基于LabVIEW的振动状态监测与分析系统Word文档下载推荐.docx
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幅值、频率以及相位是振动分析的三大要
素。
故障的严重程度，故障的性质频率和相位。
此外，我们还可以通过进一步的利用时域的波形、轴心轨迹形状以及运动的方向、温度与压力变化的趋势分析或者相关性分析等方式来确定是否存在故障。
机组振动故障，人的经验分析判断是十分困难的。
总之，关键重要设备的振动状态监测可以产生巨大的经济效益。
因此，本论文的研究工作其主要意义是：
重点分析了当前监测与分析系统在汽轮机故障中的应用，并为相关管理人员的维护和检修过程中的作用进行了相应的研究，可以大大延长检修周期，提高检修质量，减少备件的购买和储备，提高汽机转子的管理维修水平。
从而有效的避免了由于震动而导致的汽轮机故障出现的概率，有效的提升了该行业的整体生产效率。
面向转子机械的状态监测、故障诊断分析等技术涉及到机械制造、计算机技
术、转子动力学、信息处理、信号处理、电子技术等很多学科与技术的交叉应用。
将高新技术作用在电力整个行业的机械振动分析中，并提高分析系统的有效性就具有更为重要的现实意义了。
而虚拟仪器技术在当前的社会发展过程中，有效的提升了各行业的整体劳动生产率，不仅仅能够有有效的通过对高新模块的应用来提升机械设备的整体适用性，同样也能够极大通过与高效灵活的软件搭配更方便快捷的完成各项振动监测工作，并在这一过程中加入相关的网络管理因素，从而对电力行业的发展提供更为坚实的技术支持。
基于这一情况，我们可以认为结合NI数据采集卡的LabVIEW编程软件为开发虚拟仪器提供了一个较好的平台[3]，当前阶段，该技术的应用已经较为成熟，因此被广泛应用于多个行业中。
1.2虚拟仪器的概念
1956年美国国家仪器公司[4]National
Instruments
Corporation，简称NI首先提出虚拟仪器的概念
1.2.1国外研究现状
NI公司的LabWindows、LabVIEWHP公司的VEEDSP
Development
Corporation公司的DADisp等[36]。
文献[]自1988年以来，虚拟仪器产品逐渐在国际市场上市，在那个时候，虽然只有五家制造商推出了大约30款产品。
但随后的虚拟仪器的产品迅速增加，其制造商增加到了100多家，虚拟仪器产品更是远远超过了1000种。
文献[]到1994年底，NI公司，HP，Tekronix等公司所
提供的产品，在国际市场中的竞争力较强，在我国国内市场中同样可以购买到，但是相对于其他技术产品来说，整体价格偏高，NI
LabVIEW平台可以应用在多种终端与操作系统中扩展，并且自1986年推出便成为行业，[4]，[10]。
[6]。
，。
1.2.2国内研究现状
文献[]国内自1985年，COINV中国东方振动和噪声技术研究所[6]开始提出了PC卡泰PCCATAI
――微机卡式采集测试分析仪的概念，并推出DASP达世普软件随后又提出了“要把实验室拎着走”的口号，接着又进行了虚拟仪器库的平台开发，实现了INV虚拟仪器库。
文献[]哈尔滨工业大学仪器王电子有限公司文献[]北京中科泛华公司，同时也是美国国家仪器有限公司National
Instruments在中国大陆的系统的总联盟商和代理商。
文献[]各大高校和科研机构NI等公司1.3本文的任务和要求
第2章虚拟仪器
2.1虚拟仪器导论
文献[]中所介绍的量仪器的发展，实际上可以简要的划分为如下几个发展阶段：
模拟仪表――以19世纪的钟表技术、电磁磁电技术为主体，奠定了仪器仪表的基础
数字仪表――以20世纪60年代的半导体集成电路为主体，进入数字式测量仪器阶段
智能仪器――以20世纪70年代嵌入式计算机、大规模集成电路、精密模拟
电路为主体，进入智能化测量仪器阶段
虚拟仪器――以20世纪80年代计算机技术、微电子技术和数字信号处理技
术、精密模数转换技术为基础，进入基于计算机的测试测量阶段文献[]早期的仪器仪表作为测量工具往往是以通用测量仪器形式出现的，这些仪器来自不同的专业制造商那时，工程师和科学家们面对较为复杂的测试任务时，就会在整个工作台上堆满不同种类的测试仪器。
比如麦克风测试就需要数字电压表、扫频信号发生器、谐波分析仪、双踪示波器、频谱分析仪等多台通用测试仪器。
这种工作方式在过去是司空见惯的。
文献[]虚拟仪器出现后，同样的测试任务可以通过GPIB总线将这些仪器虚拟仪器出现后，人们称此前的这些仪器为传统仪器连通起来构成自动化测试系统。
2.1.1现代虚拟仪器的理念
目前对于虚拟仪器存在着许多相类似的说法：
文献[在NI的帮助文档中还可以看到这样的说法：
“在清华大学出版社2008年出版的《虚拟仪器设计基础教程》[]一书中第3.1节中也谈到：
文献[]基于虚拟仪器开发的当前状态，我们认为基本上是这样的：
虚拟仪器――基于计算机的测试，测量和自动化设备系统。
：
虚拟仪器所表述的内容
虚拟仪器的测量特性
。
从测量的角度来分析：
对于同一个被测量，具有相同功能的测量仪器，测量结果应该是一致的。
所以无论虚拟仪器还是传统仪器，我们在评价其测量特性时，会依据相同的技术标准。
图21传统仪器上与虚拟仪器下的面板
2.1.2虚拟仪器的构成
图22虚拟仪器――自动化测量系统
文献[]图22给出了早期虚拟仪器的基本构成主要体现在仪器控制应用，在现代自动化测试系统中我们依然可以看到这种构成模式。
其实，虚拟仪器的构成本身是多样化和十分灵活的，并不局限与某种特定的模式上面。
然而，随着现代虚拟仪器技术的不断发展，更多的虚拟仪器应用实例往往是采用下面的基本形式，参见下图。
图23虚拟仪器基本构成
图2-4虚拟仪器的构成方式
PC一DAQ系统文献[]基于的数据采集板卡虚拟仪器系统。
充分利用计算机资源，大大提高了测试系统的灵活性和可扩展性。
使用DAQ可以快速，轻松地建立一个基于计算机的工具，与A
/
D转换技术，仪表放大器技术，抗混叠滤波技
术的快速发展，数据采集采样率的已经达到了1GB
s，精度多达24位，通道数多达64个，数字I/O，模拟I/O，计数器/定时器通道的任意组合。
这种以电脑为基础的仪器，无论是用于高端仪器仪表质量，同时也满足测量需要的多样性。
GPIB系统。
VXI系统测试领域。
PXI系统文献[]虚拟仪器测试系统是一个PXI标准总线仪器模块与计算机的仪器硬件平台。
通过PCI的核心技术所产生的PXI，形成了成熟的技术规范和要求。
增加的多板同步触发的总线和参考时钟触发星形的总线架构，以及相邻的模块之间的高速通信的精确定时，为了满足测试和测量所增加的需求。
但PXI的成本是比较高的，硬件设计的复杂性，目前市场上品种少。
串口系统。
一。
2.1.3虚拟仪器与传统仪器的比较
1.性价比高。
2.智能化高。
3.界面友好，简单易用。
虚拟仪器的操作界面是以windows系统为蓝本开发的，因此在实际的操作过程中，不需要操作人员进行专门的培训，同时人机交互界面较为友好，极大的提升了系统的可操作性。
4.具备网络功能。
5.误差减小。
2.2
NI
LabVIEW
LabVIEW――是NI公司25年表21
LabVIEW的无与伦比的集成了成千上万的硬件设备驱动程序，并通过数百个先进的分析和可视化数据处理的内置库。
LabVIEW可以在多个目标平台和操作系统扩展，1986年平台推出以来，目前已经成为行业中的佼佼者。
图25LabVIEW图形化编程
基于文本的软件设计工程师，一直从事硬件电路的设计是一个难以接受的任务，因为他们非常害怕这样的计算机的程序设计，这些任务通常是由专业的软件开发人员完成。
文献[]现在，基于图形化的编程语言――LabVIEW的发明者帮助他们解决了这个问题。
工程师和科学家，这种图形化的编程方法很适合他们的工程应用工作。
特别是它与硬件模块NI的硬件模块进行有效连接给于了工程师和科学家更有力的支持。
第3章信号分析与处理
在的机械工程部门，如机床、汽车、飞机、汽轮机、内燃机、压缩机等机械装备中，机械振动分析、参数识别、模态分析、故障诊断。
一个随时间变化的量，来表示的函数。
这是信号的时域描述。
快速变化的信号，信号特征时域。
幅值频率值频带出现。
与此对应，一个随变化的量，信号频率的函数。
信号的频域描述。
表示又称作信号的频谱，幅频谱和相频谱等。
信号分析从尽可能少的信号中，尽可能多的有用信息。
时域分析和频域分析，只是同一现象。
时域分析直观看信号随时间的变化过程，看信号的频率成分。
而频域
分析与此相反。
工程实际中，选择分析方法，两种分析方法结合，测试信号中的信息。
3.1时域统计分析
是指对信号的各种时域参数、指标的估计计算。
1均值2均方值方差3有效值。
3.1.1时域指标参数
均值
当观测时间T趋于无穷时，信号在观测时间T内取值的时间平均就是信号的均值。
定义为
3-1
式中，信号的观测区间T。
实际中T值必均方值和方差常用符号表示。
均方值的定义为
3-2
如果对有限长的信号进行计算，则结果是对其均方值的估计。
均方值的正平方根，均方根值或有效值。
方差的定义为
3-3
信号中的动态部分方差。
标准差方差的正算术根。
若信号的均值为零，。
若信号的均值不为零时，则有下式
3-4
概率密度函数
随机信号的取值落在区间内的概率
3-5
式中，为信号取值落在区间内的总时间，T为总的观察时间。
当时，概率密度函数定义为
3-6
信号的概率分布函数随机信号值小于等于的概率。
常用表示。
概率分布函数的定义为
3-7
式中，信号取值满足的总时间，为总的观察时间。
3.2相关分析
相关在信号分析中非常重要。
是指变量之间的线性联系或相互依赖关系。
前面的讨论，变量之间的可通过反映变量的信号之间的投影内积大小来刻画。
设有实信号和，它们的内积可写成
3-8
其中，为信号和的观测时间。
信号和随自变量时间的取值相似，内积就大。
或者说和上的投影大。
反之亦然。
式3-8信号和的相关性度量指标。
另外，如将信号移动时间得到的相关性，然后再计算和的相关性。
这时信号和相关性指标
3-9
其中，信号和的观测时间，是信号的时间滞后，的函数。
观察的变化就可以了解信号和的相关性。
3.2.1自相关函数及其应用
为了反映信号自身取值随自变量时间前后变化的相似性，将式3-9中信号用信号代替，就得到信号
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