基于Labview的動(dòng)平衡測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、南 陽 理 工 學(xué) 院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 學(xué)院（系）： 機(jī) 電 工 程 系 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 生： * * * 指導(dǎo)教師： * * * 完成日期 2009 年 6 月 南陽理工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 labview 的動(dòng)平衡測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) design of dynamic balance testing system based on labview 總計(jì)：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）27 頁 表 格：2 個(gè) 插 圖：21 幅 基于 labview 的動(dòng)平衡測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 南南 陽陽 理理 工工 學(xué)學(xué) 院院 本本 科科 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計(jì)（論文）計(jì)（論文） 基于 lab

2、view 的動(dòng)平衡測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) design of dynamic balance testing system based on labview 學(xué) 院（系）： 機(jī)電工程系 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 生 姓 名： * 學(xué) 號(hào)： * 指 導(dǎo) 教 師（職稱）： *（講師） 評(píng) 閱 教 師： 完 成 日 期： 2009 年 6 月 南陽理工學(xué)院 nanyang institute of technology 基于 labview 的動(dòng)平衡測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 基于 labview 的動(dòng)平衡測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 郝朝增 摘 要 旋轉(zhuǎn)機(jī)械在制造和使用過程中,轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡測(cè)試很關(guān)鍵,

3、本文 的設(shè)計(jì)內(nèi)容主要是轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡測(cè)試系統(tǒng),該測(cè)試系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。 硬件部分由轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)、光電傳感器、電渦流傳感器、調(diào)速器、采集儀等組成, 軟件部分利用圖形化編程軟件labview編寫相應(yīng)的程序?qū)崿F(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)的顯示功能。 用虛擬儀器實(shí)現(xiàn)的動(dòng)平衡測(cè)量，提高了測(cè)試精度,降低了成本，縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間， 同時(shí)也方便儀器的進(jìn)一步設(shè)計(jì)和改進(jìn)。 關(guān)鍵詞 動(dòng)平衡；虛擬儀器；圖形化編程；轉(zhuǎn)子； design of dynamic balance testing system based on labview mechanical design ,manufacturing and automation

4、major hao chao-zeng abstract：rotor dynamic balancing test of rotating machinery is qiute important during the process of manufacturing and using, the main content of this paper is the design of the rotor dynamic balance test system, this system is consist of hardware component and software component

5、. the hardware component includs the rotor test-bed , photoelectric sensors, eddy current sensors, governor,acquisition card etc. the software component could achieve the display function of the test system through the programs prepared by the graphical programming software of labview. using virtual

6、 instrument to achieve dynamic balance measurement, improve the test accuracy, reduce the cost and shorten the time using in design, at the same time this system facilitats the further design and improvement of the test instruments. key words：balancing; virtual instrument; graphical programming; rot

7、or; 基于 labview 的動(dòng)平衡測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 目目 錄錄 1 動(dòng)平衡概述及虛擬儀器介紹.1 1.1 不平衡原因 .1 1.2 平衡原理 .1 1.3 動(dòng)平衡技術(shù)發(fā)展 .1 1.4 動(dòng)平衡測(cè)試技術(shù)分析 .2 1.4.1 振動(dòng)測(cè)試 .2 1.4.2 基準(zhǔn)信號(hào)的獲取 .2 1.5 信號(hào)的預(yù)處理 .3 1.6 虛擬儀器介紹 .4 1.7 labview的特點(diǎn) .4 2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì).5 2.1 系統(tǒng)要求 .5 2.2 系統(tǒng)要素的配置 .5 2.2.1 計(jì)算機(jī)的選擇 .5 2.2.2 試驗(yàn)儀器配置 .6 2.2.3 傳感器及其信號(hào)預(yù)處理裝置的配置 .6 2.2.4 預(yù)處理部分 .7 2.2.5 a

8、/d 轉(zhuǎn)換設(shè)備.7 2.3 虛擬儀器軟件平臺(tái) .7 2.3.1 信號(hào)獲取層 .7 2.3.2 信號(hào)分析層 .8 2.3.3 測(cè)試管理層 .8 2.4 系統(tǒng)總體機(jī)構(gòu) .8 2.5 單校正面動(dòng)平衡 .9 3 硬件設(shè)計(jì).9 4 信號(hào)的處理與分析.11 4.1 信號(hào)的分析計(jì)算 .11 4.1.1 基準(zhǔn)信號(hào) .11 4.1.2 振動(dòng)信號(hào) .11 基于 labview 的動(dòng)平衡測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4.2 信號(hào)基頻分析 .12 4.2.1 相關(guān)函數(shù) .12 4.3 幅值相位的求法 .12 4.4 轉(zhuǎn)速計(jì)算 .14 5 虛擬儀器軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì).15 5.1 虛擬儀器概述 .16 5.2 虛擬儀器面板設(shè)計(jì) .17 5.

9、2.1 動(dòng)平衡測(cè)試前面板設(shè)計(jì) .17 5.2.2 動(dòng)平衡測(cè)試程序板設(shè)計(jì) .17 5.3 數(shù)據(jù)采集程序的設(shè)計(jì) .19 5.4 數(shù)據(jù)計(jì)算程序設(shè)計(jì) .21 5.4.1 計(jì)算子程序 .22 5.5 波形顯示程序設(shè)計(jì) .23 5.6 測(cè)量調(diào)試 .23 結(jié)束語.25 參考文獻(xiàn).26 致謝.27 基于 labview 的動(dòng)平衡測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 1 動(dòng)平衡概述及虛擬儀器介紹 1.1 不平衡原因 不平衡，是由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量分布不均，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力所引起的振動(dòng)或 運(yùn)動(dòng)作用于軸承時(shí)，該轉(zhuǎn)子所處的狀態(tài)。不平衡包括軸向和徑向兩個(gè)方向的質(zhì) 量分部不均。 1.2 平衡原理 剛性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡原理是在轉(zhuǎn)子上加配重，使配種產(chǎn)生的

10、離心力與轉(zhuǎn)子原 有的平衡量產(chǎn)生的離心力抵消；或者是找出轉(zhuǎn)子不平衡量位置和大小，再在該 位置去掉不平衡量，使原不平衡的離心力等于零。 平衡是根據(jù)轉(zhuǎn)子一支承系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性，并通過測(cè)量轉(zhuǎn)子一支承系統(tǒng)有 關(guān)測(cè)點(diǎn)振動(dòng)與轉(zhuǎn)速同頻分量的幅值大小和相位信息來判斷不平衡的大小和位置。 平衡的具體目標(biāo)是減少轉(zhuǎn)子的撓曲、減少機(jī)器的振動(dòng)以及減少軸承動(dòng)反力。這 三個(gè)目標(biāo)有時(shí)是一致的，有時(shí)是矛盾的，但它們必須統(tǒng)一于平衡的最終目標(biāo):保 證機(jī)器平穩(wěn)、安全、可靠地運(yùn)行。 1.3 動(dòng)平衡技術(shù)發(fā)展 平衡技術(shù)是隨著旋轉(zhuǎn)機(jī)械的發(fā)展而發(fā)展起來的，并且隨著機(jī)器工作轉(zhuǎn)速的 不斷提高，對(duì)平衡的要求也日益嚴(yán)格。 在旋轉(zhuǎn)機(jī)械發(fā)展初期，由于機(jī)器的

11、工作轉(zhuǎn)速低，對(duì)平衡精度要求不高，只 需對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行靜平衡即可。隨著機(jī)器工作轉(zhuǎn)速的不斷提高，靜平衡己不再適應(yīng) 工業(yè)發(fā)展的需要，動(dòng)平衡技術(shù)在此時(shí)開始產(chǎn)生、發(fā)展并日益成熟起來。 到目前為止，動(dòng)平衡技術(shù)大致可分為三類:工藝平衡法，現(xiàn)場(chǎng)整機(jī)動(dòng)平衡法 及自動(dòng)在線平衡法。前兩種方法均限于不平衡量不經(jīng)常變化的轉(zhuǎn)子，后一種方 法則針對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)隨時(shí)可能發(fā)生不平衡狀況變化的轉(zhuǎn)子。 工藝平衡法;是指在機(jī)器安裝前將轉(zhuǎn)子放在專用的動(dòng)平衡機(jī)上進(jìn)行平衡，然 后再將轉(zhuǎn)子安裝在整機(jī)上，該法特別適于對(duì)生產(chǎn)過程中的旋轉(zhuǎn)機(jī)械零件做單體 平衡。雖然隨著科技的發(fā)展，動(dòng)平衡機(jī)的功能日益多樣，結(jié)構(gòu)更加完善，在動(dòng) 平衡領(lǐng)域發(fā)揮著相當(dāng)重要的作用，但是

12、該方法有其固有的局限性，即它不能解 決在裝配中產(chǎn)生的新不平衡。為了解決這一問題，人們開始研究整機(jī)動(dòng)平衡技 術(shù) 基于 labview 的動(dòng)平衡測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 所謂整機(jī)動(dòng)平衡技術(shù)就是在工作轉(zhuǎn)速下直接對(duì)裝在整機(jī)上的轉(zhuǎn)子進(jìn)行平衡， 由于不需要?jiǎng)悠胶鈾C(jī)，只需一套價(jià)格低廉的測(cè)試系統(tǒng)，因而較為經(jīng)濟(jì)。早在20 世紀(jì)50年代，就有人對(duì)撓性轉(zhuǎn)子的整機(jī)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡做過嘗試，當(dāng)時(shí)由于電測(cè)水 平低，平衡效果不令人滿意。到了80年代，電測(cè)技術(shù)有了較大的發(fā)展，這給整 機(jī)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡技術(shù)的研究和應(yīng)用提供了有利條件。1980年日本的明日和彥提出 現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡法的概論。由于此法不需要昂貴的動(dòng)平衡機(jī)等設(shè)備，并能達(dá)到較高 的平衡精度，從

13、而引起了人們的重視。1988年王漢英在其著作概中對(duì)現(xiàn)場(chǎng)平衡 作了較為詳盡的論述。差不多在同一時(shí)期，浙江大學(xué)化機(jī)研究所在周保堂教授 帶領(lǐng)下成功的發(fā)明了碟式分離機(jī)的整機(jī)動(dòng)平衡技術(shù)，并獲得了國家發(fā)明獎(jiǎng)。由 于此技術(shù)己推廣應(yīng)用于風(fēng)機(jī)和各類離心機(jī)以及其他旋轉(zhuǎn)機(jī)械，產(chǎn)生了十分明顯 的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，而成為國家“八五”科技成果重點(diǎn)推廣項(xiàng)目。目前，整機(jī) 平衡技術(shù)在我國工業(yè)生產(chǎn)中已得到了越來越廣泛的應(yīng)用。 1.4 動(dòng)平衡測(cè)試技術(shù)分析 動(dòng)平衡測(cè)試技術(shù)主要指通過轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)信號(hào)峰值與相位，從而獲取轉(zhuǎn) 子系統(tǒng)不平衡量的大小和相位信息的技術(shù)。不平衡量的大小和相位只有振動(dòng)信 號(hào)是無法取得，振動(dòng)信號(hào)分析處理的最基本和最重

14、要的內(nèi)容，就是檢測(cè)出基頻 信號(hào)，并準(zhǔn)確的測(cè)定其幅值與相位?；l檢測(cè)的重要性是因?yàn)樾D(zhuǎn)機(jī)械的許多 振動(dòng)問題研究都是與基頻有關(guān)。由質(zhì)量不平衡引起的振動(dòng)是基頻振動(dòng)。因此， 在進(jìn)行不平衡量的研究時(shí)，要準(zhǔn)確的測(cè)定基頻的幅值與相位。通過基準(zhǔn)信號(hào)與 振動(dòng)信號(hào)的相關(guān)用算最終得到不平衡的大小和相位。如圖1-1所示 1.4.1 振動(dòng)測(cè)試 利用振動(dòng)測(cè)量傳感器可以把被測(cè)對(duì)象的機(jī)械振動(dòng)量(位移、速度、加速度) 轉(zhuǎn)換為與之相對(duì)應(yīng)的電量(如電流、電壓、電荷)。按所選坐標(biāo)系的不同，振動(dòng) 測(cè)量傳感器可分為相對(duì)式和絕對(duì)式兩大類。相對(duì)式傳感器測(cè)出的是被測(cè)對(duì)象相 對(duì)于某一參考系的運(yùn)動(dòng)。絕對(duì)式測(cè)振傳感器本身緊固于被測(cè)對(duì)象上，并與之一

15、起振動(dòng)，從而測(cè)得的是絕對(duì)振動(dòng)。目前，應(yīng)用于振動(dòng)測(cè)量的傳感器有磁電式速 度傳感器、壓電式加速度傳感器、電渦流式位移傳感器等幾種。本課題選用電 渦流是傳感器 對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。 1.4.2 基準(zhǔn)信號(hào)的獲取 旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)測(cè)量中，經(jīng)常為測(cè)量轉(zhuǎn)速及求取振動(dòng)信號(hào)的相位而需要在 設(shè)置一個(gè)基準(zhǔn)，使得轉(zhuǎn)軸在旋轉(zhuǎn)一周中能得到一個(gè)基準(zhǔn)脈沖信號(hào)。常用的基準(zhǔn) 基于 labview 的動(dòng)平衡測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 捕獲方法有兩種:其一，在轉(zhuǎn)軸上貼一片薄鐵片，利用電渦流傳感器感應(yīng)出電脈 沖; 圖1-1動(dòng)平衡測(cè)試簡圖 其二，在轉(zhuǎn)軸上貼反光材料，利用光電傳感器感應(yīng)出電脈沖，如圖1-2所示。本 課題利用第二種方法得到基準(zhǔn)信號(hào)。為了

16、減少增加轉(zhuǎn)軸的不平衡量，操作相對(duì) 方便。 圖 1-2 反射式光電傳感器測(cè)試圖 1.5 信號(hào)的預(yù)處理 從傳感器得到的信號(hào)，有些為電荷量，有些為頻率變化量，因此必須經(jīng)過 轉(zhuǎn)換電路將它們轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，然后進(jìn)行后續(xù)處理。這主要由傳感器自己的 前置處理器來完成。轉(zhuǎn)換電路根據(jù)被轉(zhuǎn)換量的不同，有許多種形式，如高頻振 蕩器、鑒頻鑒相器、電荷放大器、積分器、電流一電壓轉(zhuǎn)換器及頻率一電壓轉(zhuǎn) 換器等。同時(shí)輸入的信號(hào)有強(qiáng)有弱，還需要一放大電路來控制輸入到下一級(jí)處 理的信號(hào)的幅度。一般振動(dòng)信號(hào)的放大由集成運(yùn)放組成的線性放大器來實(shí)現(xiàn)。 再者，由振動(dòng)傳感器得到的信號(hào)包含著多種頻率成分，對(duì)于動(dòng)平衡測(cè)量，僅需 要工頻信號(hào)，故

17、應(yīng) 測(cè)振傳感器測(cè)量預(yù)處理信號(hào)分析 測(cè)基頻傳感器測(cè)量預(yù)處理信號(hào)分析 結(jié)果處理 基于 labview 的動(dòng)平衡測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 將其它頻率的信號(hào)濾除。一般采用帶通濾波電路實(shí)現(xiàn)，其可由運(yùn)放、電容、 電阻組成。也可由專用的帶通濾波集成芯片組成。這些電量轉(zhuǎn)換、放大及濾波 等電路構(gòu)成了信號(hào)的預(yù)處理電路。 1.6 虛擬儀器介紹 labview(laboratory virtual instrument engineering workbench，實(shí)驗(yàn) 實(shí)虛擬儀器工作平臺(tái))使美國國家儀器（ni）公司開發(fā)的一種基于g語 （graphical programming language）的可視化開發(fā)平臺(tái) labvi

18、ew是為代替常規(guī)的basic，c等語言設(shè)計(jì)的，除了編程方式不同以外， 具有語言的所有特性，所以，labview不僅僅是一個(gè)功能比較完整的軟件開發(fā)環(huán) 境，而是一種真正的編程語言，由于其獨(dú)特的圖形化編程方式，所以又被稱為g 語言。 labview的編程環(huán)境包括兩個(gè)面板，圖中左面的是前面板，用于編制虛擬儀 器的軟面板;右邊的為功能面板，用于編寫圖形化的g語言程序源代碼。與c/c+ 等傳統(tǒng)的文件式編程不同，labview的g語言是把繁瑣、費(fèi)時(shí)的代碼編寫輸入， 簡化為使用菜單圖標(biāo)提示的方法選擇功能，并用線條把各種功能連接起來的簡 單圖形編程方式。比如，要進(jìn)行fft運(yùn)算，只需從函數(shù)庫中，調(diào)出fft子vl

19、(相 當(dāng)于c語言的子程序)模塊，然后用連接線把輸入控制和輸出顯示的控件連接起 來即可。降低了對(duì)編程者經(jīng)驗(yàn)和熟練程度的要求，易于學(xué)習(xí)和使用，大大提高 了編程效率，被譽(yù)為“工程師和科學(xué)家的語言” 1.7 labview的優(yōu)點(diǎn) labview軟件的特點(diǎn)可以歸納為以下幾點(diǎn)： 1）圖形化的儀器編程環(huán)境： 使用“所見即所得”的可視化技術(shù)建立人機(jī)界面，針對(duì)測(cè)試、測(cè)量，以及 過程控制等領(lǐng)域，比labview提供了面板上所必需的許多顯示和控制對(duì)象，具有 與實(shí)際儀器相似的旋鈕、開關(guān)、指示燈、圖表等。用戶還可以方便的將現(xiàn)有控 制對(duì)象改成自己需要的形式。 2）內(nèi)置的程序編譯器： labview采用編譯方式運(yùn)行23位應(yīng)

20、用程序，解決了其它按解釋方式工作 的圖形編譯平臺(tái)速度慢的問題，其速度與c語言的編譯速度相當(dāng)。 3）并行機(jī)制： labview 運(yùn)行機(jī)制是一種帶有圖形控制流結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)流模式，程序框架從 宏觀上講是一種多任務(wù)并行機(jī)制，而不是c等傳統(tǒng)語言的順序結(jié)構(gòu)。 基于 labview 的動(dòng)平衡測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 4）靈活的程序調(diào)試手段： 用戶可以在源代碼中設(shè)置斷點(diǎn)、單步執(zhí)行代碼，在代碼的數(shù)據(jù)流上設(shè)置 探針，在程序運(yùn)行中觀察數(shù)據(jù)流的變化。 5）功能強(qiáng)大的函數(shù)庫： labview 提供了大量現(xiàn)成函數(shù)供用戶直接調(diào)用，從底層vxl、gpbi、串口 及數(shù)據(jù)采集板的控制子程序到大量的儀器驅(qū)動(dòng)程序，從基本功能函數(shù)到高 級(jí) 分析

21、庫，覆蓋了儀器設(shè)計(jì)中幾乎所有需要的函數(shù)。 6）支持多種系統(tǒng)平臺(tái)： labview 提供了dll接口和cin接口，使用戶在labview平臺(tái)上能調(diào)用其 它軟件平臺(tái)編譯的模塊，提供對(duì)ole的支持。 7）網(wǎng)絡(luò)功能： labview 支持tcp/ip，dde，iac等功能. 2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 2.1 系統(tǒng)要求 隨著旋轉(zhuǎn)機(jī)械和測(cè)試儀器技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，動(dòng)平衡校核對(duì)于測(cè)試儀器的 要求有了新的提高。 采樣要求: 根據(jù)奈奎斯特采樣定理,為不至于產(chǎn)生波形失真，采樣頻率應(yīng)該至少是信號(hào) 的最高頻率的兩倍。而在動(dòng)平衡測(cè)試中，為了保證基準(zhǔn)信號(hào)的完整性和相位的 準(zhǔn)確性，兩倍是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的 。一般情況下本文要求每周期采集點(diǎn)數(shù)

22、不少于150 點(diǎn)，因此，對(duì)于轉(zhuǎn)速在0-10000轉(zhuǎn)i分的轉(zhuǎn)子及回轉(zhuǎn)機(jī)械，即采樣頻率在0-25khz 以上。 精度要求: 對(duì)于動(dòng)平衡測(cè)試來說要保證測(cè)試的準(zhǔn)確性,盡量減少測(cè)試誤差,系統(tǒng)穩(wěn)定性 好. 界面友好，操作簡便: 為適應(yīng)新的要求，本文開發(fā)的基于虛擬儀器的動(dòng)平衡儀器，力求做到精度 更高，操作更容易，界面更友好，攜帶更方便，外性更美觀。本測(cè)試系統(tǒng)的軟 件功能模塊主要對(duì)振動(dòng)的幅值、相位差、和轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)試。 振動(dòng)的檢測(cè)與分析： 基于 labview 的動(dòng)平衡測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 振動(dòng)的檢測(cè)與分析，包括各種時(shí)域，頻域，功率譜，倍頻等分析，只有機(jī) 械故障診斷分析等功能。 2.2 系統(tǒng)要素的配置 2.2.1

23、計(jì)算機(jī)的選擇 便攜式的筆記本電腦一臺(tái)用于檢測(cè)與軟件設(shè)計(jì)。 2.2.2 試驗(yàn)儀器配置 采用inv1612型多功能柔性轉(zhuǎn)子試驗(yàn)系統(tǒng)主要有兩部分組成，系統(tǒng)組成如圖 2-1所示： 1. inv1612t型多功能柔性轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺(tái)及各種振動(dòng)傳感器 2. inv306u型采集分析系統(tǒng) 此外還選擇了inv多功能慮波放大器，對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波和放大處理，獲得更 好效果。 圖2-1 inv1612型多功能柔性轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺(tái) 2.2.32.2.3 傳感器及其信號(hào)預(yù)處理裝置的配置 測(cè)振傳感器 應(yīng)用于振動(dòng)測(cè)量的傳感器有多種，本文主要使用以下傳感器。 電渦流式位移傳感器 這種傳感器精度高，屬非接觸式，需要前置預(yù)處理裝置和電源。盡管

24、電渦 流傳感器的電路復(fù)雜、成本較高，但是由于它在測(cè)量時(shí)不必接觸被測(cè)物體，因 此近年來在回轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)參數(shù)的測(cè)量中得到越來越廣泛的應(yīng)用，如碟式分離機(jī) 振動(dòng)信號(hào)的獲取即采用此傳感器。 基準(zhǔn)信號(hào)的捕獲 本課題中采用在轉(zhuǎn)軸上貼反光材料，利用光電傳感器感應(yīng)出電脈沖，來獲 取基準(zhǔn)信號(hào)的方法 傳感器的安放和轉(zhuǎn)速的選擇 基于 labview 的動(dòng)平衡測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 整機(jī)動(dòng)平衡的一個(gè)很重要的問題是測(cè)點(diǎn)的選擇，通常為了達(dá)到最佳的整機(jī) 平衡效果，將測(cè)點(diǎn)選擇在能準(zhǔn)確和靈敏的反映轉(zhuǎn)子不平衡引起振動(dòng)的那些位置。 由于轉(zhuǎn)子不平衡產(chǎn)生的離心慣性力和慣性力矩，首先傳到軸承上，再通過軸承 傳到機(jī)身上，故一般測(cè)振點(diǎn)大多選擇在軸承的

25、位置，當(dāng)在軸承處測(cè)振發(fā)生困難 或由于其他原因不能在軸承處測(cè)量時(shí)，選擇接近軸承的位置. 由于測(cè)得的振動(dòng)值與轉(zhuǎn)速有關(guān)，特別是在臨界轉(zhuǎn)速附近，轉(zhuǎn)速的微小變動(dòng)， 不但會(huì)明顯的影響所測(cè)振幅的大小，還會(huì)影響所測(cè)得的相位，所以不宜在臨界 轉(zhuǎn)速附近進(jìn)行。為了獲得準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果，通常希望將平衡轉(zhuǎn)速選擇在振幅和 相位都比較穩(wěn)定的那個(gè)狀態(tài)。 2.2.4 預(yù)處理部分 傳感器得到的信號(hào)，有些為電荷量，有些為頻率變化量，因此必須經(jīng)過轉(zhuǎn) 換電路將它們轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，然后進(jìn)行后續(xù)處理。這主要由傳感器自己的前 置處理器來完成。轉(zhuǎn)換電路根據(jù)被轉(zhuǎn)換量的不同，有許多種形式，如高頻振蕩 器、鑒頻鑒相器、電荷放大器、積分器、電流一電壓轉(zhuǎn)

26、換器及頻率一電壓轉(zhuǎn)換 器等。同時(shí)輸入的信號(hào)有強(qiáng)有弱，還需要一放大電路來控制輸入到下一級(jí)處理 的信號(hào)的幅度。一般振動(dòng)信號(hào)的放大由集成運(yùn)放組成的線性放大器來實(shí)現(xiàn)。再 者，由振動(dòng)傳感器得到的信號(hào)包含著多種頻率成分，對(duì)于動(dòng)平衡測(cè)量，僅需要 工頻信號(hào)，故應(yīng)將其它頻率的信號(hào)濾除。一般采用帶通濾波電路實(shí)現(xiàn)，其可由 運(yùn)放、電容、電阻組成。也可由專用的帶通濾波集成芯片組成。這些電量轉(zhuǎn)換、 放大及濾波等電路構(gòu)成了信號(hào)的預(yù)處理電路。 2.2.5 a/d轉(zhuǎn)換設(shè)備 ad轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，送入虛擬儀器軟件包進(jìn)行分析 處理，顯示出不平衡量的大小和相位。 2.3 虛擬儀器軟件平臺(tái) 有了必要的硬件之后，虛擬儀器系統(tǒng)

27、的關(guān)鍵還是軟件的設(shè)計(jì)。 當(dāng)今的軟件的開發(fā)方式正在向多層次應(yīng)用結(jié)構(gòu)發(fā)展。一般情況下，由于涉 及硬件的控制和操作，自動(dòng)化測(cè)試測(cè)量系統(tǒng)的軟件層次化結(jié)構(gòu)更為明顯。著眼 于面向測(cè)試過程和測(cè)試對(duì)象的設(shè)計(jì)思想，本文根據(jù)與硬件的相關(guān)程度，將軟件 系統(tǒng)大致分為三個(gè)層次: 測(cè)試管理層 基于 labview 的動(dòng)平衡測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 信號(hào)分析層 信號(hào)獲取層 2.3.1 信號(hào)獲取層 從層次位置上來說，信號(hào)獲取層是最接近硬件的軟件層次;從層次的作用上 來說，信號(hào)獲取層提供原始的數(shù)字信號(hào)，以供上面的信號(hào)分析層迸行信號(hào)分析。 2.3.2 信號(hào)分析層 簡單的說,信號(hào)分析層的作用，就是軟件化了的各種儀器。 本層位于數(shù)據(jù)獲取層和

28、測(cè)試管理層之間，可以調(diào)用信號(hào)獲取層模塊，也可 以被測(cè)試管理層所調(diào)用。信號(hào)分析層與硬件無關(guān)，只對(duì)獲取的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行操 作、分析，提供諸如fft分析、功率譜密度計(jì)算、數(shù)字濾波、各種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的計(jì) 算等一系列和信號(hào)分析有關(guān)的功能測(cè)試，然后將分析結(jié)果提供給測(cè)試管理層。 同時(shí)，將獲取的數(shù)據(jù)和分析的結(jié)果顯示在界面上。 本系統(tǒng)中信號(hào)分析層主要包括:轉(zhuǎn)速計(jì)算，基頻檢測(cè)(用與振幅、相位的求 取)。 2.3.3 測(cè)試管理層 本層與硬件和信號(hào)處理無關(guān)，只對(duì)信號(hào)處理的結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行操作 測(cè)試管理層是一個(gè)帶有易用操作界面，用于管理和執(zhí)行某一測(cè)試任務(wù)，與 硬件無關(guān)的測(cè)試管理環(huán)境，為測(cè)試系統(tǒng)與操作者之間交互，被測(cè)器件分析，順

29、序測(cè)試，分支，循環(huán)等提供一個(gè)專門的測(cè)試運(yùn)行環(huán)境。它將測(cè)試分析層與其他 部分，如數(shù)據(jù)庫訪問，測(cè)試記錄，測(cè)試報(bào)告，對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析以及打印報(bào)表功 能等集成在一起。 2.4 系統(tǒng)總體機(jī)構(gòu) 系統(tǒng)總體框圖如圖2-2所示。左、右兩支承處的磁電傳感器將振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)變 為電壓信號(hào)，經(jīng)濾波放大后輸入到ad轉(zhuǎn)換器，同時(shí)由一光電傳感器發(fā)出基準(zhǔn) 信號(hào)，產(chǎn)生與工件轉(zhuǎn)速同頻率的基準(zhǔn)位信號(hào)經(jīng)過預(yù)處理后也輸入到ad轉(zhuǎn)換器， ad轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，送入虛擬儀器軟件包進(jìn)行分析處理，顯 示出不平衡量的大小和相位。 基于 labview 的動(dòng)平衡測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 圖2-2 系統(tǒng)總體框圖 2.5 單校正面動(dòng)平衡 設(shè)系統(tǒng)原有不平

30、衡量為u=u0a0，由不平衡量引起的振動(dòng)為a0=a00，試 重設(shè)置為g=gaj加試重后，由u和g綜合引起的振動(dòng)為:ai=aii做如圖2-3 所示。 圖中oa=a0,0b=ai,，而ab=ob-oa，即為試重g所產(chǎn)生的振動(dòng)響應(yīng)。因?yàn)?假定系統(tǒng)是 線形系統(tǒng)，故得到: 0 ug oaab 所以不平衡量為: 0 oa ug ab 圖2-3不平衡計(jì)算矢量圖 3 硬件設(shè)計(jì) 硬件有以下幾部分組成：傳感器、信號(hào)預(yù)調(diào)理電路、ad轉(zhuǎn)換部分、手提 (pc)電腦組成。 1.傳感器 傳感器包括采用了inv1612光電傳感器和電渦流位移傳感器。 光電傳感器和電渦流位移傳感器參數(shù)如下圖表3-1，3-2所示 數(shù)據(jù)采集 信號(hào)相

31、關(guān)處理 圖形顯示 虛擬儀器軟件 文件管理基準(zhǔn)傳感器 預(yù)處理a/d 轉(zhuǎn)換usb 接口 振動(dòng)傳感器 基于 labview 的動(dòng)平衡測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 2.信號(hào)預(yù)調(diào)理電路 信號(hào)預(yù)調(diào)理電路包括放大和濾波，通過調(diào)理電路，放大傳感器輸出的微弱 信號(hào)，濾除干擾信號(hào)，為ad轉(zhuǎn)換部分提供適當(dāng)幅度的輸入模擬信號(hào) 3.ad轉(zhuǎn)換部分 ad轉(zhuǎn)換部分采用美國ni公司的usb一6009數(shù)據(jù)采集卡，該卡是14位，16通 道，010 v，5 v輸入，多通道采集頻率48 khz，usb接口輸入。 圖表3-1傳感器參數(shù) 圖表3-2傳感器參數(shù) 基于 labview 的動(dòng)平衡測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 4.計(jì)算機(jī) 計(jì)算機(jī)采用pc電腦，用以運(yùn)行

32、基于labview的軟件測(cè)試平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試方 案的調(diào)控，包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、測(cè)試軟件管理、圖形顯示。 4 信號(hào)的處理與分析 一般來說 ，在轉(zhuǎn)子系統(tǒng)整機(jī)動(dòng)平衡過程中，測(cè)得的振動(dòng)信號(hào)及基準(zhǔn)信號(hào)經(jīng) 過預(yù)處理后，不會(huì)是純粹的正弦波，而是各種頻率成分的合成波形。還要通過 儀等。最后獲得不平衡量的大小、相位等最終結(jié)果。 4.1 信號(hào)的分析計(jì)算 要處理的信號(hào)有兩種，一種是振動(dòng)信號(hào)x(t)，一種是基準(zhǔn)信號(hào)y(t)。 4.1.1 基準(zhǔn)信號(hào) 基準(zhǔn)信號(hào)波形較為簡單，為方波信號(hào)，頻譜上成分則比較復(fù)雜，除了基頻 信號(hào)外，還有很多倍頻成分。 在一段時(shí)間0, t內(nèi)對(duì)基準(zhǔn)信號(hào)取樣，其表達(dá)式為: （41） 0 1 si

33、n,0, 0, n tit i aaitasttt y t 他他 其中，a0是直流分量，ai和at是各分量的幅值和相位，是方波的基頻，s1(t)表 示附加在有用信號(hào)上的噪聲干擾。 基于 labview 的動(dòng)平衡測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 4.1.2 振動(dòng)信號(hào) 一般情況下，振動(dòng)信號(hào)的波形比較復(fù)雜，不會(huì)是純粹的正弦波，而是各種 頻率成分的合成波形。除轉(zhuǎn)速的基頻成分外，可能還有2. 3, 4等倍頻，接近于 1/2倍的亞倍頻成分，一定帶寬的隨機(jī)振動(dòng)成分等等。其中，由質(zhì)量引起的振動(dòng) 是基頻振動(dòng)。 振動(dòng)信號(hào)的表達(dá)式為: 0i2 1 bsi ntb si n,0, x t 0, n it i ats ttt 他他

34、（42） 其中，b0是直流分量，頻率與方波的基頻相同，a是基頻的振幅，是基 頻的相位，vi表示不同于基頻的其他頻率s2(t)表示附加在有用信號(hào)上的隨機(jī)噪聲 干擾。 本文中，我們要求的是x(t)與y(t)中基頻分量的相位差a-和振動(dòng)幅度a。 4.2 信號(hào)基頻分析 做好動(dòng)平衡，其前提是必須精確的測(cè)出不平衡量的大小和位置，這要求在 振動(dòng)信號(hào)中精確的提取出由不平衡量引起的振動(dòng)分量的幅度值和其與基準(zhǔn)信號(hào) 之間的相位差。所以說，從合成波形中檢測(cè)出基頻信號(hào)，并準(zhǔn)確的測(cè)定其幅值 和相位，是實(shí)施動(dòng)平衡最基本和最重要的內(nèi)容;而相應(yīng)的功能模塊就是我們整套 軟件的核心。 過去，動(dòng)平衡測(cè)試的研究著重于用硬件解算幅值和相

35、位，例如，基頻的檢 測(cè)通常是由一臺(tái)具有跟蹤濾波功能的專用儀器所完成?，F(xiàn)在，為了進(jìn)一步提高 動(dòng)平衡的測(cè)試精度，本文根據(jù)相關(guān)原理，采用軟件方法來完成幅值和相位的求 解。 4.2.1 相關(guān)函數(shù) 因?yàn)楸疚牡姆治鰧?duì)象 振動(dòng)信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)都是在有限時(shí)間內(nèi)截取的一段 波形，所以，他們都是有限能量的實(shí)信號(hào)。能量信號(hào)互相關(guān)函數(shù)表達(dá)式如下: 設(shè)x (t) ,y(t )是兩個(gè)有限能量的實(shí)信號(hào)，則他們的互相關(guān)函數(shù)定義為: （43） x ty tx t y t +dt xy r 基于 labview 的動(dòng)平衡測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 相關(guān)函數(shù)是在時(shí)域描述隨機(jī)信號(hào)統(tǒng)計(jì)特性的一個(gè)非常重要的數(shù)字特征，也 適用于確定信號(hào)做相關(guān)分析。

36、它描述了兩個(gè)信號(hào)之間的關(guān)系或其相似的程度。 相關(guān)分析是在噪聲背景下提取有用信號(hào)的一個(gè)非常有效的手段。利用相關(guān)分析 進(jìn)行各種聲學(xué)測(cè)量，弱信號(hào)提取，機(jī)械振動(dòng)分析，系統(tǒng)識(shí)別和速度測(cè)量等有著 它獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。 4.3 幅值相位的求法 設(shè)有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)正弦波和一個(gè)余弦波頻率與基準(zhǔn)信號(hào)頻率相同在0,t范圍 內(nèi)的取樣，為: （44） si nt,0, z t 0, cost,0, v t 0, 他他 他他 tt tt 其中，t是振動(dòng)信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)的取樣長度，令其為基頻振動(dòng)周期的偶數(shù)倍。 為頻率，可以通過對(duì)基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行分析處理求得。 因?yàn)?y (t) ,z( t),v (t)都是能量信號(hào)，根據(jù)互相關(guān)函數(shù)的定義式(4

37、-2)讓z(t)和 v(t)都與y(t)做互相關(guān)分析。根據(jù)富里葉級(jí)數(shù)的正交性，方波的常數(shù)分量和倍頻 分量與z(t)的互相關(guān)函數(shù)為。，隨機(jī)噪聲分量st(t)與z(t)的互相關(guān)函數(shù)也是趨向于 等于0. 所以，基準(zhǔn)信號(hào)與正弦波的互相關(guān)函數(shù)在t=0時(shí)，為: （45） z 1 1 0z t dtt, cos 2 y ry t ta a 他 基準(zhǔn)信號(hào)與余弦波的互相關(guān)函數(shù)在=0時(shí)，為: （46） 1 1 0t +dtt, si n 2 yv ry tv ta a 他 基于 labview 的動(dòng)平衡測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 所以，令 （47） 0 0 yv yz r arct g r 若a1在第一象限 a1= 如果

38、x,y在第二，三象限，則 a1=+ 如果x,y 在第四象限，則 a1=+2 同樣，可求出振動(dòng)信號(hào)x(t)的與z(t),v(t)的互相關(guān)函數(shù)在 =0時(shí)的值， 求出同時(shí)可求出幅值a: （48） 22 20(0) xzxv rr a t （） 這樣，即可求出相位差和基頻振幅。 以上是通過對(duì)連續(xù)信號(hào)進(jìn)行處理分析來說明相關(guān)分析法的原理，在實(shí)際的 應(yīng)用中，則是對(duì)采樣之后的數(shù)字信號(hào)序列進(jìn)行處理的。經(jīng)過采樣，x(t),y(t), z(t)連續(xù)信號(hào)變成離散數(shù)據(jù)序列: 其中，n為序列個(gè)數(shù)，為數(shù)字頻率，定義如下: = （49） 1 信號(hào)頻率 采樣頻率一個(gè)周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù) 則振動(dòng)信號(hào)的離散相關(guān)序列為: （410 ,

39、0, 1, 2,. xz i rnx i z in n ） 基準(zhǔn)信號(hào)的離散相關(guān)序列為: （411） , 0, 1, 2,. yz i rny i z in n 幅值a的計(jì)算公式相應(yīng)的變?yōu)? 基于 labview 的動(dòng)平衡測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 （412） 22 20(0) xzxv rr a n （） 當(dāng)然,做相關(guān)分析之前，應(yīng)當(dāng)先求得數(shù)字頻率。數(shù)字頻率的求取是非常重 要的一步，直接關(guān)系到結(jié)果的準(zhǔn)確性。如果數(shù)值頻率計(jì)算不準(zhǔn)，那么后面的相 關(guān)計(jì)算也就無從談起。數(shù)字頻率是通過對(duì)基準(zhǔn)信號(hào)的分析處理求得的。 4.4 轉(zhuǎn)速計(jì)算 根據(jù)數(shù)字模塊定義可以知道， 轉(zhuǎn)速=數(shù)字頻率采樣頻率，單位hz 總上所述，相關(guān)分析過

40、程如圖4-1所示，結(jié)果輸出包括轉(zhuǎn)速，基頻的振幅和 相位，實(shí)現(xiàn)了一臺(tái)基頻測(cè)試儀的測(cè)試功能。 輸入基準(zhǔn)求數(shù)字頻率 求轉(zhuǎn)速 生成正余弦波 互相關(guān) 互相關(guān) 求相位 求相位差 基于 labview 的動(dòng)平衡測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 圖4-1 相關(guān)法基頻分析 5 虛擬儀器軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 虛擬儀器的程序設(shè)計(jì)是整個(gè)動(dòng)平衡測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的核心和主體，本測(cè) 試系統(tǒng)采用美國ni公司推出的labview8.0進(jìn)行開發(fā)，利用labview進(jìn)行程序的開 發(fā)包括兩個(gè)主要部分：第一部分是前面板即用戶界面的設(shè)計(jì)，第二部分是源代 碼框圖程序的設(shè)計(jì)。 5.1 虛擬儀器概述 labview（laboratory virtual instr

41、ument engineering）是一種圖形化 的編程語言，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受，視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn) 的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。labview集成了與滿足gpib、vxi、rs-232和rs- 485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。它還內(nèi)置了便于應(yīng)用 tcp/ip、activex等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫函數(shù)。這是一個(gè)功能強(qiáng)大且靈活的軟件。利用 它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過程都生 動(dòng)有趣。 圖形化的程序語言，又稱為g語言。使用這種語言編程時(shí)，基本上不寫程 序代碼，取而代之的是流程圖或流程圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、 工程師所熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)

42、和概念，因此，labview是一個(gè)面向最終用戶的工具。 它可以增強(qiáng)你構(gòu)建自己的科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，提供了實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù) 采集系統(tǒng)的便捷途徑。使用它進(jìn)行原理研究、設(shè)計(jì)、測(cè)試并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)時(shí)， 可以大大提高工作效率。 互相關(guān) 互相關(guān) 求相位 求幅值 輸入振動(dòng) 基于 labview 的動(dòng)平衡測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 利用labview，可產(chǎn)生獨(dú)立運(yùn)行的可執(zhí)行文件，它是一個(gè)真正的32位編譯器。 像許多重要的軟件一樣，labview提供了windows、unix、linux、macintosh的 多種版本。 所有的labview應(yīng)用程序，即虛擬儀器（vi），它包括前面板（front panel）、流程圖

43、（block diagram）以及圖標(biāo)/連結(jié)器(icon/connector)三部分。 前面板是圖形用戶界面，也就是vi的虛擬儀器面板，這一界面上有用戶輸 入和顯示輸出兩類對(duì)象，具體表現(xiàn)有開關(guān)、旋鈕、圖形以及其他控制 （control）和顯示對(duì)象（indicator）。 流程圖提供vi的圖形化源程序。在流程圖中對(duì)vi編程，以控制和操縱定義 在前面板上的輸入和輸出功能。流程圖中包括前面板上的控件的連線端子，還 有一些前面板上沒有，但編程必須有的東西，例如函數(shù)、結(jié)構(gòu)和連線等。 如果將vi與標(biāo)準(zhǔn)儀器相比較，那么前面板上的東西就是儀器面板上的東西， 而流程圖上的東西相當(dāng)于儀器箱內(nèi)的東西。在許多情況下，

44、使用vi可以仿真標(biāo) 準(zhǔn)儀器，不僅在屏幕上出現(xiàn)一個(gè)惟妙惟肖的標(biāo)準(zhǔn)儀器面板，而且其功能也與標(biāo) 準(zhǔn)儀器相差無幾。 vi具有層次化和結(jié)構(gòu)化的特征。一個(gè)vi可以作為子程序，這里稱為子 vi（subvi），被其他vi調(diào)用。圖標(biāo)與連接器在這里相當(dāng)于圖形化的參數(shù)。 在labview的用戶界面上，應(yīng)特別注意它提供的操作模板，包括工具（tools） 模板、控制（controls）模板和函數(shù)（functions）模板。這些模板集中反映了 該軟件的功能與特征。 5.2 虛擬儀器面板設(shè)計(jì) 虛擬儀器面板設(shè)計(jì)包括前面板（front panel）、流程圖（block diagram）以及圖標(biāo)/連結(jié)器(icon/connect

45、or)三部分。 5.2.1 動(dòng)平衡測(cè)試前面板設(shè)計(jì) 前面板是圖形用戶界面，也就是 vi 的虛擬儀器面板，這一界面上有用戶輸 入和顯示輸出兩類對(duì)象，具體表現(xiàn)有開關(guān)、旋鈕、圖形以及其他控制 (control）和顯示對(duì)象（indicator）。如圖 5-1 所示 基于 labview 的動(dòng)平衡測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 圖 5-1 動(dòng)平衡測(cè)試前面板 動(dòng)平衡測(cè)試儀的前面板包括基頻信號(hào)和振動(dòng)信號(hào)兩個(gè)波形顯示窗，轉(zhuǎn)速測(cè)試表， 相位數(shù)字顯示和振幅數(shù)字顯示窗口，測(cè)試計(jì)算和退出三個(gè)按鈕，還有主要用于 采集數(shù)據(jù)控制臺(tái)。 5.2.2 動(dòng)平衡測(cè)試程序板設(shè)計(jì)動(dòng)平衡測(cè)試程序板設(shè)計(jì) 程序前面板用于設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量，用于模擬真

46、實(shí)儀表的前面板。 在程序前面板上，輸入量被稱為控制（controls），輸出量被稱為顯示 （indicators）?？刂坪惋@示是以各種圖標(biāo)形式出現(xiàn)在前面板上，如旋鈕、開 關(guān)、按鈕、圖表、圖形等，這使這得前面板直觀易懂。 動(dòng)平衡測(cè)試程序面板分為五部分來設(shè)計(jì)： 1.等待測(cè)試 2.數(shù)據(jù)采集 3.數(shù)據(jù)計(jì)算 4.波形顯示 5.推出 等待測(cè)試程序 基于 labview 的動(dòng)平衡測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 是用了 while 循環(huán)，條件分支結(jié)構(gòu)和選擇分支結(jié)構(gòu)來完成的。 1）while 循環(huán)可以反復(fù)執(zhí)行循環(huán)體的程序，直至到達(dá)某個(gè)邊界條件，它類 似于普通編程語言中的 do 循環(huán)和 repeat-until 循環(huán)。whi

47、le 循環(huán)的框圖是 一個(gè)大小可變的方框，用于執(zhí)行框中的程序，直到條件端子接收到的布爾值為 false。 2）條件分支結(jié)構(gòu)：包括一個(gè)或多個(gè)子程序框圖，或分支，當(dāng)結(jié)構(gòu)執(zhí)行時(shí)， 僅有 一個(gè)子程序框圖或分支在執(zhí)行。連接至選擇器接線端的值可 以是布爾、字符串、整數(shù)，或枚舉類型，它決定了執(zhí)行哪個(gè) 分支。右鍵單擊結(jié)構(gòu)邊框，可添加或刪除分支。us 可使用標(biāo) 簽工具來輸入條件選擇器標(biāo)簽的值，并配置每個(gè)分支處理的 值。 通過條件分支結(jié)構(gòu)我們可以方便的轉(zhuǎn)換到刷新狀態(tài)和退出。 3)選擇分支：根據(jù) s s 的值，返回連接至 t t 輸入或 f f 輸入的值。 當(dāng) s s 為 true 時(shí)，函數(shù)返回連接到 t t 的值。

48、當(dāng) s s 為 false 時(shí)，函 數(shù)返回連接到 f f 的值。 連線板顯示了該多態(tài)函數(shù)的默認(rèn)數(shù)據(jù)類型。 選擇結(jié)構(gòu)的執(zhí)行是根據(jù)外部的控制條件從測(cè)量，計(jì)算，推出三個(gè)中選擇其 一來執(zhí)行的，當(dāng)測(cè)量按鈕被按下后選擇分支得到一個(gè)真命令執(zhí)行采集程序，如 果測(cè)量按鈕沒被按下得到的是假命令時(shí)會(huì)直接通過執(zhí)行計(jì)算分支，退出分支與 前兩各分支工作過程一樣，程序如圖 5- 2 所示 循環(huán)變量 條件端子 基于 labview 的動(dòng)平衡測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 圖 5-2 等待測(cè)試程序 5.3 數(shù)據(jù)采集程序的設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)是用了數(shù)據(jù)采集子程序和主程序面板相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)。主 程序通過前面板的控制臺(tái)，輸入采樣頻率和采樣次數(shù)控

49、制后面板的采樣子程序 執(zhí)行數(shù)據(jù)采樣。圖 5-3 所示，為動(dòng)平衡測(cè)試系統(tǒng)的主程序面板。主程序編寫與 等待測(cè)試程序面板相似，其中的子程序圖標(biāo)如圖 5-4 所示， 圖 5-4 子程序圖標(biāo) 是數(shù)據(jù)采集的核心部分。采樣頻率和采樣次數(shù)都是通過子程序控制執(zhí)行的。子 程序也是有控制前面板和程序面板組成。前面板有波形顯示窗口，基準(zhǔn)信號(hào)、 振動(dòng)信號(hào)采集顯示窗口如圖 5-5 所示 基于 labview 的動(dòng)平衡測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21 圖 5-3 數(shù)據(jù)采集程序 圖 5-5 數(shù)據(jù)采集面板 數(shù)據(jù)采集子程序的程序模塊如圖 5-6 所示 基于 labview 的動(dòng)平衡測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 圖 5-6 數(shù)據(jù)采集子程序 5.4 數(shù)據(jù)計(jì)

50、算程序設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)計(jì)算程序是有主程序和相關(guān)計(jì)算子程序組成，主程序是有 while 循環(huán)、 條件循環(huán)、提取單頻信號(hào)模塊、基本函數(shù)發(fā)生模塊、子程序模塊組成。數(shù)據(jù)采 圖 5-7 數(shù)據(jù)計(jì)算程序 基于 labview 的動(dòng)平衡測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23 集程序采集到的信號(hào)通過提取單頻模塊，提取基頻頻率，以基頻頻率通過函數(shù) 發(fā)生器生成標(biāo)準(zhǔn)的正弦、余弦波與基準(zhǔn)、振動(dòng)信號(hào)進(jìn)入 圖 5-7 子程序模塊 子程序，通過子程序的相關(guān)計(jì)算得到幅值相位，如圖 5-7 所示。 5.4.15.4.1 計(jì)算子程序 如圖 5-8 所示，子程序的計(jì)算方法是有圖 4-1 的相關(guān)基頻分析方法得來， 基頻信號(hào)、振動(dòng)信號(hào)分別與正弦信號(hào)、余弦信號(hào)互相

51、關(guān)，并分別求出相位,同時(shí) 用振動(dòng)信號(hào)的相關(guān)結(jié)果求出幅值。 圖5-8 計(jì)算子程序 互相關(guān)的計(jì)算是用了for循環(huán)完成如圖5-9所示 圖5-9互相關(guān)計(jì)算 子程序模塊 基于 labview 的動(dòng)平衡測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 24 for 循環(huán)用于將某段程序執(zhí)行指定次數(shù)。和 while 循環(huán)一樣，它不會(huì)立刻 出現(xiàn)在流程中，而是出現(xiàn)一個(gè)小的圖標(biāo)，而后您可以修改它的大小和位置。for 循環(huán)將把它的框圖中的程序執(zhí)行指定的次數(shù)，for 循環(huán)具有下面這兩個(gè)端子： n：計(jì)數(shù)端子（輸入端子）用于指定循環(huán)執(zhí)行的次數(shù)。 i：周期端子（輸出端子）含有循環(huán)已經(jīng)執(zhí)行的次數(shù)。 5.5 波形顯示程序設(shè)計(jì) 波行顯示程序比較簡單，只顯示基準(zhǔn)信號(hào)振動(dòng)信號(hào)，用兩個(gè)波形圖模塊來 完成。如圖 5-10 所示 圖5-10 波形顯示程序 退出程序是波形顯示程序去掉波形圖模塊生成，不再介紹。 5.6 測(cè)量調(diào)試 為檢驗(yàn)所設(shè)計(jì)動(dòng)平衡虛擬儀器的性能和可靠性，在動(dòng)平衡試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行驗(yàn) 證步驟如下： 1.在轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺(tái)上靠近軸承支座的地方安裝渦流位移傳感器，在靠近電機(jī) 支座的地方安裝光電傳感器。 2.連接調(diào)試裝備 3.安裝采集卡 4.與電腦labview軟件連接，運(yùn)行l(wèi)abview軟件并打開設(shè)計(jì)的動(dòng)平衡測(cè)試面 板。 基于 labview 的動(dòng)平衡測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 25 設(shè)置采樣頻率和采樣次