基于LabVIEW的电机噪声测试系统研究

2013-06-27王传英王艳芹

大庆师范学院学报 2013年6期

关键词：均方虚拟仪器向量

王传英，王杰，崔峰，王艳芹，林芳

（1.大庆师范学院物理与电气信息工程学院，黑龙江大庆163712；2.大庆油田牡丹江新能源有限责任公司，黑龙江牡丹江153030）

基于LabVIEW的电机噪声测试系统研究

王传英1，王杰2，崔峰1，王艳芹1，林芳1

（1.大庆师范学院物理与电气信息工程学院，黑龙江大庆163712；2.大庆油田牡丹江新能源有限责任公司，黑龙江牡丹江153030）

以LabVIEW为基本平台，应用虚拟仪器技术对电机噪声振动信号进行检测与分析，对电机输入信号进行频谱分析，从而实现电机噪声源的识别与处理，为电机的故障诊断提供有效的参考依据。

LabVIEW；虚拟仪器；频谱分析；电机噪声

电机是目前工业生产中的主要动力来源，也是人们日常生活、工作、生产中的主要设备。但是，电机的噪声和振动也给人们日常带来不便。因此，对于电机振动和噪声的测试、分析和抑制方法的研究得到广泛的关注。应用虚拟仪器技术对电机噪声振动信号进行检测及分析是一种可行的解决途径。本文将虚拟仪器技术应用于电机噪声信号的研究，并开发了基于LabVIEW的电机噪声在线检测及分析系统，该系统有效的分析了电机噪声振动的机理；并对电机噪声振动信号处理方法进行分析研究，着重从频域分析进行电机振动信号的处理。该系统能实时显示采集到的信号的波形和频域变换的图形，并将电机噪声信号的相关参数测量出来。

1 电机噪声特性

电机噪声包含电磁噪声、机械噪声和空气动力噪声三大类。电磁噪声与电机气隙磁场及电磁力波、定子振动特性有直接关系；机械噪声除了由安装不良导致的机械噪声之外，还与机械构件的振动有直接的关系；空气动力噪声则主要有旋转噪声、涡流噪声和笛鸣噪声三种。电机的机械振动系统是声波源之一，因此与电机噪声有直接关系。电机运转工作过程产生的各类振动是电机噪声的主因。电机振动是电机的运行状态及其噪声特性的直接反映，是电机振动监测及电机故障诊断的主要途径。

噪声的测量方法有振速法、声压级测量和声强测量。声压级测量方法对测试现场的环境要求比较高，需要特定环境才可实施测量。声强测量需要与被测电机具有较小的测试距离，造价较高。因此综合各项指标要求，采用振速法进行在线电机噪声检测比较合适。振速法是基于一定的声频率范围，此范围内的振动将激发空气介质的相应振动，向外部辐射声波噪声，因此通过固有频率的辐射声波的测量来确定噪声辐射。振速法使用的环境是背景噪声较大的场所，比较适合稳态生源的测量，可以通过简化测点的振动以提高该方法在电机噪声测量上的精确度。

2 基于虚拟仪器的测试系统

2.1 系统硬件构成

该系统以PC和虚拟仪器为核心组成。系统的主要工作原理是用声传感器作为电机振动信号的检测元件，通过DAQ数据采集卡送到虚拟仪器与PC中，通过LabVIEW平台进行电机振动信号的处理与分析，从而实现电机噪声的在线检测与分析，对电机噪声进行频谱分析，确定噪声源及故障诊断。系统硬件结构框图如图1。

图1 系统硬件结构框图

2.2 电机噪声对消算法

本系统采用自适应算法实现噪声对消及抑制。通过虚拟仪器的LabVIEW平台创建自适应滤波器，即根据一定的性能规范，在电机噪声的未知和可变环境中，无需人为干预而实现的自适应噪声对消技术。本系统设计的自适应滤波算法采用最小均方算法，最小均方算法滤波器是以横向结构为基础构建的，其最基本的形式设计简单，运算高效，被广泛应用。

最小均方算法由Widrow和Hoff于上世纪六十年代提出，该算法采用一种特殊的梯度估值，简单易行，不需要离线方式的估值。

2.2.1 最小均方（LMS）算法

考虑自适应横向滤波器，各参数为实数情况，误差e可表示为