基于LabVIEW的機械振動信號分析系統(tǒng)開發(fā)

隨著現(xiàn)代化工業(yè)大生產(chǎn)的不斷發(fā)展，機械設(shè)備的結(jié)構(gòu)變得越來越復(fù)雜，并且經(jīng)常運行于高速、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，會導(dǎo)致機械設(shè)備發(fā)生故障，輕則降低生產(chǎn)質(zhì)量或?qū)е峦．a(chǎn)，重則會造成嚴重的甚至是災(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)用所達到的深入程度十分令人鼓舞。目前，機械設(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)、又有實際應(yīng)用背景的交叉性學(xué)科。

　　在實際應(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、準確地進行故障診斷，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)與維護的費用高、技術(shù)更新周期長、價格高、儀器功能柔性差、不易與其他設(shè)備連接等特點，越來越不能滿足科技進步的要求。虛擬儀器的出現(xiàn)改變了這樣的局面，它充分利用了計算機技術(shù)來實現(xiàn)和擴展傳統(tǒng)測試系統(tǒng)與儀器的功能。

　　NI公司的圖形化編程語言LabVIEW成為當今虛擬儀器開發(fā)最流行的一種語言。LabVIEW的最大特點是用圖標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、機械等眾多領(lǐng)域[2，3]。

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

　　系統(tǒng)設(shè)計

　　根據(jù)信號分析系統(tǒng)的設(shè)計原則，又考慮到LabVIEW具有圖形化編程特點以及豐富的工具箱。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。

　　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)、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模塊進行設(shè)計。

　　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)實現(xiàn)信號的讀取與存儲的程序。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，用于實現(xiàn)信號分析及處理，包括幅域分析、時域分析、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現(xiàn)。信號分析系統(tǒng)總界面見圖3。