基于LabVIEW的虚拟振动测试分析系统的设计与应用

　　0 引言

　　大型旋转机械设备一旦发生故障造成事故将会带来严重的经济损失。设备的振动信号能直接反映其运行状态，因此对机械设备进行振动监测与测试是保证设备正常运行的一项重要工作[1]。

　　虚拟仪器是由美国国家仪器公司( National Instruments NI)最早提出的概念，由于其开发周期短、可扩展、性价比高等优点，使得虚拟仪器逐渐取代传统仪器[2]。虚拟仪器由相应的硬件和应用软件组成，硬件是基础，软件是核心。利用图形化开发工具 LabVIEW 可以快速地设计虚拟测试软件系统，提高项目开发效率。基于此，文中利用数采硬件及 LabVIEW 图形化开发工具设计虚拟振动测试分析系统，系统包含在线采集监测和离线数据分析 2 个主要功能，并利用该系统对油膜失稳所引起的转子异常振动进行了测试与分析。

　　1 硬件搭建

　　硬件是虚拟仪器的基础，该虚拟振动测试分析系统的硬件主要由传感器、信号调理设备、数据采集卡及 PC 机构成，硬件系统示意图如图1 所示。

　　传感器选用 2 路非接触式的涡流式位移传感器垂直安装来测量转子的径向振动，并再选用一路涡流位移传感器测量转子的键相脉冲信号以便监测转子的转速。信号调理设备主要包括放大电路，其功能是对传感器传来的信号进行适当地放大以便适应数据采集卡的量程要求。同时信号调理设备还具有简单的滤波功能。数据采集卡的作用为对模拟信号进行 A/D 转换并将采集的数据传入到PC 机中。该系统的数据采集卡选用NIUSB9234，其模拟输入通道数为4 通道，分辨率为 24 bits，最大采样速率为 51. 2 ks/s，量程为 -5 ～ +5 V.

　　PC 机的功能是接收数采卡传来的数据，并利用安装在 PC机上设计好的应用软件对采集的振动数据进行显示、保存、分析及处理。

　　2 软件设计

　　软件是虚拟仪器的核心，软件系统设计的好坏直接影响到虚拟仪器系统的性能。该虚拟振动测试分析软件利用图形化编程语言 LabVIEW 来进行开发，系统主要包括2 个功能，即在线采集监测功能和离线数据分析功能，系统登陆界面如图2 所示。

　　2. 1 在线采集监测系统

　　在线采集监测系统的功能为对振动信号进行单路或多路采集，并对采集到的数据进行简单的实时、动态分析。在线采集监测系统包含以下功能模块:

　　( 1) 数采卡配置。该在线采集监测系统利用 NI 数据采集板卡所提供的 DAQmx 驱动函数对数据进行采集，并利用DAQmx 函数完成数据采集卡的参数配置，主要包括通道选取、

　　接线端配置、采样模式选择、量程选择及采样频率选取等。数据采集主程序框架采用生产者—消费者模式，利用消息队列函数充当数据缓存传输中介，以此保证在采集数据的同时可以对数据进行实时处理，避免在实时处理过程中漏采数据。在线采集监测主程序如图 3 所示，数采卡配置界面如图 4 所示。