基于LabVIEW的旋转机械振动相位软测量方法

    0 引言

    相位对于旋转机械振动分析非常重要,相位准确与否直接影响到转子动平衡的精度。虚拟仪器是现代计算机技术和仪器技术深层次结合的产物,是当今计算机辅助测试领域的一项重要技术,是当前测控领域的技术热点。Lab-VIEW是虚拟仪器概念的首创者,它包含了丰富的用于数据采集、分析表达及数据存储的库函数,在信号处理方面有着强大的功能。

    用虚拟仪器替代传统测试仪器进行振动的测试、分析已经成为一个新的研究热点。旋转机械振动测试分析时,振动相位测量的准确性和可靠性是影响虚拟仪器在该领域应用的一个重要因素。

    旋转机械振动相位有其特定的定义,即基频脉冲信号相对于振动信号高点的角度差。在工程上最为有用的是基频振动相位,在此主要讨论基频振动相位测量。

    1 基频分量提取

    旋转机械振动相位针对的是基频分量。实际振动信号中同时包括了基频、低频和高频等很多成分,需要从复杂的振动信号中提取出基频分量。基频分量可以通过数字滤波和相关滤波两种方法来实现。

    1.1 数字滤波器

    LabVIEW软件中的数字滤波器可以实现该功能。虽然使用简单,只需在基频附近设置一个带宽较小的带通滤波,但信号通过数字滤波器时,部分信号会引起失真;而且信号经过数字滤波器后会有一个时间延迟,和原始信号存在一个相位差,如图2所示。这样对测量结果势必会造成误差。

    1.2 相关滤波[1]

    设待滤波信号为y(t)=A0cos(X0t-U0)

    产生的正余弦信号分别为x1(t)=sinX0t;x2(t)=cosX0t

    令

    输出只保留直流成分,有

    之后从上面的x、y中解析出原始信号,便于信号的观察:

    这样就实现了从一个包含多种频率成分的信号中提取出所需要频率(基频)信号的功能,相当于实现了滤波。如图1和图3所示。

    2 相位测量方法

    2.1 相位概念

    测量振动相位目前主要采用的是脉冲法。脉冲法测量相位的基本原理:在转子上贴一反光条或开一键槽,采用光电传感器或涡流传感器产生一个与转速完全同步的脉冲信号,求脉冲前沿与振动信号某一点之间的角度<,即为振动相位(见图4)。可以由式<=tT#2P得到,其中t是同一周期内方波的前沿与振动波形最大峰值之间的时间;T为振动波形整周期长度。

    2.2 提高相位测量精度的方法