基于Labview的振动信号测试系统设计

谭伟超（江门职业技术学院，529000）



基于Labview的振动信号测试系统设计

谭伟超
（江门职业技术学院，529000）

摘要：本文基于Labview8.5软件的设计，采用NI公司的PCI-6024采集卡，将虚拟仪器技术应用于振动测试系统设计。设计的功能主要包括采集数据实时显示、信号参数检测、存储及系统分析等功能，该系统可以还可以对振动信号进行在线监测和故障报警。通过设计，能够对数据进行时域显示和频域分析处理。该振动测试系统降低了企业成本，缩短了分析的时间，界面直观，能够广泛应用于振动信号监测。

关键词：Labview；信号检测；数据采集；振动测试

0 引言

美国国家仪器（NI）的虚拟仪器Labview，运用图形化编程和计算机强大的数字处理能力，设计了一种新的振动测试系统。虚拟仪器不仅具备了传统仪器的采集、自动测试、数据处理、和用户上位机操作界面等功能，而且其性价比高、可维护性简单，具有广阔的市场应用前景，推动了测试系统和仪器控制设计方法的发展。

1 振动测试分析系统

本文设计思路是在Labview平台上开发出一套对不良振动机械的检测系统，振动信号采集系统包括振动传感器、信号调理设备、数据采集卡和上位机软件。所以，本文把整个系统分成以下5个模块：数据采集、信号预处理、时域分析、和时频分析等，如图1所示。

图1 硬件系统设计方案

图2 系统硬件设备图

如图2所示，振动测试系统硬件由振动传感器、PCI数据采集卡、上位机Labview软件组成。首先通过激励力发生器产生振动信号 ，振动轴在此激振力的作用下产生相应的振动输出响应，然后利用振动传感器收集振动信号信息，振动信号传感器型号是澄科 CT1005LC ICP，CT系列传感器是将电荷放大电路集成内置在压电传感器内，产品具有抗干扰好，性价比好，可以方便搭配NI的数据采集卡，通过信号调理设备完成对振动传感器信号调理，经过数据采集卡转换，用Labview自带子VI进行频域分析，给出不同振动状态下的频域分析曲线。

2 数据采集系统

在振动测试系统设计中，数据采集部分是十分重要，对系统的稳定性和正确性起到一个关键的作用，对信号的多通道单点采集和连续采集，实现信号的实时监测，采集的数据可以保存，所以本次设计采用PCI -6024数据采集卡，它高达24路数字I/ O；32位计数器，NI-DAQmx测量服务使配置和测量更容易。在数据采集前对各项参数设置好后，例如通道号或者采样频率等参数的设置，工程实际中采样频率一般取信号最高频率的10倍以上，本系统的采样频率可以由用户自己来设置。采集的信号可以利用labview软件的波形图分析，该系统的数据采集程序如图3所示。

图3 数据采集程序框图

数据采集步骤如下：

（1）采样频率的设置。采样频率设置时要满足采样定理，本系统的采样频率由用户自己来设置。

（2）确定采样通道以及每个通道所采集的振动信号类型。可从通道CH0～CHl中任意选中一个来实现。

（3）程控增益的选择。程控增益是为了提高系统的分辨率，利用程控增益放大来提高输入电压的增益，因此，通过A/D转换电路后，信号的幅值增大实现了转换的精度提高。

3 LabVIEW程序设计

系统的前面板如图4所示。主界面的左侧为系统参数设置区域，包括通道的选择、数字滤波器设置、振动信号报警值的设定、窗函数选择以及数据存储。右侧为数据采集信号分析区域，主要包括信号的时域分析和频域分析。

图4 前面板

当运行程序时，在主模块界面可对振动信号进行实吋采集处理，由于已经根据振动原理编写了函数运算方法，运算速度大大提高，用户可实时地观察振动的时域、频域变化情况。

系统的时域分析模块包括信号发生、自相关分析和互相关分析三部分。

互相关函数分析直接反映了两个信号的相关性，将激振信号和所测得的响应信号进行互相关处理，可以得到由激振而引起的响应幅值和相位差。相互函数在工业控制与检测中有广发的应用，例如检测机械设备故障诊断、振动控制中识别传递问题和工

图5 互相关分析前面板

业噪声传递主要通道。

4 总结

本文设计了一套振动测试的虚拟仪器系统。系统采用模块化设计，功能包括：数据采集、文件管理、信号预处理和时域分析等。采用了虚拟仪器的方式，替代传统的大型测量仪器，经过测试，本文设计的系统稳定方便，而且它的模块化编程使程序的扩展变得很灵活，该系统硬件配置，使系统携带方便，有利于工程振动测试。振动故障检测对于企业生产有重要意义，将振动分析算法转换成为虚拟仪器应用程序，实质上就是将虚拟仪器技术的实际测量与控制系统结合在一起，虚拟仪器技术必将在更多、更广的领域得到应用和普及。

参考文献

［1］孙亚飞.测试仪器发展概述［J］.仪器仪表学报，2003，12（3）︰12-13

［2］周泓，汪乐宇，陈祥献.虚拟仪器系统软件结构的设计［J］.计算机自动测量与控制，2000，4（20）︰20-40

［3］秦展田，王斌武，王焱玉.基于虚拟仪器的振动测试分析系统设计［J］.煤矿机械，2007，28（10）︰ 96-99.

Design of vibration signal testing system based on Labview

Tan Weichao
（Jiangmen Polytechnic，529000）

Abstract：In this paper，based on Labview8.5 software，using PCI-6024 data acquisition card of NI company，the application of virtual instrument technology in the design of vibration test system.The design features include the function of real-time data display，signal detection，parameter storage and system analysis，the system can also be on the vibration signal of the on-line monitoring and fault alarm.Through the design of data display，can in time domain and frequency domain analysis processing.The vibration test system can reduce the cost and shorten the analysis time，intuitive interface，and can be widely applied to vibration signal monitoring.

Keywords：Labview；signal detection；data acquisition；vibration test

作者简介

谭伟超，1986.6.30，硕士研究生。