基于LabVIEW的機(jī)械振動(dòng)信號分析系統(tǒng)開發(fā)

隨著現(xiàn)代化工業(yè)大生產(chǎn)的不斷發(fā)展，機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)變得越來越復(fù)雜，并且經(jīng)常運(yùn)行于高速、重載以及惡劣環(huán)境等條件下。由于各種因素的干擾和影響，會(huì)導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備發(fā)生故障，輕則降低生產(chǎn)質(zhì)量或?qū)е峦．a(chǎn)，重則會(huì)造成嚴(yán)重的甚至是災(zāi)難性的事故。為此，為盡最大可能地避免事故的發(fā)生，機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)近年來得到了極為廣泛的重視，其應(yīng)用所達(dá)到的深入程度十分令人鼓舞。目前，機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷已經(jīng)基本上形成了一門既有理論基礎(chǔ)、又有實(shí)際應(yīng)用背景的交叉性學(xué)科。

　　在實(shí)際應(yīng)用中，故障與征兆之間往往并不存在簡單的一一對應(yīng)關(guān)系，一種故障可能對應(yīng)著多種征兆，反之一種征兆也可能是由于多種故障所致。因此，通常必須要借助信號處理等手段從采集的原始數(shù)據(jù)中加工出特征信息，提取特征量，從而保證有效、準(zhǔn)確地進(jìn)行故障診斷，也就是說，信號處理與故障診斷有著極為密切的聯(lián)系，信號特征提取是故障診斷中必不可少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)[1]。

　　故障診斷技術(shù)的各種理論研究和方法探討最終都必須落實(shí)到具體診斷裝置的研制上。而傳統(tǒng)的測控儀器以硬件為關(guān)鍵，其開發(fā)與維護(hù)的費(fèi)用高、技術(shù)更新周期長、價(jià)格高、儀器功能柔性差、不易與其他設(shè)備連接等特點(diǎn)，越來越不能滿足科技進(jìn)步的要求。虛擬儀器的出現(xiàn)改變了這樣的局面，它充分利用了計(jì)算機(jī)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展傳統(tǒng)測試系統(tǒng)與儀器的功能。

　　NI公司的圖形化編程語言LabVIEW成為當(dāng)今虛擬儀器開發(fā)最流行的一種語言。LabVIEW的最大特點(diǎn)是用圖標(biāo)代碼來代替編程語言創(chuàng)建應(yīng)用程序。LabVIEW有豐富的函數(shù)、工具包、軟件包、數(shù)值分析、信號處理、設(shè)備驅(qū)動(dòng)等功能，還有應(yīng)用于專業(yè)領(lǐng)域的專業(yè)模塊，解決了傳統(tǒng)的虛擬儀器系統(tǒng)采用C、C++、匯編等語言存在的編程、調(diào)試過程繁瑣、開發(fā)周期長、對編程人員要求高等問題，廣泛地應(yīng)用于航空、航天、電子、機(jī)械等眾多領(lǐng)域[2，3]。

　　本文基于LabVIEW開發(fā)一個(gè)針對旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷的振動(dòng)信號分析系統(tǒng)，并在成都飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所某航空設(shè)備監(jiān)控上獲得了應(yīng)用。

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　根據(jù)信號分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，又考慮到LabVIEW具有圖形化編程特點(diǎn)以及豐富的工具箱。因此，筆者選用NI公司的Lab VIEW 7.1作為信號分析系統(tǒng)的開發(fā)平臺(tái)。

　　筆者開發(fā)的信號分析系統(tǒng)主要分為三大模塊，即文件管理模塊(文件的讀取及存儲(chǔ))、信號分析模塊、顯示模塊。按照圖1所示的使用流程對這三個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。

　　由于讀取數(shù)據(jù)以及后面的數(shù)據(jù)分析存在明顯的先后順序，因此采用順序結(jié)構(gòu)將數(shù)據(jù)讀取模塊、信號分析模塊結(jié)合起來，構(gòu)成統(tǒng)一的總程序。圖2示出總程序。左側(cè)框圖內(nèi)實(shí)現(xiàn)信號的讀取與存儲(chǔ)的程序。由于讀取的數(shù)據(jù)類型不同，因此采用選擇結(jié)構(gòu)。右側(cè)是程序主體部分，用于實(shí)現(xiàn)信號分析及處理，包括幅域分析、時(shí)域分析、頻域分析。由于信號分析方法的多樣性，信號分析模塊采用事件結(jié)構(gòu)，通過調(diào)用子程序的辦法來實(shí)現(xiàn)。信號分析系統(tǒng)總界面見圖3。