基于labview的冲击振动信号监测系统的设计

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1、基于Ul的冲击振动信号监测系统的设计拯青青马训鸣李海海张庆杰安工程大学机电工程学院摘要：借助软件平台，在加速度传感器、信号调理器、数据采集卡及计算机等硬件资源基础上，设计了一套冲击振动信号监测系统，着重开发设计了冲击振动信号分析系统，对振动信号在时域观察其波形，利用统计学得到信号在时域里的特征参数、在频域得到相频谱、幅频谱、自功率谱，并对信号进行自相关分析。关键词：冲击佶号■监测系统■作者简介：杨青青女，陕西西安人，硕士，研究方向为机电控制。收稿日期：2«Ki-e9-M基金：国防军工企业资助项目r2«IMM9>S^b4mfeselL^lqB

2、iX恥U8a^laAMftZCd鍪#——g1，巍—Abstract：MM.WUl±.M^SMvl*4k^drfsMb9^1rfsbMl4efW■H，rin

3、M4k.i，^i

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5、m4biii^lKeyword：UmmIwI：MIW3-M•引言在正常机械加工工业中，存在着很多复杂的冲击现象。刀具在非稳态切削中，在空行程后切入工件时受到了极大的瞬态冲击，刀具的冲击所产生的振动对材料的加工性能有很大的影响。如果能掌握冲击性能

6、和其产生振动之间的规律、就可以对冲击产生的振动进行优化，从而满足材料加工质量对切削的要求

7、国。■1随着微电子技术、计算机技术、软件技术和网络技术的迅速发展及其在电子测量技术与仪器领域中的应用，新的测试理论、方法、领域及新的仪器结构的不断出现，在许多方面已经冲破了传统仪器的概念，电子测量仪器的功能和作用也发生了质的变化。在这种背景下、2•世纪《•年代末，美国成功研制了“虚拟仪器”，虚拟仪器是现代计算机技术和仪器技术深层次结合的产物，是当今计算机辅助测试领域的一项重要技术I系统方案总体设计系统由硬件和测试分析软件两大部分组成、系统的总体设计如图I所

8、示。系统以ui为开发平台，软件是虚拟仪器的核心，系统软件由控制底层硬件管理模块&分析功能模块组成，完成虚拟仪器特定的逻辑分析处理过程。硬件是虚拟仪器工作的基础，主耍由加速度传感器及调理电路、数据采集卡和计算机组成、完成对被测信号的采集、传输、运算处理及显示测试结果等。图I系统的总体设计框图下载原图L■系统软件设计系统的编制过程中采用了结构化和模块化编程的基本思路M。软件应用斷冲实现了硬件-/I数据采集卡与UIVKV、软件之间的信号输送、借助滤波器等对原始信号进行滤波处理I并开发了一套高效、准确的信号分析系统。软件设计框图如图2所示。图2软件设计

9、框图下载原图a信号分析系统设计信号分析系统主要乜括时域分析、频域分析、相关性分析三大部分。信号分析系统前面板如图3所示。图3信号分析系统前面板下载原图XI信号的时域分析信号的时域分析包括时域的波形分析、统计学分析＜均值、方差、峰值、冇效值、振动烈度等〉。时域反应的是振动信号与时间一种函数关系，时域分析是指在时间的范畴内对振动信号进行分析的方法，时间波形显示，观察波形的突变、走向等M。通过求取在时域中振动信号的特征参数如峰值、均值、方差和均方值等以及在不同时刻的波形的相关性、可以达到对振动信号进一步分析的目的。以下为时域分析屮主要的振动信号特征参

10、数m。均值是平均数的简称，均值表示振动信号的直流成分。在振动信号时域分析具体计算时，将振动信号的数字序列创建一维数组，用下式求取均值。2＞方差在信号分析中方差是用来表示信号的波动分量、描述了交流分量的功率、是一组数集屮趋势或离散程度的重要指标。均方值是在信号分析中表示信号强弱的特征参数，还能够表示振动信号的平均功率。4＞振动烈度式中M＞—物体的振动速度、U/8振动烈度来衡量振动强度的大小，它反映了包含各次谐波能量的总振动能量的大小M。«＞峰值峰值是指振动波形中与横坐标偏移最大点的值。其表示式如下：具体求取上述各个特征参数时常用数字序列均值作为估

11、计值。系统应用软件实现对振动信号的特征参量进行计算。软件编程如图4所示。图4时域分析源程序下载原图同时拾取振动信号，计算出w的均值u和方差o,如果在切削过程中v超过设定的监测门限值P+o,则判断颤振发生W。系统发出报警显示，即指示灯亮。2.2信号的频域分析信号的频域分析是通过傅里叶变换将信号转换在频域中，实现了对信号在频域的分析包括幅值谱、相位谱、功率谱。对应的源程序如图《所示。图《频域分析源程序下载原图13信号的相关性分析自和关函数是一个信号值和该信号滞后一定时间t的另一个^44+0值的乘积、在吋间T内求其平均值：式屮：O）一自相关函数■T一

12、信号V«＞的滞后时间或者时间坐标的移动值■T一波形的历程时间。自相关函数是个偶函数，当T：•时，两条曲线就完全相似，此时自相关函数值最大，为均方值，当