基于DRVI虛擬儀器技術(shù)的錠子振動測試系統(tǒng)研究

摘 要:錠子是紡紗機械的標志性零部件，錠子性能的優(yōu)劣直接反映了紡紗設備水平的高低。在引入VI概念和構(gòu)成的基礎上，闡述了將VI思想與傳統(tǒng)測試方法相結(jié)合應用于錠子振動測試與分析的虛擬式測試技術(shù)，提出了相應的測試系統(tǒng)硬件組成和軟件結(jié)構(gòu)，對錠子軸心振動進行研究，對提高錠子的性能及紡紗質(zhì)量有重大的意義。

關鍵詞:錠子;振動測試

中圖分類號:TB

文獻標識碼:A

文章編號:1672-3198(2010)08-0295-02

在紡織行業(yè)中，錠子是一個重要的專件，錠子性能的優(yōu)劣對生產(chǎn)效率和紗線質(zhì)量具有決定性的影響。在使用過程中，錠子高速旋轉(zhuǎn)，極小的加工誤差或變形都可能引起強烈的振動。過大的振動是導致錠子不能正常工作的主要原因之一。同時在錠子處于超臨界回轉(zhuǎn)時，還有可能伴隨著包括自激振動和分諧波振動的低頻振動，引起筒管竄動、紗線斷頭，造成紡紗張力波動、管紗成形不良，加快了機件的磨損，縮短了錠子的使用壽命。

為了便于進行錠子的動態(tài)分析，改善錠子的振動特性，達到控制錠子運動穩(wěn)定性的目的，需要借助各種新型測試手段。引入VI(虛擬儀器，Virtual Instrument)的技術(shù)思想，構(gòu)建一種質(zhì)量高、成本低、功能強、更新快、軟件化和開放性的錠子振動測試與分析的虛擬式測試系統(tǒng)，顯得尤為重要。它將為尋找減少錠子振動的措施及研制新一代錠子的機械結(jié)構(gòu)提供科學依據(jù)。

1 有關VI的技術(shù)思想及其應用

測試技術(shù)和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，促使計算機硬件、軟件向測試與分析儀器領域密集滲透、相互結(jié)合，共同孕育并構(gòu)成了一類全新概念的VI技術(shù)。它的核心思想是以計算機硬件為平臺，借助與計算機總線槽匹配的相應模塊化硬件插卡，利用計算機的軟件資源，將傳統(tǒng)測試與分析儀器的專業(yè)化功能以及形象逼真的操作面板控件軟件化，并以文件形式存貯在計算機內(nèi)的軟件庫中，在計算機的統(tǒng)一指揮和協(xié)調(diào)下，利用計算機的運算、處理、存貯、顯示、打印、管理等功能，完成傳統(tǒng)測試與分析任務。這種把測試系統(tǒng)與計算機硬件通過應用程序集成融合，并通過圖形界面操作設定測試與分析功能的方法，徹底改變了傳統(tǒng)測試系統(tǒng)一經(jīng)設計便不可改變其功能和性能的封閉性。它是測試技術(shù)概念的延伸，是傳統(tǒng)測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、模式乃至概念的革新。

正是利用了集成測試的手段，才可將某種或者多種測試與分析儀器的若干功能及其面板控件等以軟件形式集成于計算機內(nèi)的VI軟件庫中，通過匹配相應的模塊化硬件轉(zhuǎn)換接口，在一臺計算機上實現(xiàn)被集成測試與分析的所有功能，使虛擬式測試與分析儀器演變成具有集成性、開放性、投入少、產(chǎn)出高、成本低、更新快、智能化、信息化、模塊化、標準化、綠色化的先進產(chǎn)品。這是測試技術(shù)領域里一次重要的突破。

2 基于DRVI虛擬儀器鏈子振動測試

2.1 錠子振動測試與分析的內(nèi)容

在研究錠子的運動規(guī)律、了解錠子的振動特性、判別錠子的制造質(zhì)量、選擇錠子的合理工作轉(zhuǎn)速區(qū)域及其結(jié)構(gòu)形式和支承條件、控制錠子的運動穩(wěn)定性、進行錠子的改進設計、改善錠子的運轉(zhuǎn)性能時，錠子振動測試是必不可少的內(nèi)容，它關系到錠子的運轉(zhuǎn)情況是否達到對錠子的性能要求，實現(xiàn)高轉(zhuǎn)速、低噪聲、低功耗、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、使用壽命長的目標。

由于錠子的動力特性直接影響著管紗成品的質(zhì)量和產(chǎn)量的提高，為此可將模態(tài)分析方法應用于錠子結(jié)構(gòu)的動力學研究中，以解決錠子在工作時的動力響應及其穩(wěn)定性問題，了解錠子在振動時的固有特征，尋找錠子結(jié)構(gòu)的動態(tài)設計和參數(shù)優(yōu)化處理方法的理論依據(jù)及技術(shù)措施。

目前，錠子振動測試與分析系統(tǒng)大多采用OSV一1型光電式錠子振動軌跡測定儀等傳統(tǒng)儀器設備，通過日本小野測器公司CF一920或美國惠普公司HP一3652等各種FFT動態(tài)信號分析儀以及X—Y記錄儀、指示儀、示波器、存貯器等對測得的錠子振動信號進行分析研究，以獲取更多的有關錠子振動性質(zhì)、動態(tài)特性、模態(tài)參數(shù)等信息。但這些儀器設備成本高、售價貴、可調(diào)性差，如果運用Ⅵ的方法，就可充分享用計算機的智能資源，以最少的投入、最高的產(chǎn)出來自行定義、設置和組建所需的儀器系統(tǒng)及其功能，這是現(xiàn)代測試技術(shù)的特征之一。

2.2 DRVI虛擬儀器

虛擬儀器，實際上就是一種基于計算機的自動化測試儀器系統(tǒng)。虛擬儀器通過軟件將計算機硬件資源與儀器硬件有機的融合為一體，從而把計算機強大的計算處理能力和儀器硬件的測量，控制能力結(jié)合在一起，大大縮小了儀器硬件的成本和體積，并通過軟件實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的顯示、存儲以及分析處理。

DRVI是基于軟件總線和芯片結(jié)構(gòu)的快速可重組虛擬儀器開發(fā)平臺。DRVI采用軟件開放結(jié)構(gòu)和COM/DOM組件的即插即用特性來設計的具有計算機硬件模塊化組裝特點的面向用戶的可在線編程、調(diào)試和重組的新型虛擬儀器技術(shù)。該儀器技術(shù)的主體為一個帶軟件控制線和數(shù)據(jù)線的軟主板，其上可插接內(nèi)存條、軟儀表盤、軟信號發(fā)生器、軟信號處理電路、軟波形顯示芯片等軟件芯片組.并能與A/D卡、I/O卡等信號采集硬件進行組合與連接。構(gòu)成一個能根據(jù)應用需求快速可重組的虛擬儀器。

2.3 虛擬儀器錠子振動測試系統(tǒng)的硬件組成

結(jié)合VI的技術(shù)思想，可將傳統(tǒng)的OSV一1型光電式錠子振動軌跡測定儀中的光電式傳感器及其包含的前置級、功放級、整流濾波級測量電路，以及壓電式加速傳感器及其前置放大器電路、壓電式力傳感器及其前置放大器電路、信號發(fā)生器、功率放大器、激振器等有關器件，通過A/D轉(zhuǎn)換器和微型計算機及其外圍設備組成一種以計算機為中心的虛擬式錠子振動測試系統(tǒng)，分別用來進行錠子振動測試和模態(tài)參數(shù)分析。測定錠子的錠端振動及其軌跡時，可用系統(tǒng)中由兩套光源和硅光電池組成的非接觸型光電式傳感器，進行分配，分別測量位于其中央位置的錠子運轉(zhuǎn)時，在兩個相互垂直方向的振動分量，并經(jīng)合成得出空錠或滿紗情況下的錠子運動軌跡，測定錠子的振動幅值、臨界轉(zhuǎn)速，從而研究錠子運動的穩(wěn)定性。在進行錠子結(jié)構(gòu)的動力學分析時，可對壓電式加速傳感器檢測到的響應點振動信號與壓電式力傳感器檢測到的激勵點信號，經(jīng)計算機進行H等適當?shù)臄?shù)據(jù)處理，通過頻譜分析、模態(tài)分析等手段，根據(jù)錠子振動信號中的主要頻率成分估算錠子振動根源、在隨機激勵下進行錠子的機械阻抗測試和模態(tài)參數(shù)識別，提取各種有用信息，研究錠子的動力特性。所有的錠子振動定量、定性測試分析內(nèi)容及其選擇、使用等均由計算機協(xié)調(diào)、控制和管理。

2.4 錠子振動測試系統(tǒng)應具備的功能

隨著計算機與數(shù)字信號處理技術(shù)的高速發(fā)展，基于計算機的數(shù)字化測試技術(shù)在各個行業(yè)都得到了廣泛的應用。為了方便、錠子振動軌跡測試系統(tǒng)應具有以下功能:

2.4.1 數(shù)據(jù)采集與存儲

振動數(shù)據(jù)的采集是錠子振動特性分析的第一步根據(jù)錠子振動的特點與選用的電渦流傳感器，采用深圳市藍津信息技術(shù)有限公司的集前端信號采集、信號激勵輸出及軟件加密等功能于一體的數(shù)據(jù)采集儀。

2.4.2 信號處理與顯示

對數(shù)據(jù)采集儀所采集到的信號進行放大、濾波等處理后，在計算機上顯示出振動軌跡。此環(huán)節(jié)采用DRVI軟件編程來實現(xiàn)的。

2.5 錠子振動測試系統(tǒng)的設計

錠子振動測試系統(tǒng)是由幾個部分組成的:錠子振動測試平臺、傳感器(一對電渦流位移傳感器)、數(shù)據(jù)采集儀、計算機以及相應的測試軟件即DRVI軟件。設計通過電渦流傳感器測量并轉(zhuǎn)換錠端振動的位移信號，經(jīng)數(shù)據(jù)采集儀采集該信號，最后在虛擬儀器平臺上顯示出錠子振動的軸心軌跡。

錠子振動測試系統(tǒng)的原理框圖如下:

圖1 錠子振動虛擬儀器測試系統(tǒng)原理框架圖

虛擬式錠子振動測試系統(tǒng)軟件的核心是在基于Windows平臺的可視化編程工具Microsoft Visual C++6.0LSJ集成開發(fā)環(huán)境中研制設計的，它采用面向?qū)ο蟮木幊棠Ｊ?，把系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、模塊等所有資源均看成對象，進行程序設計，搭建虛擬面板，并利用VC++6.0這種幾乎可與匯編語言執(zhí)行速度相媲美的編譯型語言，保證系統(tǒng)的實時性、動態(tài)性、準確性和可視化。由計算機軟件實現(xiàn)錠子振動信號的處理、計算、分析等功能，通過包含動態(tài)旋鈕、按鈕、指示燈、顯示窗口等逼真的虛擬面板獲得各類有關錠子振動的圖形、數(shù)據(jù)等信息。

3 結(jié)論

VI技術(shù)是上世紀80年代才興起的一項全新技術(shù)，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，VI技術(shù)將成為本世紀測試技術(shù)的發(fā)展方向之一。本文論述的基于VI思想的虛擬式錠子振動測試技術(shù)，就是VI技術(shù)在錠子振動傳統(tǒng)測試系統(tǒng)中的具體應用。它使錠子振動研究得以運用現(xiàn)代測試技術(shù)和新的試驗分析手段，并通過在信號分析模塊中引入神經(jīng)網(wǎng)絡BP算法、小波變換算法等先進方法，結(jié)合轉(zhuǎn)子動力學、機械振動學、模態(tài)分析和油膜阻尼等理論，使虛擬式錠子振動測試系統(tǒng)擴展成為功能更為復雜的綜合性測試與分析系統(tǒng)，對錠子結(jié)構(gòu)進行智能化分析和診斷，從而大大加快并推廣應用于各類棉、毛、麻、化纖等新型錠子研究設計的過程，大大降低錠子研制及分析的成本，對提高紡織企業(yè)的經(jīng)濟效益、改善紡織車間的作業(yè)環(huán)境起到重要的促進作用。

另外，與傳統(tǒng)的測試儀器相比，基于DRVI虛擬儀器的錠子振動測試系統(tǒng)具有研制成本低、周期短、開放性好、簡單實用等優(yōu)點。其性能可靠，避免了傳統(tǒng)硬件儀器易損、維修等諸多損耗。虛擬儀器技術(shù)簡便、靈活、易分析，取代了傳統(tǒng)體積笨重的示波器、數(shù)字萬用表，利用其強大的圖形語言功能，滿足了測試系統(tǒng)的要求。該系統(tǒng)強大的分析功能，形象直觀的圖形化界面，即點即用的虛擬面板，尤其適用于在線分析測試和試驗研究。

參考文獻

[1]秦樹人，張思復，湯寶平等.集成測試技術(shù)與虛擬儀器[J].中國機械工程，1999，10(1):77-80.

[2]Dan Strassberg.Virtual Instrument Software Goes 32 bit[J].EDN，1996，(1):77-84.

[3]傅志方.振動模態(tài)分析與參數(shù)辨識[M].北京:機械工業(yè)出版社，1990.

[4]朱浩，湯振民，俞鴻勛等.紡織電測技術(shù)[M].北京:紡織工業(yè)出版社，1989.

[5]深圳市藍津信息技術(shù)有限公司.DRVI快速可重組虛擬儀器平臺用戶使用手冊[Z].2005.