基于LabVIEW虚拟振动测试分析仪的设计

　　0　引言

　　振动是经常发生的一种物理现象。 机械振动在很多情况下总是有害的，但在另一方面振动被作为有用的物理现象用在某些工程领域中，所以对振动进行测量分析就显得非常重要。 振动的测试包括 2种方式：(1)测量机械或结构在工作状态下的振动，如振动位移、速度、加速度、频率和相位等，了解被测对象的振动状态，评定等级和寻找振源，以便对设备进行检测、分析、诊断和预测;(2)对机械设备或结构施加某种激励，测量其受迫振动，以便求得被测对象的振动力学参量或动态性能， 如固有频率、阻尼、刚度、频率响应和模态等。 本文讨论的是进行这一类的测试。

　　利用 LabVIEW 开发振动测试的虚拟仪器，可以探索虚拟仪器在振动测试中的应用，不仅可以节省程序开发时间，而且它的模块化编程使程序的扩展变得很方便， 从而实现振动信号的采集和分析。软件中的数据采集和各种分析功能均采用模块化结构，为添加新的功能模块提供了方便。

　　1  振动测试系统的硬件结构

　　悬臂梁振动测试系统硬件由信号发生器、功率放大器、加速度计、电荷放大器、数据采集卡和计算机组成，信号发生器产生一个频率连续变化的正弦激励信号，经功率放大器送到激振器，使被测悬臂梁产生受迫振动。

　　用压电晶体加速度传感器拾取被测梁的振动信号。 采用电荷转换电路的传感器，将对应振动加速度的电荷量转变为电压信号并放大后传递到数据采集卡。 这种传感器需要恒流源激励。

　　2　振动测试系统软件结构

　　系统软件结构框图如图 1 所示.

　　数字滤波部分采用“信号处理—滤波器”函数选板中的 Butterworth 滤波器 VI， 设置为低通滤波，滤除信号中的噪声和不需要的频率成分，截止频率为 400 Hz。 为了减小或抑制频率泄漏，采用汉宁窗对时域信号进行加权处理。

　　对采集的振动加速度信号进行积分，得到振动速度信号的波形和幅值等参数，在进行信号积分过程中，会产生趋势项使测试信号失真，所以需要进行去消除趋势项处理。 为了消除趋势项的影响，本文利用 LabVIEW 调用 MATLAB Script 节点的方法来实现消除趋势项程序，图 2 为消除趋势项子程序图，其中 r 表示输入信号，z 表示经过处理后的输出信号。

　　3　振动测试系统的时域分析功能

　　振动测试系统的时域分析实现了对振动加速度信号的特征值求取、振动加速度信号运算得到振动速度和振动位移信号、振动加速度信号的自相关和互相关分析。