基于LabVIEW的垃圾填埋场介质层振动信号分析

　　0　引　　言

　　振动测试和振动信号处理在土木建筑工程、水利电力工程、航天、航空、航海、交通运输、机械、核电工业及国防工业等相关领域有广泛的应用。垃圾填埋场有不同的介质层构成,通过分析不同介质中振动信号的不同,可以检测填埋场是否出现渗漏,进而进行及时修补。LabVIEW程序又称虚拟仪器,即VI,其外观和操作类似于真实的物理仪器(如示波器和万用表),是美国国家仪器公司推出的一门图形化编程语言[1],LabVIEW拥有一整套工具用于采集、分析、显示和存储数据,以及解决用户编写代码过程中可能出现的问题。它使用了可视化技术建立人机界面,提供了许多仪器面板中的控制对象,如开关、旋钮及坐标图等,用户可以通过使用编辑器将控制对象改变为适合自己工作领域的控制[2-3]。

　　1　振动信号分析系统的组成及试验设计

　　本系统总体流程图如图1所示。

        本文采用16 mm的钻床,以土壤和石子为介质层进行实验模拟,用VI对钻床打在土壤和石子的振动信号进行实时采样并分析,传感器采用最大值为20,最小值为-20,灵敏度为250g的加速度传感器。当钻床开始工作时,利用加速度传感器将实时信号传到数据采集卡(DAQ)和PC。数据采集卡的主要任务是实现数字信号和模拟信号之间的转换。数据采集卡与计算机的接口方式直接影响着数据传输的速度,本系统采用USB接口[4]。

　　2　基于LabVIEW的实现信号时频域分析

　　2.1　信号的时域分析

　　信号的时域分析包括时域波形分析、波峰检测、统计分析(均值、最大值、最小值、中数、众数、均方根值、方差等指标)、自相关分析、互相关分析等。在LabVIEW中分别有不同的分析模块与之对应[3]。对应的LabVIEW程序图如图2所示。

图中DAQ助手的作用就是对振动信号进行实时采样,双击图标就可以对相应的参数进行设置。本实验利用加速度传感器,DAQ助手的参数就是传感器的相关参数,例如最大值、最小值、灵敏度等。点击运行按钮并在窗口中选择前面板,就可以看见信号各个参数的变化情况,图2是钻床没有开启时采集的信号程序图[5],运行时前面板运行情况如图3所示。

可以从图中的相应数据框中看见数据的变化。用波形图表可以描述各个参数随时间变化的情况。当开启钻床让钻头打在石子上时,可以通过此程序图在时域中对振动信号进行分析。

　　2.2　信号的频域分析

　　自然界中会有各种振动信号产生,一般情况下,振动信号的波型比较复杂,不会是纯粹的正弦波,而是各种频率成分的合成波形。从时域上很难分析出振动信号的频率成分,但是如果将信号从时域变换到频域之后,就很容易看出特征了,可以将一个信号的频谱提取出来。LabVIEW提供了FFT变换模块可以分析信号的频率特征,并可以通过单频测量提取特征信号,可以设置阈值报警程序,当振动信号的均方根数值大于预先设定的值时,系统就会提醒[6-7]。LabVIEW的频域分析程序图如图4所示。