第17卷第4期軍械工程學(xué)院學(xué)報VoL. 17 No. 42005年8月Joumal of Ordnance Engineering CollegeAug.,2005文章編號:1008-2956(2005)04-0041-03基于 LabvieW的重采樣階次分析技術(shù)田昊,欒軍英,鄭海起,俞文文,高永生(軍械工程學(xué)院火炮工程系,河北石家莊050003)摘要:分析了將傳統(tǒng)的 Fourier分析應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)機械振動信號分析存在的不足,并與階次分析技術(shù)進行比較。應(yīng)用虛擬儀器 LabvIew來實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)機械的振動信號重采樣階次分析,并進行了實例驗證。關(guān)鍵詞:旋轉(zhuǎn)機械;階次分析;重采樣;LabⅤIEW中圖分類號:TH5文獻標(biāo)識碼:AResampling Order analysis Based on Lab vIEWTIAN Hao, LUAN Jun-ying, ZHENG Hai-qi, YU Wen-wen, GAO Yong-shengDepartment of Guns Engineering, Ordnance Engineering College, Shijiazhuang 050003, ChinaAbstract: The paper analyzes the disadvantage of utilizing Fourier analysis to study the rotary machineryvibration signal, compares it with order analysis and represents the superiority, utilizes the virtual instru-ment LabvieW to analyze the rotary machinery vibration signal and certifies it through exampleKey words: rotary machinery; order analysis; resampling; LabVIEW振動分析是對旋轉(zhuǎn)機械進行狀態(tài)監(jiān)測的重要組從中提取有用的頻率成分進行故障診斷。這種基于成部分,它可以預(yù)先發(fā)現(xiàn)由旋轉(zhuǎn)部件引起的磨損和 Fourier變換的譜分析只適用于穩(wěn)態(tài)信號的分析,有缺陷等故障并進行修理,從而降低維護費用。階次其局限性。對于機械變速或變工況下,產(chǎn)生的振動分析( Order analysis)技術(shù)是一種基于角域采樣理信號為非穩(wěn)態(tài)信號,當(dāng)軸轉(zhuǎn)過一周時等時間間隔采論的非穩(wěn)態(tài)振動分析方法,它可以將機械變速過程樣的采樣點數(shù)是不同的。另外由于是平均意義上的中產(chǎn)生的與轉(zhuǎn)速有關(guān)的振動信號成分有效地分離出譜值,因此對較短時間內(nèi)信號的變化,特別是少數(shù)突來。與傳統(tǒng)的信號頻譜分析相比,可以克服“頻率出點(例如常見的瞬態(tài)脈沖)的影響將會消失掉,造模糊”現(xiàn)象。 LabvIeW為一種基于G語言( Graphics成所謂的“譜涂抹”現(xiàn)象,無法提取有用信息1Language—圖形化編程語言)的虛擬儀器軟件開1.2階次分析發(fā)工具,應(yīng)用其中的工具包可以實現(xiàn)重采樣階次分為了克服上述應(yīng)用傳統(tǒng) Fourier分析存在的不析足,可采用階次分析技術(shù)。階次就是參考軸(如主1傳統(tǒng) Fourier分析與階次分析的比軸)每轉(zhuǎn)內(nèi)發(fā)生的循環(huán)振動次數(shù)),也即振動頻率與軸頻之比。較階次與頻率的關(guān)系為:1.1傳統(tǒng) Fourier分析f=E傳統(tǒng)的信號頻譜分析是將測量得到的時域信號式中:E為階次,n為參考軸轉(zhuǎn)速(r/min),f為信號通過 Fourier變換轉(zhuǎn)換到頻域,然后觀察其譜圖,從的振動中國煤化工地表示和轉(zhuǎn)速收稿日期:2005-05-11;修回日期:2005-06-有關(guān)的據(jù)圖CNMHG基金項目:國家自然科學(xué)基金資助項目(50375157);軍械工號來仿真轉(zhuǎn)速程學(xué)院科學(xué)研究基金重點資助項目(YJXM04002)變化的振動信號進行階次分析,得到以頻率、時間和作者簡介:田昊(1981-),男,碩士研究生幅值為坐標(biāo)的三維譜圖,也稱“瀑布圖”。可以清楚42軍械工程學(xué)院學(xué)報2005地看到3條與轉(zhuǎn)速有關(guān)的譜線,圖中最右面的一條圖的影響。垂直于頻率軸的譜線為與轉(zhuǎn)速無關(guān)的分量。2基于 LabVIEW的重采樣階次分析的實現(xiàn)2.1主要結(jié)構(gòu)模塊該系統(tǒng)主要有3大模塊構(gòu)成:信號采集模塊,數(shù)據(jù)分析處理(即重釆樣過程)模塊和結(jié)果顯示模塊。信號采集模塊主要由硬件和軟件組成。硬件部分包括轉(zhuǎn)速傳感器、振動傳感器、電荷放大器、采集卡等硬件和計算機;軟件部分就是數(shù)據(jù)采集程序。60本模塊的主要功能是將被測量的模擬非電量信號通圖1階次分析三維譜圖過硬件電路轉(zhuǎn)化成計算機能處理的數(shù)字電壓信號當(dāng)前,有許多進行階次分析的方法,重采樣方法數(shù)據(jù)分析處理模塊是本系統(tǒng)的核心部分。它可就是其中之一。這種方法的實質(zhì)是將時域的非以實現(xiàn)振動信號的角域重采樣穩(wěn)態(tài)信號通過恒定角增量采樣轉(zhuǎn)變?yōu)榻怯虻姆€(wěn)定信結(jié)果顯示模塊實現(xiàn)譜圖的繪制和顯示號。先以恒時間間隔增量4,記錄數(shù)據(jù)即對原始2.2框圖程序設(shè)計數(shù)據(jù)進行第1次采樣,得到時域采樣信號。同時,振根據(jù)以上模塊組成來進行程序框圖的設(shè)計,具動信號和轉(zhuǎn)速信號也在相同的時間間隔被同步采體步驟如下(如圖3):樣,然后根據(jù)轉(zhuǎn)速信號來控制采樣頻率,使采樣頻率跟蹤轉(zhuǎn)速的變化而變化來進行第2次采樣即重采轉(zhuǎn)速信號確定重采樣樣,如果我們要求重采樣按每一轉(zhuǎn)速周期固定采樣次數(shù)的方式進行,就將等時間間隔的數(shù)字采樣轉(zhuǎn)變A數(shù)據(jù)獲的瞬時時間計算階次譜成等角度間隔的采樣,然后將重采樣得到的信號用取振動信號角度坐標(biāo)表達出來,進行類似于時間變量的傅氏變對振動數(shù)據(jù)限蹤個別階次數(shù)據(jù)重采樣重采樣信號的幅值和相位換,就可獲得在角度坐標(biāo)上穩(wěn)定不移動的基頻和其他階次的分量。這種方法也稱為階次跟蹤分析圖3重采樣階次分析步驟框圖圖2就是經(jīng)過階次跟蹤得到的譜圖。1)通過轉(zhuǎn)速計和振動傳感器對原始振動信號和轉(zhuǎn)速信號分2路以一定的恒采樣率同步進行等間隔時域采樣,得到采樣信號。2)通過采集的轉(zhuǎn)速信號序列,根據(jù)脈沖邊沿,對其插值來得到重采樣的瞬時時間。3)根據(jù)上一步驟得到的瞬時時間使用插值對振動信號進行軟件重采樣,獲取新的采樣點,從而得到角域重采樣值。04)然后進行下列分析:a.對角域采樣值進行FFT變換,得到振動信號圖2階次跟蹤譜圖的階次譜由于這種階次跟蹤分析是將基于等時間間隔采b.沿著時間或轉(zhuǎn)速跟蹤某一階的幅值和相位。樣的信號轉(zhuǎn)換為等角度采樣的信號,減少了一些特YH中國煤化工用 LabVIEW編寫征點的丟失,能夠滿足FT變換對信號平穩(wěn)性的要的整CNMHG的重采樣階次分求在處理變速信號時,有效地解決了“頻率模糊”析現(xiàn)象。對于轉(zhuǎn)速變化的旋轉(zhuǎn)機械由于它是按轉(zhuǎn)角3應(yīng)用實例位置分配采樣間隔的,所以剔除了轉(zhuǎn)速變化對頻譜第4期田昊等:基于 LabVIEW的重采樣階次分析技術(shù)HolmE me+呂m ss scn圖4重采樣階次分析程序框圖應(yīng)用以上程序?qū)σ环抡嬲駝有盘栠M行階次分析。圖5為原始時域信號(下圖)和相應(yīng)的階次譜4結(jié)論圖(上圖)。譜圖中橫軸為階次,縱軸為譜值,通過經(jīng)實例驗證重采樣階次分析技術(shù)是一種針對旋移動時域信號波形上的指針可以選擇一段時間長度轉(zhuǎn)機械行之有效的振動分析方法,它能有效地得到的信號,對這段信號進行階次分析?？梢郧宄乜磁c設(shè)備轉(zhuǎn)速有關(guān)的振動信號,克服了傳統(tǒng) Fourier分到這段信號包含3個階次(4階7階和8階)分量,析的不足,為后續(xù)階次分量的提取并進行模式識別并能觀察出相應(yīng)的能量大小。和故障診斷打下較好的基礎(chǔ)。當(dāng)然,在實際應(yīng)用過程中,仍需要考慮許多因素,比如非階次信號、高次階次諧波的影響,噪聲干擾等;另外在轉(zhuǎn)速的測量中由于無法施加負(fù)載造成診斷精度差,還有轉(zhuǎn)速的變化或不穩(wěn)定造成其難以測量。所以還有很多有待深入研究的課題。012304正二506470-8坐時城制動信號參考文獻:[1]朱繼梅.非穩(wěn)態(tài)振動信號分析[J].振動與沖擊2000,19(1):86-87[2]郭瑜,秦樹人,湯寶平.基于分段重疊零相位濾波的三190三階比跟蹤濾波法[J].振動工程學(xué)報,2003,16[3]郭瑜,秦樹人,湯寶平,等,基于瞬時頻率估計的旋轉(zhuǎn)機械階比跟蹤[J].機械工程學(xué)報,2003,圖5重采樣階次分析譜圖(責(zé)任編輯:劉宏波)中國煤化工CNMHG