn)行測(cè)試前，首先要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，包括采樣頻率的設(shè)定、采樣通道的選擇、以及連接方式的設(shè)定。采集的信號(hào)圖見(jiàn)圖4-1。圖4-1 信號(hào)采集1、設(shè)置采樣頻率。采樣頻率是信號(hào)處理的重要參數(shù)，所以為了使測(cè)試軟件具有通用性，采樣率都由用戶(hù)自己設(shè)置。2、選擇采樣通道和連接方式。由于是采集振動(dòng)臺(tái)三個(gè)方向的振動(dòng)信號(hào)，所以要選擇3個(gè)通道。3、設(shè)置振動(dòng)時(shí)間和頻率。這個(gè)通過(guò)電器控制箱來(lái)設(shè)置。4、開(kāi)始采樣。點(diǎn)擊開(kāi)始按鈕后，開(kāi)始采集振動(dòng)臺(tái)三

45、個(gè)方向的信號(hào)，可以看到波形圖上的波形會(huì)隨著時(shí)間而變化。5、保存。在按下保存數(shù)據(jù)按鈕后，采集的信號(hào)特征便可保存在指定的位置，以便以后進(jìn)行信號(hào)分析時(shí)使用。 6、波形圖有顯示，說(shuō)明采集模塊是沒(méi)有問(wèn)題的。同時(shí)，波形可以保存，說(shuō)明保存模塊也是正確的。 4.1.2 數(shù)據(jù)讀取、分析與處理在采集完三向振動(dòng)臺(tái)的信號(hào)后，開(kāi)始對(duì)采集來(lái)的信號(hào)進(jìn)行分析與處理，所用到的是我本次設(shè)計(jì)的信號(hào)分析部分。時(shí)域分析中的自相關(guān)和互相關(guān)波形圖見(jiàn)圖4-2。圖4-2 時(shí)域分析1、時(shí)域分析 讀取波形。單擊“讀取波形”按鈕，即可讀取已經(jīng)采集來(lái)的振動(dòng)信號(hào)。 時(shí)域分析。當(dāng)波形讀取進(jìn)來(lái)的時(shí)候，三個(gè)通道的自相關(guān)和互相關(guān)波形都會(huì)出現(xiàn)在對(duì)應(yīng)的波形圖中。

46、保存。數(shù)據(jù)時(shí)域分析好后，就將它進(jìn)行保存。2、頻域分析 讀取波形。單擊“讀取波形”按鈕，即可讀取已經(jīng)采集來(lái)的振動(dòng)信號(hào)。 頻域分析。當(dāng)波形讀取進(jìn)來(lái)的時(shí)候，三個(gè)振動(dòng)信號(hào)的幅頻譜、相頻譜、單邊傅里葉變換、自功率譜、互功率譜都會(huì)出現(xiàn)在對(duì)應(yīng)的波形圖中。 保存。數(shù)據(jù)時(shí)域分析好后，就將它進(jìn)行保存。 每一個(gè)波形圖顯示出來(lái)，說(shuō)明信號(hào)讀取、處理模塊也沒(méi)有問(wèn)題。具體的分析，見(jiàn)附錄2。4.2 實(shí)例分析下面通過(guò)對(duì)三向振動(dòng)臺(tái)的上下電機(jī)設(shè)置不同振動(dòng)頻率，來(lái)分析它的振動(dòng)情況。三向振動(dòng)臺(tái)的上電機(jī)振動(dòng)頻率是24 Hz，下電機(jī)振動(dòng)頻率是18Hz，采樣頻率是1000 Hz，采集方式是RSE。第一通道對(duì)應(yīng)三向振動(dòng)臺(tái)的Y方向，第二通道對(duì)應(yīng)

47、X方向，第三通道對(duì)應(yīng) Z通道。分為三種情況進(jìn)行分析。1、上電機(jī)單獨(dú)振動(dòng)。利用硬件平臺(tái)，采集了各個(gè)通道的波形圖。把各個(gè)通道的波形圖，分別在三個(gè)通道對(duì)應(yīng)的波形圖中顯示出來(lái)（見(jiàn)圖4-3），再把三個(gè)通道的波形圖顯示在一個(gè)波形圖中（見(jiàn)圖4-4）。這樣可以更直觀(guān)地看出三個(gè)通道波形圖的情況。同時(shí)，把三個(gè)通道的自功率譜的波形圖顯示出來(lái)（見(jiàn)圖4-5），以便分析。圖4-3 波形圖圖 4-4 波形圖圖4-5 自功率譜從兩幅波形圖中分析，當(dāng)只有上電機(jī)單獨(dú)振動(dòng)時(shí)，三向振動(dòng)臺(tái)的Y方向（第一通道）振動(dòng)最厲害，X方向振動(dòng)的幅度最小。這個(gè)跟三向振動(dòng)臺(tái)的固定方式以及上電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方式是一致的。在Y方向三向振動(dòng)臺(tái)沒(méi)有完全固定，X方向

48、是被固定住的，所以振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)臺(tái)的滑板容易向Y方向運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，電機(jī)是在Y方向上旋轉(zhuǎn)的。所以，上電機(jī)單獨(dú)振動(dòng)時(shí)，三向振動(dòng)臺(tái)的Y方向振幅最大，X方向振幅最小。在波形圖上 ，第一通道的波形圖幅值最大，第二通道的波形圖幅值最小。從自功率譜的波形圖上分析，三個(gè)通道的波形圖，尖峰都是對(duì)應(yīng)在一條線(xiàn)上的。這是因?yàn)橹挥猩想姍C(jī)單獨(dú)振動(dòng)，振動(dòng)頻率是一樣的。從橫坐標(biāo)的頻率上看，在誤差范圍內(nèi)，頻率都是 24的倍數(shù)。這是因?yàn)樯想姍C(jī)單獨(dú)振動(dòng)時(shí)，設(shè)置的振動(dòng)頻率是24Hz。所以振動(dòng)頻率的基頻是24 Hz，諧波的頻率就都是它的倍數(shù)。2、下電機(jī)單獨(dú)振動(dòng)。利用硬件平臺(tái)，采集了各個(gè)通道的波形圖。把各個(gè)通道的波形圖，分別在三個(gè)通道對(duì)應(yīng)的

49、波形圖中顯示出來(lái)（見(jiàn)圖4-6），再把三個(gè)通道的波形圖顯示在一個(gè)波形圖中（見(jiàn)圖4-7）。這樣可以更直觀(guān)地看出三個(gè)通道波形圖的情況。同時(shí)，把三個(gè)通道的自功率譜的波形圖顯示出來(lái)（見(jiàn)圖4-8），以便分析。 圖4-6 波形圖圖4-7 波形圖圖4-8 自功率譜從兩幅波形圖中分析，當(dāng)只有下電機(jī)單獨(dú)振動(dòng)時(shí)，三向振動(dòng)臺(tái)的Z方向（第三通道）振動(dòng)最厲害，Y方向和X方向振動(dòng)的幅度相差不多。這個(gè)跟三向振動(dòng)臺(tái)電機(jī)的固定情況也是一致的。下電機(jī)單獨(dú)振動(dòng)時(shí)，下電機(jī)對(duì)三向振動(dòng)臺(tái)的影響比較大。所以導(dǎo)致在Z方向，也就是豎直方向，振動(dòng)幅度比較大。從波形圖中也可以看出，Y和X方向波形圖上，有波峰異常的高。這并不是我設(shè)計(jì)的程序有問(wèn)題，而是

50、因?yàn)槿蛘駝?dòng)臺(tái)的上墊板在振動(dòng)時(shí)，遭到?jīng)_擊，相互有碰撞，所以導(dǎo)致在某個(gè)時(shí)刻或一個(gè)時(shí)間段內(nèi)，加速度特別大，所以振動(dòng)幅度比較大。從自功率譜的波形圖上分析，三個(gè)通道的波形圖，尖峰都是對(duì)應(yīng)在一條線(xiàn)上的。這是因?yàn)橹挥邢码姍C(jī)單獨(dú)振動(dòng)，振動(dòng)頻率是一樣的。從橫坐標(biāo)的頻率上看，在誤差范圍內(nèi)，頻率都是 18的倍數(shù)。這是因?yàn)橄码姍C(jī)單獨(dú)振動(dòng)時(shí)，設(shè)置的振動(dòng)頻率是18Hz。所以振動(dòng)頻率的基頻是18 Hz，諧波的頻率就都是它的倍數(shù)。3、上下電機(jī)同時(shí)振動(dòng)。利用硬件平臺(tái)，采集了各個(gè)通道的波形圖。把各個(gè)通道的波形圖，分別在三個(gè)通道對(duì)應(yīng)的波形圖中顯示出來(lái)（見(jiàn)圖4-9），再把三個(gè)通道的波形圖顯示在一個(gè)波形圖中（見(jiàn)圖4-10）。這樣可以

51、更直觀(guān)地看出三個(gè)通道波形圖的情況。同時(shí)，把三個(gè)通道的自功率譜的波形圖顯示出來(lái)（見(jiàn)圖4-11），以便分析。圖4-9 波形圖圖4-10 波形圖圖4-11 自功率譜從兩幅波形圖中看，在上下電機(jī)同時(shí)振動(dòng)時(shí)，三向振動(dòng)臺(tái)的Y方向振動(dòng)的最厲害，X和Z方向的振動(dòng)幅度相差不多。這是因?yàn)樯想姍C(jī)的振動(dòng)比下電機(jī)的振動(dòng)對(duì)三向振動(dòng)臺(tái)的影響大。這個(gè)結(jié)果跟實(shí)際情況是一致的。我把自功率譜的波形圖放大，這樣可以更直觀(guān)地觀(guān)察波形的特點(diǎn)。從圖上看，三個(gè)通道的波形還是對(duì)應(yīng)在一條豎線(xiàn)上，因?yàn)殡姍C(jī)是同一個(gè)，振動(dòng)頻率是一樣的。其次，從橫坐標(biāo)的頻率上看，頻率都是18和24的倍數(shù)（有些許誤差）。這是因?yàn)橛袃蓚€(gè)電機(jī)同時(shí)振動(dòng)，振動(dòng)頻率分別是18Hz

52、、24Hz。 第五章 結(jié)論與建議5.1 結(jié)論本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是要運(yùn)用LabVIEW軟件，設(shè)計(jì)一個(gè)程序，對(duì)三向振動(dòng)臺(tái)的信號(hào)進(jìn)行采集與分析。在這過(guò)程中，我翻閱了很多資料，最終設(shè)計(jì)出來(lái)的測(cè)試系統(tǒng)程序，達(dá)到了對(duì)振動(dòng)信號(hào)的采集、處理和分析、存儲(chǔ)與讀取的功能。該計(jì)算機(jī)測(cè)試分析系統(tǒng)具有如下幾個(gè)特點(diǎn)：1、測(cè)試系統(tǒng)，它用了虛擬儀器這種方法，極大地降低了設(shè)計(jì)的成本。測(cè)試系統(tǒng)所用的硬件平臺(tái)，采用 PC機(jī)為硬件核心。其次，采集信號(hào)用了數(shù)據(jù)采集卡、轉(zhuǎn)換設(shè)備等。USB這種接口方式，它有很多有點(diǎn)。它克服了許多缺點(diǎn)，有使用的方便、速度加快、連接靈活、獨(dú)立供電等優(yōu)點(diǎn)。2、測(cè)試系統(tǒng)的編寫(xiě)，采用了的圖形化編程語(yǔ)言L(fǎng)abVIEW，它以圖形化的框圖程序取代了傳統(tǒng)的文本格式代碼，使編程更為簡(jiǎn)單、方便。3