基于Labview的动态信号虚拟测试分析系统
摘要
在航空、航天、交通、机械等工程中,动态测试与分析显得越来越重要。随着计算机和软件技术的发展,将虚拟仪器技术应用于动态测试分析中,更成为测试及故障诊断领域的新的发展方向。为此本课题研究开发了一PC机为硬件平台、以NI公司开发的Labview为软件平台,再配以必要的传感器、放大器等硬件组成的动态测试分析系统。该系统在计算机上通过软件的控制完成信号的产生、数据采集、数据分析处理等功能,能够满足实际动态测试分析的需要。
论文首先对虚拟仪器及Labview软件进行了简要介绍,探讨了虚拟仪器的烟化与发展,然后对测试系统的软件部分进行了详细介绍,按照信号产生、数据采集、信号分析处理的顺序一次对每一模块的功能和使用方法进行了介绍。接着,将编制好的测试软件联入整个测试系统中,通过对简支梁的振动信号的采集,验证所开发系统的性能,并通过锤击实验对简支梁的固有频率进行了测定,并画出简支梁的模态振型。再通过正弦扫频实验测定出简支梁的阻尼比。
本课题开发研制的基于Labview的动态信号虚拟测试分析系统,经过实验验证具有良好的性能,并准确测定了简支梁的固有频率,实验测定值与理论值误差在5%以下,达到了预期的结果,并且它具有良好的扩展性和较高的性价比,适合于实验室及工程人员的开发使用。
Dynamic measurement and signal analysis are becoming more and more important in the field of aircraft, spacecraft, communication and mechanical. With the development of software technique in test and fault diagnosis field, it is a new trend that the virtual instrument is used in dynamic signal testing. So the system is studied by using the software, Labview, and the hardware including PC, DAQ, sensor and amplifier. The computer controls the data output and acquisition, signal processing and etc, which can meet the need of dynamic measurement.
First, simple introduction on virtual instrument and Labview is made in the thesis. Second, the function and the usage of every module are studied in detail as the sequence of the signal generation, data acquisition and signal processing. Then the data of beam is recorded in vibration, which verifies the function of the dynamic testing and measure the natural frequency by pulse test. Based on the data, make the shape of vibration. Last, the ratio of damp is measured by sine test.
The result of experiment prove the practicability and accuracy of the system, which is easy to be developed by engineer for the good expansibility and high price performance ratio.
论文首先对虚拟仪器及Labview软件进行了简要介绍,探讨了虚拟仪器的烟化与发展,然后对测试系统的软件部分进行了详细介绍,按照信号产生、数据采集、信号分析处理的顺序一次对每一模块的功能和使用方法进行了介绍。接着,将编制好的测试软件联入整个测试系统中,通过对简支梁的振动信号的采集,验证所开发系统的性能,并通过锤击实验对简支梁的固有频率进行了测定,并画出简支梁的模态振型。再通过正弦扫频实验测定出简支梁的阻尼比。
本课题开发研制的基于Labview的动态信号虚拟测试分析系统,经过实验验证具有良好的性能,并准确测定了简支梁的固有频率,实验测定值与理论值误差在5%以下,达到了预期的结果,并且它具有良好的扩展性和较高的性价比,适合于实验室及工程人员的开发使用。
Dynamic measurement and signal analysis are becoming more and more important in the field of aircraft, spacecraft, communication and mechanical. With the development of software technique in test and fault diagnosis field, it is a new trend that the virtual instrument is used in dynamic signal testing. So the system is studied by using the software, Labview, and the hardware including PC, DAQ, sensor and amplifier. The computer controls the data output and acquisition, signal processing and etc, which can meet the need of dynamic measurement.
First, simple introduction on virtual instrument and Labview is made in the thesis. Second, the function and the usage of every module are studied in detail as the sequence of the signal generation, data acquisition and signal processing. Then the data of beam is recorded in vibration, which verifies the function of the dynamic testing and measure the natural frequency by pulse test. Based on the data, make the shape of vibration. Last, the ratio of damp is measured by sine test.
The result of experiment prove the practicability and accuracy of the system, which is easy to be developed by engineer for the good expansibility and high price performance ratio.
引文
[1]张义忠 冯振声.基于神经网络的复杂电子装备故障诊断系统[J].计算机工程与2000(3):159-161.
[2]黄忠文 黄志强 石大立.振动系统动态测试虚拟仪器的研究[J].风机技术计算机应用2006(1):25-28.
[3]蒋洪明 张庆.动态测试理论与应用[M].东南大学出版社,1999.
[4]秦树人.机械工程测试原理与技术[M].重庆大学出版社,2002,8.
[5]严普强 黄长艺.机械工程测试技术基础[M].北京:机械工业出版社,1985.
[6]卢文祥 杜润生.机械工程测试·信息·信号分析[M].华中理工大学出版社,1990.
[7]樊强 徐运涛.虚拟仪器的测试系统简介[J].军事通信技术,2001,9(1):16-19.
[8]赵永立 杨建成 张玉红.基于Labview的虚拟振动测试分析系统[J].天津工业大学报2006,8(4):77-80.
[9]石博强 赵德永 李畅.Labview6.1编程技术实用教程[M].中国铁道出版社,2002.
[10]黄泉水 王国治.基于Labview的虚拟振动信号分析仪设计[J].华东船舶工业学院学报,2004.
[11]基于Labview的虚拟仪器Ⅵ及应用.潍坊学院学报,2005年3月第5卷第2期.
[12]廖开俊 刘志飞.虚拟仪器技术综述[J].国外电子测量技术,2006年2月,第25卷 第2期.
[13]柏林 秦树人 刘小峰.国产化虚拟仪器的研究与开发[J].仪器研制与开发.
[14]侯国屏 王坤 叶其鑫.Labview7.1编程与虚拟仪器设计[M].清华大学出版社,2005.
[15]H.Goldberg.What is virtual instrument[J].IEEE Instrumentation & Measurement Magazine,2003,3(4):10-13.
[16]贺玲 严林波.基于虚拟仪器的远程校准系统软件[J].计算机应用研究,2002,(10):8-10.
[17]魏相华 张士文 赵继敏.虚拟仪器的发展现状和前景[J].工业控制计算机,2003,(3):1-2.
[18]黄大星 蒋天弟 王斌.虚拟仪器在现代测控系统中的应用[J].农机化研究,2006(6).
[19]杨可曼.关于虚拟仪器应用前景[J].高等函授学报(自然科学版),2004(6).
[20]瞿錾 邓居祁 盛旺.虚拟仪器的初探.长沙大学学报,2006(3).
[21]孙亚飞.测试仪器发展概述[J].仪器仪表学报,2003,24(5):480-484[3].
[22]瞿曌.水电机组在线状态监测和故障诊断网络化系统的设计与实现[J].电工技术学报,2005,20(3):94-99.
[23]T.Hogan,D.Heffernan.Virtual test reduces semiconductor product development time[J].Engineering Science and Education Journal,2001,10(3):106-112.
[24]瞿曌.基于虚拟仪器的过程控制远程实验系统[J].仪表技术与传感器,2005(4):35-37.
[25]宋光北.虚拟仪器技术的分析与研究[J].中原工学院学报,2006(4).
[26]刘君华.虚拟仪器图形化编程语言Labview教程[M].西安电子科技大学出版社,2003.
[27]刘保华 黄考利.虚拟仪器的软件实现方法[J].自动化博览,2002(1):34-36.
[28]James Truchard.虚拟仪器的未来[J].测控技术.2002,21(9).
[29]Ai X,Yang Y,Zhou X.Virtual Instrument Technology And Its Application to Power System [J].Dianli Xitong Zidonghna/Automation of Electric Power System.2001,25(15):54-57
[30]薛得凤.给予图形化编程语言Labview的一种虚拟仪器的实现[J].自动化仪表.2003,5
[31]瞿曌.基于虚拟仪器的输水管路泄漏检测系统[J].电气自动化,2005,27(1):54-56.
[32]Zhang Min,Xu Xun.Signal detection based on Labview and data acquisition card[J].Journal of northern jiaotong university,2000,24(5):78-81.
[33]K.Cavanaugh.An integrated diagnostics virtual test bench for life cycle support[C].Aerospace Conference,2001,IEEE Proceedings,2001,(7):7-16.
[34]Jozsef G.Nemeth,Balazs Vargha,Istvan Kollar.Online Frequency Domain System Identification Based on a Virtual Instrument[J].Instrumentation and Measurement.2000,49(6):1260-1263.
[35]Alfonso Carkisena,Carlos Macua,Miroslav Zivanovic.Instrument for the Measurement of the Instantaneouos Frequency[J].Instrumentation and Measurement.2000,49(4):783-789
[36]AH Taner,NM White.Virtual Instrumentation:a solution to the problem of design complexity in intelligent instruments[J].Measurement & Control.1996,29(7):165-171.
[37]Yulong Z,Yanbin Z,Liqing F.The integrative detecting instrumeng for military equipment based on Ⅵ technology[J].Proceedings of the International Symposium on Test and Measurement.2001,2:1493-1496.
[38]Leping Y,Haitao L.The application of virtual instrumentation in aerospace engineering education[J].Proceedings of International Symposiun on Test and Measurement.2001,2:927-930.
[39]张阳.虚拟仪器的发展及其在现代测试中的应用[J].中国科教杂志,2004(9):38-40.
[40]张微 晏康.虚拟仪器技术及其应用.中国科技信息,2006(8):209-210.
[41]卢文祥 杜润生.工程测试与信息处理[M].华中理工大学出版社,1994.
[42]金一庆 陈越.数值方法[M].机械工业出版社,2002.
[43]吴淼.现代工程信号处理及应用[M].中国矿业大学出版社,1997.
[44]屠良尧 李海涛.数字信息处理与ⅤⅪ自动化测试技术[M].国防工业出版社,2000.
[45]黄文虎 夏松波 刘瑞岩等.设备故障诊断原理、技术及应用[M].科学出版社,1997.
[46]Changting Wang,Robert Gao.A Virtual Instrumentation System for Integrated Bearing Condition Monitoring[J].Instrumentation and Measurement,2000,49(2):38-42.
[46]贝尔达·皮尔索(美)著,陵福根译.随机数据分析方法[M].国防工业出版社,1976.
[47]Cohen L Generalized phase-space distribution function.J,Math,Phys,1966(7):941-981.
[48]K.Cavanaugh.An integrated diagnostics virtual test bench for life cycle support[C].Aerospace Conference,2001,IEEE Proceedings,2001,(7):7-16.
[49]陈英涛,艾延廷,黄福幸.压电式加速度传感器灵敏度校准虚拟仪器设计[J].沈阳航空工业学院学报,2004,21(3).
[50]NI 4472 User Manual,National Instruments,May 2001 Edition.
[51]马明建,周长城.数据采集与处理技术[M].西安交通大学出版社,.
[52]Data Acquisition Basics Manual.USA:National Instruments Corporation,1999,6-2.
[2]黄忠文 黄志强 石大立.振动系统动态测试虚拟仪器的研究[J].风机技术计算机应用2006(1):25-28.
[3]蒋洪明 张庆.动态测试理论与应用[M].东南大学出版社,1999.
[4]秦树人.机械工程测试原理与技术[M].重庆大学出版社,2002,8.
[5]严普强 黄长艺.机械工程测试技术基础[M].北京:机械工业出版社,1985.
[6]卢文祥 杜润生.机械工程测试·信息·信号分析[M].华中理工大学出版社,1990.
[7]樊强 徐运涛.虚拟仪器的测试系统简介[J].军事通信技术,2001,9(1):16-19.
[8]赵永立 杨建成 张玉红.基于Labview的虚拟振动测试分析系统[J].天津工业大学报2006,8(4):77-80.
[9]石博强 赵德永 李畅.Labview6.1编程技术实用教程[M].中国铁道出版社,2002.
[10]黄泉水 王国治.基于Labview的虚拟振动信号分析仪设计[J].华东船舶工业学院学报,2004.
[11]基于Labview的虚拟仪器Ⅵ及应用.潍坊学院学报,2005年3月第5卷第2期.
[12]廖开俊 刘志飞.虚拟仪器技术综述[J].国外电子测量技术,2006年2月,第25卷 第2期.
[13]柏林 秦树人 刘小峰.国产化虚拟仪器的研究与开发[J].仪器研制与开发.
[14]侯国屏 王坤 叶其鑫.Labview7.1编程与虚拟仪器设计[M].清华大学出版社,2005.
[15]H.Goldberg.What is virtual instrument[J].IEEE Instrumentation & Measurement Magazine,2003,3(4):10-13.
[16]贺玲 严林波.基于虚拟仪器的远程校准系统软件[J].计算机应用研究,2002,(10):8-10.
[17]魏相华 张士文 赵继敏.虚拟仪器的发展现状和前景[J].工业控制计算机,2003,(3):1-2.
[18]黄大星 蒋天弟 王斌.虚拟仪器在现代测控系统中的应用[J].农机化研究,2006(6).
[19]杨可曼.关于虚拟仪器应用前景[J].高等函授学报(自然科学版),2004(6).
[20]瞿錾 邓居祁 盛旺.虚拟仪器的初探.长沙大学学报,2006(3).
[21]孙亚飞.测试仪器发展概述[J].仪器仪表学报,2003,24(5):480-484[3].
[22]瞿曌.水电机组在线状态监测和故障诊断网络化系统的设计与实现[J].电工技术学报,2005,20(3):94-99.
[23]T.Hogan,D.Heffernan.Virtual test reduces semiconductor product development time[J].Engineering Science and Education Journal,2001,10(3):106-112.
[24]瞿曌.基于虚拟仪器的过程控制远程实验系统[J].仪表技术与传感器,2005(4):35-37.
[25]宋光北.虚拟仪器技术的分析与研究[J].中原工学院学报,2006(4).
[26]刘君华.虚拟仪器图形化编程语言Labview教程[M].西安电子科技大学出版社,2003.
[27]刘保华 黄考利.虚拟仪器的软件实现方法[J].自动化博览,2002(1):34-36.
[28]James Truchard.虚拟仪器的未来[J].测控技术.2002,21(9).
[29]Ai X,Yang Y,Zhou X.Virtual Instrument Technology And Its Application to Power System [J].Dianli Xitong Zidonghna/Automation of Electric Power System.2001,25(15):54-57
[30]薛得凤.给予图形化编程语言Labview的一种虚拟仪器的实现[J].自动化仪表.2003,5
[31]瞿曌.基于虚拟仪器的输水管路泄漏检测系统[J].电气自动化,2005,27(1):54-56.
[32]Zhang Min,Xu Xun.Signal detection based on Labview and data acquisition card[J].Journal of northern jiaotong university,2000,24(5):78-81.
[33]K.Cavanaugh.An integrated diagnostics virtual test bench for life cycle support[C].Aerospace Conference,2001,IEEE Proceedings,2001,(7):7-16.
[34]Jozsef G.Nemeth,Balazs Vargha,Istvan Kollar.Online Frequency Domain System Identification Based on a Virtual Instrument[J].Instrumentation and Measurement.2000,49(6):1260-1263.
[35]Alfonso Carkisena,Carlos Macua,Miroslav Zivanovic.Instrument for the Measurement of the Instantaneouos Frequency[J].Instrumentation and Measurement.2000,49(4):783-789
[36]AH Taner,NM White.Virtual Instrumentation:a solution to the problem of design complexity in intelligent instruments[J].Measurement & Control.1996,29(7):165-171.
[37]Yulong Z,Yanbin Z,Liqing F.The integrative detecting instrumeng for military equipment based on Ⅵ technology[J].Proceedings of the International Symposium on Test and Measurement.2001,2:1493-1496.
[38]Leping Y,Haitao L.The application of virtual instrumentation in aerospace engineering education[J].Proceedings of International Symposiun on Test and Measurement.2001,2:927-930.
[39]张阳.虚拟仪器的发展及其在现代测试中的应用[J].中国科教杂志,2004(9):38-40.
[40]张微 晏康.虚拟仪器技术及其应用.中国科技信息,2006(8):209-210.
[41]卢文祥 杜润生.工程测试与信息处理[M].华中理工大学出版社,1994.
[42]金一庆 陈越.数值方法[M].机械工业出版社,2002.
[43]吴淼.现代工程信号处理及应用[M].中国矿业大学出版社,1997.
[44]屠良尧 李海涛.数字信息处理与ⅤⅪ自动化测试技术[M].国防工业出版社,2000.
[45]黄文虎 夏松波 刘瑞岩等.设备故障诊断原理、技术及应用[M].科学出版社,1997.
[46]Changting Wang,Robert Gao.A Virtual Instrumentation System for Integrated Bearing Condition Monitoring[J].Instrumentation and Measurement,2000,49(2):38-42.
[46]贝尔达·皮尔索(美)著,陵福根译.随机数据分析方法[M].国防工业出版社,1976.
[47]Cohen L Generalized phase-space distribution function.J,Math,Phys,1966(7):941-981.
[48]K.Cavanaugh.An integrated diagnostics virtual test bench for life cycle support[C].Aerospace Conference,2001,IEEE Proceedings,2001,(7):7-16.
[49]陈英涛,艾延廷,黄福幸.压电式加速度传感器灵敏度校准虚拟仪器设计[J].沈阳航空工业学院学报,2004,21(3).
[50]NI 4472 User Manual,National Instruments,May 2001 Edition.
[51]马明建,周长城.数据采集与处理技术[M].西安交通大学出版社,.
[52]Data Acquisition Basics Manual.USA:National Instruments Corporation,1999,6-2.