基于LabVIEW的虚拟振动测试分析系统

前言

　　在现代工程技术领域,存在着大量的振动问题。例如，车辆在凹凸不平的路面上行驶所引起的振动;旋转机械由于质量不平衡在运行中的振动等。在绝大多数场合,振动都是有害的,它将影响设备的正常工作,引起机器构件的加速磨损,甚至导致急剧断裂而破坏。为了解决工程振动问题,机械振动测试系统随着振动测试技术理论的发展和生产中对测试的需求与日俱增,并有着广泛的应用领域。但性能优越、成本低廉的测试系统市场很难见到。尤其在工程现场的振动测试,迫切需要低成本、高精度、高效率,同时方便灵活的测量仪器。

　　因此,笔者基于振动测试的这种需要,设计了一套以数据采集卡、信号调理电路和各类高精度的传感器为硬件，基于LabVIEW虚拟仪器软件开发平台的振动测试分析系统。此系统不但节省了硬件成本，而且容易操作，同时大大缩短了整个测试周期。

系统的硬件

　　虚拟振动测试分析系统（如图1所示）分硬件和软件两个部分。硬件主要由传感器、信号调理器、数据采集卡和计算机构成，并有如下的关系。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图1 系统的硬件构成

　　振动信号量经过传感器转变为模拟量（电压、电流等），再经过信号调理器的放大、隔离、滤波等处理进入数据采集卡完成采样和量化，转变成计算机所能识别的数字量。然后经计算机进行进一步的处理，以便得到所需的信息。图1是振动测试系统的硬件结构示意图，在实际的应用中，系统的硬件可根据振动测试要求的不同选择不同的装置。

系统的软件

　　本系统的程序是在LabVIEW 8.20平台上开发的。在系统的编制过程中采用了结构化和模块化编程的基本思路。程序主要包括两大模块：数据采集和数据保存模块；数据读取和数据处理分析模块。在程序的设计过程中，将每个模块做成一个子VI,然后在主程序中调用，这样就可以加强程序的可读性和可维护性。系统的结构如图2所示。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图2 系统总体结构图

1 数据采集模块的设计

　　数据采集提供了整个测试系统的数据来源，是虚拟仪器的基本组成部分。数据采集模块主要是实现振动信号的拾取及对各种参数的控制，例如对数据采集卡、采集通道的选择，以及采样频率、点数、段数的控制等。振动信号主要为随机信号和瞬态信号，因此对信号的采集设置了两种采样方式：（1）自由连续采集方式，即设置好采集参数后直接进行连续采集，适用于随机信号的采集；（2）信号触发采集，首先设置好触发条件，包括触发电平、触发沿、触发前预留点数等，图3为信号触发采集模块流程图，其中调用了LabVIEW中Data Acquisition 功能模板下的DAQmx create virtual channel.vi, DAQmx Timing.vi, DAQmx Trigger .vi.DAQmx Read.vi,DAQmx Start Task.vi等子函数。通过 这些模块可以实现采集振动瞬态信号，各子函数模块均可以图标形式放置在程序流程图中，这样不但增加了程序的可维护性，也增加了程序的可读性，使程序流程更加清晰明了。（自由采集方式与之类似，且相对简单，这里就不赘述。）

2 信号分析模块的设计