張曉娜++胡孟謙

摘要：虛擬儀器技術的軋機振動測試系統(tǒng)應用加速度傳感器和數(shù)據采集卡采集軋機的振動信號，使用LabWindows/CVI編程語言及小波分析，完成軋機振動的測試和信號的頻譜分析、小波消噪處理及振動信號的特征提取，找到振動信號的奇異性。

Abstract： The paper introduces the mill vibration test system based on the virtual instrument technology. The vibration acceleration sensors and data acquisition card are used to collect the vibration signal of rolling mill. By using LabWindows/CVI programming languages and Wavelet analysis， the test system realizes vibration test and frequency spectrum analysis，in addition， completes Wavelet denoising and feature extraction of vibration signals， finds the vibration signal singularity.

關鍵詞：虛擬儀器；小波；軋機；振動；測試

Key words： virtual instrument；wavelet；rolling mill；vibration；test

中圖分類號：TG333 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）29-0241-03

0 引言

在軋機工作過程中需要準確地檢測軋機的振動情況，分析信號的故障特征，研究對軋機系統(tǒng)振動加以控制和消除的方法和措施，從而提高產品質量，避免軋制設備的損壞。本實驗軋機振動測試系統(tǒng)利用LabWindows/CVI編程，將數(shù)據采集、信號分析和處理有機結合，集成化開發(fā)平臺與交互式編程方法，使得測試與分析系統(tǒng)根據研究需要得以開發(fā)和應用。

1 測試系統(tǒng)硬件

振動測試系統(tǒng)由加速度傳感器、信號調理器、數(shù)據采集裝置和PC機等構成。加速度傳感器為ICP型壓電式傳感器，用于對軋機振動的檢測。信號調理器將傳感器輸出的交流信號經隔離、放大后并行輸出；數(shù)據采集裝置采用數(shù)據采集卡USB-6210，完成信號的不間斷采集與存儲。在軋機入口處安裝光電傳感器，便于測試系統(tǒng)的自動采集振動信號。

2 測試系統(tǒng)軟件設計

測試系統(tǒng)的軟件使用LabWindows/CVI進行設計。為使測試系統(tǒng)在不同計算機環(huán)境下使用，還可將測試程序編譯為可執(zhí)行文件。在軋機振動測試中，通過虛擬儀器測試界面完成對信號的測試參數(shù)和信號分析的設置和操作。

3 測試分析方法

3.1 小波分析理論基礎

4 測試與數(shù)據分析

振動測試采用加速度傳感器進行，以輥系振動測試為重點，同時對主機架垂直振動也進行了測試，為分析主機座各部件間的振動傳遞與耦合提供依據。

4.1 振動測試

測試軋機在常規(guī)軋制下支撐輥的垂直振動和軋機空載運轉機架的垂直振動。加速度傳感器安裝在下支撐輥軸承座上，在機架的兩個測點（水平、垂直方向）分別安裝一個加速度傳感器。

軋機壓靠實驗下支撐輥振動波形如圖1所示，軋機機架振動波形如圖2所示。

在軋機壓靠試驗中，軋機下支撐輥操作側有周期性振動，主頻在100Hz左右，隨著軋制速度的增加，其主頻變化不大。在軋機空載實驗中，機架在測點1和測點5的振動均未發(fā)現(xiàn)單一頻率的規(guī)律性振動。

4.2 振動信號小波消噪處理

小波函數(shù)選擇：dbN2小波函數(shù)，5層，采用硬閾值處理，對軋機在常規(guī)軋制過程中機架（測點1）的振動信號進行降噪處理。

在軋機常規(guī)軋制中，機架振動信號中含有許多尖峰和突變部分，噪聲并非白噪聲，用一維小波分析的硬閾值消噪處理可以最大程度的保留信號中關鍵的特征信息，如圖3所示。

4.3 振動信號小波分層頻率特征分析

將軋機壓靠試驗中下支撐輥的振動信號分為5層，小波函數(shù)：dbN2小波函數(shù)，采用硬閾值處理。在不同層上我們可以看出信號的不同頻率特征：最低頻層a5反映信號波形的概貌，最高頻d1層反映信號局部波形的細節(jié)，在d1層的150和350采樣點附近的振動頻率明顯高于其他位置，如圖4所示。

軋機振動信號中的突變常表現(xiàn)在某一時刻內，振動的幅值發(fā)生突變，在采用小波分析這種奇異性時，需要選擇合適的尺度，以充分發(fā)揮小波分析良好的局部化分析。

5 結語

利用虛擬儀器技術LabWindows/CVI開發(fā)軋機振動測試系統(tǒng)，實現(xiàn)了振動信號的測試與分析。通過測試及分析可以看出：在AGC軋機壓靠過程中，軋機下支持輥操作側產生周期性振動。用一維小波分析的硬閾值消噪處理可以最大程度的保留信號中關鍵的特征信息，采用軟閾值處理可以觀察到振動信號的奇異性。因此，用小波分析信號的特征信息，需要選擇合適小波函數(shù)和尺度，才能發(fā)揮其良好的局部化分析功能。

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