基于VENZO880振动控制器的传感器瞬态捕捉测试.docx
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基于VENZO880振动控制器的传感器瞬态捕捉测试
毕业设计（论文）
题目：
基于VENZO880振动控制器的传感器瞬态捕捉测试
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摘要
本次毕业设计进行的是基于VENZO880振动控制器的传感器瞬态捕捉测试。
振动控制器的瞬态捕捉功能用于捕捉和分析瞬态加速度信号，比如跌落信号、碰撞信号或者冲击波。
通过VENZO880振动控制器采集传感器跌落或者碰撞得到的信号，再对捕捉到的瞬态冲击信号进行SRS分析，可立即评估该瞬态事件将造成的潜在损伤。
该振动控制器能够捕捉一系列的冲击波，采集的信号可以以指定的数据格式保存在电脑中用于后续详细分析。
关键词
振动控制器；传感器；瞬态捕捉；SRS分析
ABSTRACT
ThisgraduationdesignisbasedonthetransientvibrationcontrollersensorVENZO880capturetest.Vibrationcontrollertransientcapturefunctiontocaptureandanalyzetransientaccelerationsignals,suchasdroppingthesignal,thesignalcollisionorshock.ByVENZO880vibrationcontrollerdroporcrashsensorsignalacquisitionobtained,andthenontocapturethetransientsignalSRSimpactanalysistoassessthepotentialdamagethatcanbecausedbytransienteventsimmediately.Thevibrationcontrollerisabletocaptureaseriesofshockwaves;signalacquisitioncanbesavedinthespecifieddataformatforsubsequentdetailedanalysisonthecomputer.
KeyWords：
VibrationController；Sensors；TransientCapture;SRSAnalysis
1引言
1.1课题背景及意义
振动试验主要通过对产品施加国标、军标所规定的振动，以检验产品耐振动的能力，考核产品在振动环境应力下的性能及表现，发现他们的设计缺陷，从而可以改进设计，提高性能和质量。
振动环境试验技术的主要应用可以分为两方面：
其一，产品的质量检验、加速老化试验以及结构的动态设计试验等；其二，产品的振动测试，将产品置于模拟的振动环境下，实现对其结构强度可靠性及操作可靠性的测试。
振动试验和控制技术在航空航天、军事和民用等领域有着广泛地应用，例如火箭、导弹发射后的振动，地震引起的建筑物振动、汽车和工业设备的实验室振动试验等等，可以提供有效的先进的试验方法，提高效率，缩短产品研制周期，创造极大的经济效益。
因此，有必要尽快发展我国自己的振动试验控制技术，以满足国防科研和经济发展的需要。
本次论文着重论述振动控制系统中的瞬态捕捉功能。
我国对于振动控制设备的研究起步较晚，从八十年代开始，我国才开始正式研究数字振动控制系统。
1985年华中理工大学研制了以APPLE-Ⅱ微机为基础的振动信号在线分析与检测系统，能够实时地对振动瞬态捕捉，存储显示等多种处理功能，尽管还不能对振动系统进行实时控制，但是也说明我国振动测试也朝着数字式的方向发展。
航空航天部623所研制的SKF-1、SKF-2随机振动数字式控制系统为数字式标准振动控制系统的研究提供了借鉴。
到了90年代，苏州试验仪器总厂研制成功的数字式标准振动控制仪：
SDVC系列正弦和RDVC振动控制仪。
同时，苏州东菱振动仪器有限公司也成功研制了SVC、RVC系列基于单板机的振动控制仪。
这时国内的数字控制系统的一般特点是：
以单板机作为系统的主控机负责系统的管理、数据传送、科学计算和实时控制；用微机作为系统的图形显示和数据存储设备，完成人机对话等。
因此存在运行速度慢，功能单一，使用不方便等缺点，系统的安全可靠性、性能指标等均与当前的国际水平有很大的差距。
本项目设计在深入分析国内外市场环境，全方位考察现有产品特点，充分考虑客户需求的情况下产生。
本项目设计通过振动控制器进行瞬态捕捉测试分析，对捕捉到的瞬态冲击信号进行分析可使用户立即评估该瞬态事件将造成的潜在损伤。
1.2课题的现状
目前，世界各国都在关注振动试验的研究，振动试验是信号处理技术、自动控制技术、电力电子技术相结合的高科技学科。
从上世纪60年代至今，振动试验的控制技术得到了飞速发展，已经从原来的模拟控制器发展到了数字控制器，并且随着控制理论、微电子技术和计算机技术的发展，性能在逐步提高。
一般情况下，瞬态捕捉是对采集到的瞬态加速度信号进行SRS（ShockResponseSpecture）冲击响应谱分析，对这些分析数据进行评估，可预知该瞬态事件将造成的潜在损伤。
1.3课题主要研究内容
针对目前市场上客户的需求，对捕捉到的瞬态冲击信号进行SRS分析可使用户立即评估该瞬态事件将造成的潜在损伤。
本论文以VENZO880振动控制仪为模型，进行传感器的瞬态捕捉功能分析。
瞬态捕捉功能用于捕捉和分析瞬态加速度信号，比如跌落信号、碰撞信号或者冲击波。
主要将针对以下内容进行研究：
（1）传感器的跌落瞬态信号的捕捉；
（2）传感器的碰撞瞬态信号的捕捉；
（3）对瞬态信号进行SRS分析研究。
2对VENZO880振动控制仪的认识
2.1硬件认知
VENZO880振动控制器外观见图2-1所示，后面板见图2-2所示。
VENZO880振动控制器前面板上有一个红色的急停按钮（Abort）、三个指标灯（Power、Ready和Control）和仪器型号等信息。
图2-1振动控制器前面板
仪器的后面板上有BNC输入接口，每个输入接口都支持DC、AC、ICP、电荷及TEDS的耦合方式。
驱动端口（Drive）用于驱动功放或液压伺服控制器。
AUX通道通常用作正弦试验中的频率参考信号，也可用于驱动第二套功放设备。
VENZO880振动控制器通过网络接口与计算机连接，网络连接可避免一些干扰信号进入振动控制系统。
后面板上还有一个数字I/O接口，可用于数据采集和驱动其它辅助设备，比如在振动、温度、湿度控制系统中，当振动系统因为某一原因停机后，可通过数字I/O接口设备控制温度、湿度控制系统停止工作。
图2-2振动控制器后面板
各部分名称及用途描述见图2-3及表2-1。
图2-3振动控制器结构图
表2-1振动控制器各部分名称及用途描述
序号
名称
用途与说明
1
急停按钮
如遇紧急情况，需要立即停止仪器工作，可使用急停按钮。
2
型号标签
仪器的型号。
3
运行指示灯
若仪器正常工作时，一直处于闪烁状态。
4
网络指示灯
若网络连接正常，则常亮。
5
电源指示灯
仪器电源连接正常后，电源指示灯显示为绿色。
6
电源开关
开启/关闭仪器电源。
7
电源插孔
用于连接电源线。
8
输入通道
信号的输入。
9
Drive输出
驱动信号输出。
10
AUX输出
AUX信号输出
11
网络连接口
用于与PC机相连。
12
外部急停接口
可外接中断信号，方便操作人员设置在一定条件下自动中断试验。
13
接地柱
接地柱。
14
DIO
用于数字信号的输入/输出。
15
ID标签
记录产品硬件编号。
2.2硬件连接
（1）由于本试验是对传感器进行瞬态捕捉测试，所以无需连接功率放大器和振动台，只需连接传感器。
如图2-4所示。
图2-4传感器与振动控制器连接图
（2）连接好振动控制仪的电源线。
（3）将振动控制器与PC机用供应商提供的专用网络连接线连接好。
（4）开启电源开关，见表2-1中的7所示，电源指标灯（Power）即显示为绿色，这时即表明仪器电源线已经连接好。
网络指示灯（Ready）开始闪烁，则网络连接线已经连接妥当。
2.3软件认知
在起始页中，选择所需的试验，即可进入试验，图2-5所示。
进入试验软件后，设置试验参数，才能开始运行试验。
图2-5振动控制软件开始界面图
选择“瞬态捕捉”试验点击，进入瞬态捕捉试验界面，进行参数设置。
瞬态捕捉界面如图2-6所示.
图2-6瞬态捕捉功能实验界面
在这一软件界面中，默认的显示窗口分为上、下两部分。
默认窗口的上部分显示理想波形和所有输入通道的信息。
其中：
脉冲：
显示信号的幅值和宽度（持续时间）。
积分区间：
信号速度的积分区间以及变形分析的计算区间。
速度变化量：
信号的速度变化量。
低通滤波：
低通滤波的截止频率。
最大值：
信号的幅值最大值。
最小值：
信号的幅值最小值。
下部为时域显示窗格，显示理想波形、高中断、低中断和输入通道的时域信号。
3传感器的选型
振动是工程中普遍存在的现象。
振动测试通常用于寻找振源、振动强度、可靠性和舒适性等问题的分析，近年来更是成功用于重要设备本身的监测、状态识别、故障诊断等方面。
目前，大型成套设备本身的结构及其运行的机制通常相当复杂，利用振动响应和系统动态特征的变化来进行故障监测、预报是设备故障诊断重要研究手段之一。
振动测量中，常需测量位移、速度和加速度三个基本量，而位移、速度和加速度三者之中只需测出其一，其余两个量就可以通过相应的微积分运算电路计算得到。
在各类振动测量传感器中，压电式加速度计因其具有体积小、重量轻、频响范围宽（0.1Hz~20Hz）、加速度测量范围大、测量精度高、抗干扰能力强，可在常温和高温下测量等优点，从而在加速度测量系统中广为应用。
因此，本试验选用压电式IEPE加速度计，产品型号为122A50，传感器的典型幅频特性，如图3-1所示。
图3-1压电式IEPE加速度计幅频特性
3.1测振原理
压电式传感器是利用弹簧质量系统原理。
敏感芯体质量受振动加速度作用后产生一个与加速度成正比的力，压电材料受此力作用后沿其表面形成与这一力成正比的电荷信号。
其实现原理如图1所示，当与被测物固定在一起的加速度传感器受到振动时，压电元件在受被测物惯性力的作用下，产生相应的加速度，即F=ma。
其中，F为被测物产生的惯性力；m为被测物的质量；a为加速度。
同时，惯性力F作用于传感器上，其内部的压电元件表面产生的电荷Q正比于作用力F，亦即与试件的加速度成正比，因此有：
（式1）
其中：
d为压电元件的压电常数
压电式加速度传感器具有动态范围大、频率范围宽、坚固耐用、受外界干扰小以及压电材料受力自产生电荷信号不需要任何外界电源等待点，是被最为广泛使用的振动测量传感器。
3.2传感器的参数
160Hz，30ms-2压电式IEPE加速度计传感器的参数如表3-1所示。
表3-1压电式IEPE加速度计参数
参考灵敏度
50.6mV/g或5.16mV/ms-2
横向灵敏度比
≤5%
幅值非线性
≤1%
测量范围
±100g
抗冲击
±3000g
频率范围
0.5~8000Hz
直流偏置电压
11±1VDC
供电电源电压
+18~+28VDC
电源恒流源
2~10mA
输出阻抗
<100欧姆
工作温度
-40~+120℃
重量
21g
安装螺栓
M5
安装平面直度
<3μm
安装扭矩
<3N.m
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