基于Labview的轉子加速度傳感器振動測量研究

宋　強

（安陽工學院機械工程學院，河南　安陽　455000）

引言

作為工業生產中常常使用到的旋轉機械，無論是電動機、發電機、發動機、汽輪機還是電力、冶金、核能等關鍵組成中都有它的身影。隨著科學技術的進步，現代工業的迅猛發展，機械設備正趨向于連續化、高速化、輕型化、重載化、大型化與高度自動化的方向[1]。正因為機械設備所扮演的角色愈發的重要，生產中對設備的安全要求也越發的嚴格，時有發生的設備損壞事件得到了人們越來越多的重視。有效避免意外事故的發生，顯著地降低維護成本，延長設備工作的使用壽命，增強利用率不僅能更好地保證人身和設備安全，減少相應的耗損成本，還意味著經濟效益的明顯提高。為了滿足這些發展方面的迫切需求，關于設備的監測及故障診斷分析方面的設備與技術陸續誕生了，振動測量方面的研究更是其中的重要組成。

1　振動測量的數學模型

1.1　振動測量的數學形式

慣性式振動測量，可以把它簡化成一個單自由度阻尼振動的力學模型來便于學習與研究，如圖1所示。

圖1　慣性式測振器原理

本次振動測量應用的加速度傳感器所涉及的是慣性原理，用數學形式來表示上述的慣性模型可以假設：m為慣性振動體質量，k為彈簧剛度系數，c為阻尼系數，ω為轉子加速度角頻率，d為轉子位移。那么可以得出它的運動微分方程[2-4]：

考慮到相對運動情況：

那么：

又因為：

得：

可以得到穩態受迫振動為:

其中：

這時有兩種情況：度的振幅是正比關系。可以用作速度傳感器。

本次轉子的振動測量實驗是在學校提供的實驗內進行的，振動測量實驗主要包括對轉子振動信號采集、處理分析等，基于科學嚴謹的實驗思想，可以通過轉子調速器多次改變轉速研究轉子的振動規律。實驗室內設備十分完善，這為實驗測量研究的順利進行提供了良好的基礎條件。

1.2　實驗所用設備

在本次關于振子振動測量研究的課題中，選用的轉子實驗臺DRZZSY-2型多功能轉子實驗臺，如圖2所示，這種實驗臺可以根據實驗的需求加載多種傳感器達到多種參量的測量來開設多種實驗。

圖2　DRZZSY-2型多功能轉子實驗臺和調速器

本測量系統就是使用加載在它上面的加速度傳感器進行轉子的振動測量研究工作。除此之外它還具有可以轉速易調節，性能優良、操作簡便等優點。

2　實驗測得的數據

如前面所說，測量了兩種轉速下轉子的振動情況。這兩種轉速分別為1 200 r/min以及2 000 r/min。

2.1　1 200 r/min轉速下的時域信號及頻域信號

當轉子的轉速為1 200 r/min時，轉子振動的原始信號和低通濾波波形圖如圖3和圖4所示。

圖3　1 200 r/m in下的原始信號波形圖

圖4　1 200 r/m in下的低通濾波信號波形圖

在軟件的總體程序框圖（見圖5）中，可以看到程序的第一步是完成系統的初始化，在這個步驟中如果程序發生錯誤的話系統就會立刻停止，無誤的話程序會繼續運行下去。第二個部分是設定USBDAQ8設備的采樣參數，發送采樣命令。需要配置的參數主要有采樣長度和采樣頻率，如果輸入錯誤的話會停止運行，否則的話程序會一直循環運行下去，除非通過開關按鈕才能停止它的運行。前兩個程序運行無誤的話就會進入獲取采樣數據程序，程序無誤就開始對采集到的數據進行分析處理及數據輸出環節，不然程序會自動停止運行。另外在這個總體程序框圖上方有個100ms的延遲程序。

圖5　軟件的總體程序框圖

2.2　2 000 r/min轉速下的時域信號及頻域信號

用調速器把轉子的轉速改為2 000 r/min時，轉子振動的原始信號和低通濾波波形圖如圖6和圖7所示。

圖6　2 000 r/m in下的原始信號波形圖

圖7　2 000 r/m in下的低通濾波信號波形圖

經過兩個不同轉速下波形圖的對比，能夠得出這樣的結論：轉子的轉度越高，加速度傳感器采集到振動信號的頻率、峰值幅值、加速度的值就越大。

3　結論

利用加速度計，利用圖形化編程軟件Labview開發數據采集程序，在轉子試驗臺上完成徑向位移測量，該方法有效可靠，能夠達到實際振動測試的任務要求。

[1]劉國揚.基于Labview設計的虛擬儀器在化工過程中對壓力和溫度控制的研究與應用[D].南昌：東華理工大學，2013.

[2]陳至坤，逄鵬，王福斌，等.基于壓電加速度傳感器的振動測量系統研究[J].計算機測量與控制，2014，22（12）：3 923-3 925.

[3]曹麗曼，Cao Liman.壓電式加速度傳感器振動測量應用研究[J].自動化與儀器儀表，2015（7）：164-166.

[4]秦敏，劉志國，劉剛，等.基于加速度傳感器的高頻振動信號檢測分析[J].測控技術，2013，32（5）：1-4.