一種基于虛擬儀器技術(shù)的振動(dòng)測(cè)試信號(hào)分析系統(tǒng)

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1、萬(wàn)方數(shù)據(jù)第16卷

2、‘4期V01．16No．4湖北工學(xué)院學(xué)報(bào)JournalofHubeiPolytechnicUniversity2001年12月Dec．200[文章編號(hào)]1003—4684(2001)12—0064—03一種基于虛擬儀器技術(shù)的振動(dòng)測(cè)試信號(hào)分析系統(tǒng)肖莉1，何濤1，鐘毓寧1，常建娥2，吳慶華1(1湖北工學(xué)院機(jī)械工程系，湖北武漢430068}2武漢理工大學(xué)先機(jī)電學(xué)院．湖北武漢430071)[摘要]■述了基于虛擬技術(shù)的振動(dòng)測(cè)試信號(hào)分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)振動(dòng)測(cè)試信號(hào)的分析識(shí)別，提高其可靠性及準(zhǔn)確性．此

3、系境可廣泛用于質(zhì)量控制、設(shè)備哉幸診斷及維護(hù)、工程監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域．[美t詞]虛擬儀器；數(shù)據(jù)采集；信號(hào)處理[中圈分類號(hào)]TP206[文猷撂識(shí)碼]：A計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)了測(cè)試技術(shù)的迅猛發(fā)展，各種智能化、數(shù)字化測(cè)試儀器(系統(tǒng))比比皆是，既給測(cè)試工作帶來了便利，又因測(cè)試而需要連接多種儀器而使工作變得繁雜，并影響了系統(tǒng)自身的可靠性．虛擬儀器技術(shù)的實(shí)現(xiàn)推動(dòng)了測(cè)試技術(shù)的革命化改變．虛擬儀器(Virtua[Instrument簡(jiǎn)稱VI)的思路是“軟件即儀器”．傳統(tǒng)儀器的性能出廠已定，且成套儀器系統(tǒng)體積龐大，成本昂貴．虛擬儀器則

4、是用一臺(tái)計(jì)算機(jī)就可以構(gòu)成整套智能儀器，使用者通過圖形界面對(duì)其進(jìn)行操作，并能根據(jù)需要設(shè)計(jì)白已的儀器系統(tǒng)，還可以通過修改軟件的方法來改變參數(shù)，以適應(yīng)不同環(huán)境條件的需求．其成本低、技術(shù)更新快，還具有良好的可控性，可多次重復(fù)使用，安全經(jīng)濟(jì)，節(jié)能降污，不受外界環(huán)境限制等突出優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)發(fā)展的要求．振動(dòng)測(cè)試工作在工程應(yīng)用上極其廣泛，需要便于攜帶、易于操作的儀器，使用虛擬儀器就能很好得解決這個(gè)問題．1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)虛擬振動(dòng)測(cè)試儀器是現(xiàn)代測(cè)試?yán)碚摗y(cè)試技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的集成系統(tǒng)．本項(xiàng)目研究的振動(dòng)測(cè)試信號(hào)分析系統(tǒng)包括

5、信號(hào)獲取、硬件和軟件三大部分，總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示‘“．匿函基圄匝西豆兩姻匝困匾函l亟區(qū)匾圖1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2虛擬振動(dòng)測(cè)試儀器的硬件平臺(tái)在以PC機(jī)為基礎(chǔ)的虛擬測(cè)試儀器中，與計(jì)算機(jī)一起工作的是采集數(shù)據(jù)、提供信號(hào)源和控制信號(hào)的儀器硬件．目前較為常用的虛擬儀器硬件平臺(tái)是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、GPIB(通用接口總線)儀器控制系統(tǒng)、VXI(系統(tǒng)控制接口)儀器系統(tǒng)以及他們?nèi)咧g的任意組合，DAQ(數(shù)據(jù)采集)卡、GPIB卡、VXI卡等可以插入計(jì)算機(jī)的槽口．本系統(tǒng)是一種典型的數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖如圖1中模塊1

6、．作為虛擬儀器平臺(tái)最基本的模塊，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)被測(cè)信號(hào)的采集并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，在[收■日期]2001一09一04[基金嘎日]湖北省自然科學(xué)基金賁助項(xiàng)目(2000J130)和湖北省教育廳青年項(xiàng)目(Z000804005)[作者簡(jiǎn)介]肖莉(1976一)，女，湖北荊門人，胡北工學(xué)院碩士研究生，研究方向：虛擬儀器與可靠性丹析萬(wàn)方數(shù)據(jù)第16卷第4期肖莉等一種基于虛擬杖囂技術(shù)的振動(dòng)測(cè)試信號(hào)分析系統(tǒng)實(shí)際測(cè)量中，往往需要多路信號(hào)進(jìn)行同時(shí)采集，因此數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)該設(shè)計(jì)為多通道、帶有信號(hào)調(diào)理電路的系統(tǒng)”]．2．1信號(hào)調(diào)理電

7、路對(duì)于絕大多數(shù)數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)來說，傳感器在連接到數(shù)據(jù)設(shè)備之前所的信號(hào)必須被轉(zhuǎn)換為設(shè)備所能夠識(shí)別的信號(hào)，所以信號(hào)調(diào)理非常重要．典型的系統(tǒng)一般都需要信號(hào)調(diào)理硬件，用于將原始信號(hào)以及傳感器輸出接到數(shù)據(jù)卡上．通過信號(hào)調(diào)理的功能，如信號(hào)的放大、隔離、濾波、線性化處理等，提高了數(shù)據(jù)系統(tǒng)的可靠性等性能．2．2數(shù)據(jù)采集卡披據(jù)采集卡是虛擬儀器最常用的接口形式，具有靈活、成本低的特點(diǎn)．它的功能是將現(xiàn)場(chǎng)敦?fù)?jù)采集到計(jì)算機(jī)，或?qū)⒂?jì)算機(jī)數(shù)據(jù)輸出給受控對(duì)象．用數(shù)據(jù)采集卡配以計(jì)算機(jī)平臺(tái)和虛擬儀器軟件，便可構(gòu)造各種檢測(cè)和控制儀器，如存儲(chǔ)

8、數(shù)字萬(wàn)用表、信號(hào)發(fā)生器、示波器、動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀等等．在本項(xiàng)目中，選擇美國(guó)國(guó)家儀器公司(NationalInstruments)生產(chǎn)的16位基于PCI總線E系列數(shù)據(jù)采集卡來完成數(shù)據(jù)采集任務(wù)．性能指標(biāo)：采樣頻率可達(dá)100KS／s；l6個(gè)單端(single—ended)或8個(gè)差分(differential)模擬輸入通道；2個(gè)精度達(dá)12位的模擬輸出通道；8通道數(shù)字輸人／輸出；2通道(TimingI／O)，支持模擬／數(shù)字觸發(fā)方式．2．3驅(qū)動(dòng)軟件數(shù)據(jù)采集卡需要相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)軟件才能發(fā)揮作用．驅(qū)動(dòng)軟件可以進(jìn)行對(duì)DAQ卡的連接

9、、操作管理和資源管理，驅(qū)動(dòng)軟件隱含了低級(jí)、復(fù)雜的硬件編程細(xì)節(jié)，而提供給用戶的是容易理解的界面．美國(guó)國(guó)家儀器公司開發(fā)的NI—DAQ驅(qū)動(dòng)軟件是數(shù)據(jù)采集解決方案的核心，它可以驅(qū)動(dòng)美國(guó)國(guó)家儀器的100多種不同平臺(tái)上的數(shù)據(jù)采集設(shè)備[3]．3虛擬振動(dòng)測(cè)試儀器的軟件平臺(tái)軟件是虛擬儀器的關(guān)鍵部分，選用NI公司的LabWindows／CVI，在Windows98／2000的基礎(chǔ)之上構(gòu)筑虛擬測(cè)試儀器的軟件平臺(tái)．I．a(chǎn)bWindows