基于Labview的振動信號測試系統設計

譚偉超（江門職業技術學院，529000）

?

基于Labview的振動信號測試系統設計

譚偉超
（江門職業技術學院，529000）

摘要：本文基于Labview8.5軟件的設計，采用NI公司的PCI-6024采集卡，將虛擬儀器技術應用于振動測試系統設計。設計的功能主要包括采集數據實時顯示、信號參數檢測、存儲及系統分析等功能，該系統可以還可以對振動信號進行在線監測和故障報警。通過設計，能夠對數據進行時域顯示和頻域分析處理。該振動測試系統降低了企業成本，縮短了分析的時間，界面直觀，能夠廣泛應用于振動信號監測。

關鍵詞：Labview；信號檢測；數據采集；振動測試

0 引言

美國國家儀器（NI）的虛擬儀器Labview，運用圖形化編程和計算機強大的數字處理能力，設計了一種新的振動測試系統。虛擬儀器不僅具備了傳統儀器的采集、自動測試、數據處理、和用戶上位機操作界面等功能，而且其性價比高、可維護性簡單，具有廣闊的市場應用前景，推動了測試系統和儀器控制設計方法的發展。

1 振動測試分析系統

本文設計思路是在Labview平臺上開發出一套對不良振動機械的檢測系統，振動信號采集系統包括振動傳感器、信號調理設備、數據采集卡和上位機軟件。所以，本文把整個系統分成以下5個模塊：數據采集、信號預處理、時域分析、和時頻分析等，如圖1所示。

圖1 硬件系統設計方案

圖2 系統硬件設備圖

如圖2所示，振動測試系統硬件由振動傳感器、PCI數據采集卡、上位機Labview軟件組成。首先通過激勵力發生器產生振動信號 ，振動軸在此激振力的作用下產生相應的振動輸出響應，然后利用振動傳感器收集振動信號信息，振動信號傳感器型號是澄科 CT1005LC ICP，CT系列傳感器是將電荷放大電路集成內置在壓電傳感器內，產品具有抗干擾好，性價比好，可以方便搭配NI的數據采集卡，通過信號調理設備完成對振動傳感器信號調理，經過數據采集卡轉換，用Labview自帶子VI進行頻域分析，給出不同振動狀態下的頻域分析曲線。

2 數據采集系統

在振動測試系統設計中，數據采集部分是十分重要，對系統的穩定性和正確性起到一個關鍵的作用，對信號的多通道單點采集和連續采集，實現信號的實時監測，采集的數據可以保存，所以本次設計采用PCI -6024數據采集卡，它高達24路數字I/ O；32位計數器，NI-DAQmx測量服務使配置和測量更容易。在數據采集前對各項參數設置好后，例如通道號或者采樣頻率等參數的設置，工程實際中采樣頻率一般取信號最高頻率的10倍以上，本系統的采樣頻率可以由用戶自己來設置。采集的信號可以利用labview軟件的波形圖分析，該系統的數據采集程序如圖3所示。

圖3 數據采集程序框圖

數據采集步驟如下：

（1）采樣頻率的設置。采樣頻率設置時要滿足采樣定理，本系統的采樣頻率由用戶自己來設置。

（2）確定采樣通道以及每個通道所采集的振動信號類型。可從通道CH0～CHl中任意選中一個來實現。

（3）程控增益的選擇。程控增益是為了提高系統的分辨率，利用程控增益放大來提高輸入電壓的增益，因此，通過A/D轉換電路后，信號的幅值增大實現了轉換的精度提高。

3 LabVIEW程序設計

系統的前面板如圖4所示。主界面的左側為系統參數設置區域，包括通道的選擇、數字濾波器設置、振動信號報警值的設定、窗函數選擇以及數據存儲。右側為數據采集信號分析區域，主要包括信號的時域分析和頻域分析。

圖4 前面板

當運行程序時，在主模塊界面可對振動信號進行實吋采集處理，由于已經根據振動原理編寫了函數運算方法，運算速度大大提高，用戶可實時地觀察振動的時域、頻域變化情況。

系統的時域分析模塊包括信號發生、自相關分析和互相關分析三部分。

互相關函數分析直接反映了兩個信號的相關性，將激振信號和所測得的響應信號進行互相關處理，可以得到由激振而引起的響應幅值和相位差。相互函數在工業控制與檢測中有廣發的應用，例如檢測機械設備故障診斷、振動控制中識別傳遞問題和工

圖5 互相關分析前面板

業噪聲傳遞主要通道。

4 總結

本文設計了一套振動測試的虛擬儀器系統。系統采用模塊化設計，功能包括：數據采集、文件管理、信號預處理和時域分析等。采用了虛擬儀器的方式，替代傳統的大型測量儀器，經過測試，本文設計的系統穩定方便，而且它的模塊化編程使程序的擴展變得很靈活，該系統硬件配置，使系統攜帶方便，有利于工程振動測試。振動故障檢測對于企業生產有重要意義，將振動分析算法轉換成為虛擬儀器應用程序，實質上就是將虛擬儀器技術的實際測量與控制系統結合在一起，虛擬儀器技術必將在更多、更廣的領域得到應用和普及。

參考文獻

［1］孫亞飛.測試儀器發展概述［J］.儀器儀表學報，2003，12（3）︰12-13

［2］周泓，汪樂宇，陳祥獻.虛擬儀器系統軟件結構的設計［J］.計算機自動測量與控制，2000，4（20）︰20-40

［3］秦展田，王斌武，王焱玉.基于虛擬儀器的振動測試分析系統設計［J］.煤礦機械，2007，28（10）︰ 96-99.

Design of vibration signal testing system based on Labview

Tan Weichao
（Jiangmen Polytechnic，529000）

Abstract：In this paper，based on Labview8.5 software，using PCI-6024 data acquisition card of NI company，the application of virtual instrument technology in the design of vibration test system.The design features include the function of real-time data display，signal detection，parameter storage and system analysis，the system can also be on the vibration signal of the on-line monitoring and fault alarm.Through the design of data display，can in time domain and frequency domain analysis processing.The vibration test system can reduce the cost and shorten the analysis time，intuitive interface，and can be widely applied to vibration signal monitoring.

Keywords：Labview；signal detection；data acquisition；vibration test

作者簡介

譚偉超，1986.6.30，碩士研究生。