機械振動(dòng)信號分析系統開(kāi)發(fā)

隨著(zhù)現代化工業(yè)大生產(chǎn)的不斷發(fā)展，機械設備的結構變得越來(lái)越復雜，并且經(jīng)常運行于高速、重載以及惡劣環(huán)境等條件下。由于各種因素的干擾和影響，會(huì )導致機械設備發(fā)生故障，輕則降低生產(chǎn)質(zhì)量或導致停產(chǎn)，重則會(huì )造成嚴重的甚至是災難性的事故。為此，為盡最大可能地避免事故的發(fā)生，機械設備狀態(tài)監測與故障診斷技術(shù)近年來(lái)得到了極為廣泛的重視，其應用所達到的深入程度十分令人鼓舞。目前，機械設備狀態(tài)監測與故障診斷已經(jīng)基本上形成了一門(mén)既有理論基礎、又有實(shí)際應用背景的交叉性學(xué)科。

　　在實(shí)際應用中，故障與征兆之間往往并不存在簡(jiǎn)單的一一對應關(guān)系，一種故障可能對應著(zhù)多種征兆，反之一種征兆也可能是由于多種故障所致。因此，通常必須要借助信號處理等手段從采集的原始數據中加工出特征信息，提取特征量，從而保證有效、準確地進(jìn)行故障診斷，也就是說(shuō)，信號處理與故障診斷有著(zhù)極為密切的聯(lián)系，信號特征提取是故障診斷中必不可少的一個(gè)重要環(huán)節[1]。

　　故障診斷技術(shù)的各種理論研究和方法探討最終都必須落實(shí)到具體診斷裝置的研制上。而傳統的測控儀器以硬件為關(guān)鍵，其開(kāi)發(fā)與維護的費用高、技術(shù)更新周期長(cháng)、價(jià)格高、儀器功能柔性差、不易與其他設備連接等特點(diǎn)，越來(lái)越不能滿(mǎn)足科技進(jìn)步的要求。虛擬儀器的出現改變了這樣的局面，它充分利用了計算機技術(shù)來(lái)實(shí)現和擴展傳統測試系統與儀器的功能。

　　NI公司的圖形化編程語(yǔ)言L(fǎng)abVIEW成為當今虛擬儀器開(kāi)發(fā)最流行的一種語(yǔ)言。LabVIEW的最大特點(diǎn)是用圖標代碼來(lái)代替編程語(yǔ)言創(chuàng )建應用程序。LabVIEW有豐富的函數、工具包、軟件包、數值分析、信號處理、設備驅動(dòng)等功能，還有應用于專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)模塊，解決了傳統的虛擬儀器系統采用C、C++、匯編等語(yǔ)言存在的編程、調試過(guò)程繁瑣、開(kāi)發(fā)周期長(cháng)、對編程人員要求高等問(wèn)題，廣泛地應用于航空、航天、電子、機械等眾多領(lǐng)域[2，3]。

　　本文基于LabVIEW開(kāi)發(fā)一個(gè)針對旋轉機械故障診斷的振動(dòng)信號分析系統，并在成都飛機設計研究所某航空設備監控上獲得了應用。

　　系統設計

　　根據信號分析系統的設計原則，又考慮到LabVIEW具有圖形化編程特點(diǎn)以及豐富的工具箱。因此，筆者選用NI公司的Lab VIEW 7.1作為信號分析系統的開(kāi)發(fā)平臺。

　　筆者開(kāi)發(fā)的信號分析系統主要分為三大模塊，即文件管理模塊(文件的讀取及存儲)、信號分析模塊、顯示模塊。按照圖1所示的使用流程對這三個(gè)模塊進(jìn)行設計。

　　由于讀取數據以及后面的數據分析存在明顯的先后順序，因此采用順序結構將數據讀取模塊、信號分析模塊結合起來(lái)，構成統一的總程序。圖2示出總程序。左側框圖內實(shí)現信號的讀取與存儲的程序。由于讀取的數據類(lèi)型不同，因此采用選擇結構。右側是程序主體部分，用于實(shí)現信號分析及處理，包括幅域分析、時(shí)域分析、頻域分析。由于信號分析方法的多樣性，信號分析模塊采用事件結構，通過(guò)調用子程序的辦法來(lái)實(shí)現。信號分析系統總界面見(jiàn)圖3。