鄒世明 張祥明

( 井岡山大學 機電工程學院，江西 吉安 343009)

1 LabVIEW 簡述

LabVIEW 是美國NI 研發(fā)的一種基于G 語言的圖形編程開發(fā)環(huán)境，是一種用圖標代替文本行創(chuàng)建應用程序的圖形化編程語言。用該種方式開發(fā)完成的程序，其構(gòu)成文件大部分都是后綴名為vi 的文件，這些文件因其后綴而被叫做VI。VI文件一般有四個組成部分:首先是前面板，前面板主要的功能是交互，將使用者輸入的數(shù)據(jù)和指令輸送給另一個組成部分框圖，而計算和分析結(jié)果也在前面板上以數(shù)字、圖形或是表格等各式各樣的方式表現(xiàn)出來。其次是框圖部分，該部分中主要是負責將前面板接到的指令進行計算，然后將最終的計算結(jié)果傳輸給使用者。還有就是圖標，圖標是VI 文件的外在的圖形符號，LabVIEW 為了滿足使用者對圖標的不同喜好，專門設置了圖標編輯器，從而讓使用者們能夠自主的制作自己所欣賞的圖標。最后的一個組成部分則是連線板，該部分是自定義輸入和輸出。以上四個部分共同組成了VI 文件，在彼此的相互配合下，使該文件的功能得到良好發(fā)揮。

2 振動信號的時域分析

常見的反映振動信號的基本特征參數(shù)有:均值μ、均方根Xrms、峰峰值φx。均值反映信號的靜態(tài)分量，即常值分量。均方根也稱作為有效值，它的計算方法是先平方、再平均、然后開方。峰峰值主要是針對周期穩(wěn)態(tài)信號而言，對于隨機信號無法確定。

(1)均值

振動信號的均值是樣本函數(shù)x(k)在整個時間坐標上的積分平均，其物理含義為該振動信號變化的中心趨勢，離散振動信號均值計算公式為

(2)均方根

振動信號的均方根是為信號的有效值，離散振動信號均方根計算公式如下:

(3)峰峰值

振動信號的峰峰值是信號最高正峰max{x(k)}到最低負峰min{x(k)}的距離，離散振動信號峰峰值計算公式為φx=max{x(k)}－min{x(k)}。

3 振動信號的頻域分析

傅立葉變換作為平穩(wěn)信號分析、處理的一項關(guān)鍵技術(shù)，能夠?qū)⒁粋€時域的問題通過傅立葉變換能轉(zhuǎn)化成頻域的問題來分析研究。設x(t)為t 的函數(shù)，并且滿足狄氏條件，具體的計算式如下:X(f)=∫+∞－∞x(t)e－2πftdt。

連續(xù)傅立葉變換實現(xiàn)了測試信號從時域到頻域的轉(zhuǎn)換，在理論分析中具有很大的價值。雖然其功能強大，但是連續(xù)傅立葉變換也有自身的不足之處，它不能直接使用在計算機技術(shù)上，因為繁瑣的計算限制了它的進一步發(fā)展。這種情況的改善是源于離散傅立葉變換的出現(xiàn)，離散傅里葉變換讓數(shù)學方法與計算機技術(shù)進行了很好的融合，兩者的融合使得工程的發(fā)展有了更大的保障依據(jù)。設x(k)為一時域數(shù)字序列，具體的計算方式如下

對于離散傅立葉變換，求出N 點x(k)需要N2次復數(shù)乘法，N(N－1)次加法運算。每次復數(shù)乘法要做四次實數(shù)乘法，兩次實數(shù)加法運算。這樣當N 很大時，所需的計算工作量也是相當可觀的。為了進一步減少計算量，庫利－圖基于1965年提出了快速傅立葉算法，使用快速傅立葉變換，計算N 點離散傅立葉的計算量由N2次復數(shù)乘法降為Nlog2N 次復數(shù)乘法，計算強度明顯降低。

4 電機振動信號檢測分析

電機振動信號的由速度傳感器檢測電動機振動信號，從速度傳感器檢測到的電機振信號往往比較小，易受噪聲影響，在用數(shù)據(jù)采集卡采集前，先要將微弱信號放大預處理，然后再利用數(shù)據(jù)采集卡進行數(shù)據(jù)采集，利用LabVIEW 中的分析函數(shù)和功能模塊對特征信號值進行數(shù)字濾波以及進一步的分析處理，采用一定機制方法，如值域判定、時域判定、幅度譜判定、相位譜判定、功能判定和邏輯判定等作出評判，最后實現(xiàn)電機的健康診斷。當然由LabVIEW 軟件開發(fā)完成的工作有數(shù)據(jù)采集、信號處理、健康診斷。其檢測分析具體過程見圖1 所示。

圖1 振動信號檢測分析框圖

我們根據(jù)電機在正常運轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的震動和噪聲，對檢測處得振動信號進行詳細全面的檢測，由于電機工作時要經(jīng)歷啟動、加速、勻速、減速到停止各個工作階段，為便于對電機的狀態(tài)分析，對其勻速運轉(zhuǎn)階段的振動信號進行分析。其振動信號時域波形和頻譜分析圖如圖2、圖3 所示:

圖2 振動信號時域波形

圖3 頻譜分析圖

5 結(jié)論

LabVIEW 提供了豐富的圖形化的編程方法，在設計具體的系統(tǒng)過程中可以徹底的從復雜枯燥的編程工作中解放出來，而不需要用大量的精力去搭建實驗系統(tǒng)設備，完成工程設計與應用的效率有了大大的提高。本文將虛擬儀器技術(shù)與電機信號檢測技術(shù)相結(jié)合。研究了基于LabVIEW 的電機振動信號檢測的方法，通過具體的應用測試，驗證了該系統(tǒng)的實用性與高效性。

［1］張桐，陳國順，王正林編著.精通LabVIEW 程序設計［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2008.

［2］楊樂平等.LabVIEW 高級程序設計［M］.北京:清華大學出版社，2003.