|
摘 要：介绍利用虚拟仪器技术构建的振动测试分析系统，论述了对振动加速度信号进行实时采集、处理和分析的软硬件实现。
关键词：虚拟仪器；振动测试；信号分析；LabVIEW Vibration Measurementand Analysis SystemBased on VirtualInstrument DINGYan－chuang，ZHAOWen－zhong (Dept．of Mechanical Engineering，Dalian Railway Institute，Dalian 116028，China)
Abstract：The methods of vibration measurementare introduced．Using VirtualInstrument(VI)technique，Vibration measurement and analysissystemis developed torealize vibration signalreal－time data acquisition，measurementand analysis，The hardware and softwareare discussedin detail．
Key words：virtualinstrument；vibration measurement；signal analysis；LabVIEW
1 虚拟振动测试分析系统的构成
虚拟振动测试分析系统由硬件和软件两部分组成，其结构如图1所示。系统硬件主要由9101压电式加速度传感器、DHF－10电荷放大器和PCI－6024E数据采集卡及计算机组成；系统软件采用LabVIEW编写，运行于win98/win2000系统下。 
9101压电式加速度传感器为通用型宽频带传感器，其电荷灵敏度为30PC/g(P：皮(10－12)，C：库仑(1A·s)，g：加速度(9．8m/s2))，频率范围为0．2～10kHz，谐振频率27kHz，可用于机械设备的振动测试。DHF－10电荷放大器用于传感器输出信号调理。PCI6024E为NI公司的PCI总线低价位数据信号采集卡，PCI总线传输速度快，数据转换率高，可完成16路单端输入或8路差分输入，12位分辨率，200kS/s采样率，最大输入范围±10V，提供与LabVIEW连接的驱动程序。
将采集卡与虚拟振动测试软件安装在一台运行win98/win2000的PC机上，再连接加速度传感器与信号调理单元，即构成一台功能强大的虚拟振动测试分析系统。
2 虚拟振动测试分析系统的软件设计
虚拟振动测试分析系统软件编程采用美国NI公司的LabVIEW软件，它是一种32位编译型图形化编程语言，使用数据流编程方法描述程序的执行，用图标和连线编写程序，其应用程序由三部分组成：前面板、框图程序和图标/连接器。虚拟振动测试分析系统的前面板如图2所示，主要分三部分；参数设置区、功能区和图形显示区。通过参数设置和相应按键可实现振动加速度信号的采集与分析。
软件设计流程图如图3所示，主要功能包括：数据采集、双路虚拟信号生成、图形显示、均值和方差计算、数字滤波、任一路信号的自相关分析、FFT分析、自谱分析、双路信号的互相关分析、互谱分析、理论帮助、数据存储、报告打印等。 
软件的各功能模块调用LabVIEW中相关的子VI，通过数据流的正确连接即可实现。如数据采集模块调用Data Acquisition功能块下的Anlog Input Utilities中的AIwaveformScan．vi子函数，即可以实时采集输入信号；数字滤波模块调用Functions\ DOWNSignal Processing\ DOWNFilters子模板中的多种数字滤波器；开关控制模块调用Functiions\ DOWNStructure子模板中的公式节点，采用C语言编程格式实现逻辑切换；信号分析模块分为时域分析和频域分析，时域分析包括自相关、互相关处理，分别调用函数子模板中的Auto Correlation和Cross Correlation两个VI，频域分析选用Functions\ DOWNSignal Processing\ DOWNFre－quency Domain子模块中的Auto Power Spectrum函数计算自功率谱、Cross Power Spectrum函数计算互功率谱、Real FFT实现FFT分析、Power＆Frequency Estimate VI估算出功率谱中的频率峰值，即共振频率；数据存储模块调用Functions\ DOWNFile I/O子模板中的write to spread－sheetfile函数，可将记录数据存为电子表格或ASCII文件；打印报告可将存储结果打印输出；帮助模块可提供振动测试分析的基本理论及本系统操作指导。
为了便于振动测试分析的实验室教学，本系统设计了虚拟振动信号发生器模块，该模块采用正弦波叠加白噪声模式，该子程序调用了Signal Generation中的sine wave．vi和UniformWhite Noise．vi，该功能通过前面板的数据采集一虚拟信号按钮进行转换。
参考文献
［1］［美］Robert H．Bishop著．LabVIEW6i实用数程［M］．北京：电子工业出版社，2003．
［2］刘君华．基于LabVIEW的虚拟仪器设计［M］．北京：电子工业出版社，2003．
［3］黄长艺，严普强．机械工程测试技术基础［M］．北京：机械工业出版社，2003．
() | 
