基于虚拟仪器的现场动平衡测试仪的开发
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摘要
研究表明，旋转机械的振动主要是由不平衡引起的。因此，对于各类旋转机械，在制造和使用时都要对转子或整机进行严格的动平衡。现场动平衡技术以其方便，高效，低廉的特点取得了越来越广泛的应用。
目前所用的大部分动平衡仪器，仍属传统仪器范畴，虽然已取得了良好的效果，但仍存在某些不足。例如单片机类型的动平衡仪器，因其主芯片性能和存储器容量的限制，对于信号处理的大量数字运算能力不强，小振动信号的测试性能不佳，系统功能的可扩展性有限。
现在，计算机技术和仪器仪表技术的结合，产生了虚拟仪器——基于计算机的采集测试和分析技术，仪器逐渐进入虚拟仪器时代。
为适应现代动平衡的需要，提高测试精度，本文将虚拟仪器技术(Ⅵ)，数字信号处理技术与现场动平衡技术结合起来，利用图形化编程软件LabVIEW，组建开发了基于虚拟仪器技术的现场动平衡测试系统，将动平衡测试技术的开发重点由过去的硬件设计转向数字化测量的软件设计。
与传统动平衡仪相比，木仪器面板更加友好，使用更加方便；可通过采集卡，串口通信两种方式进行数据采集；利用相关原理对采集到的数字信号进行分析处理，提高了测试结果精确度和稳定性，并用软件方法解决了因漏采信号，引起的对信号处理的不良影响；包含多种平衡方法；具有一定的故障诊断能力，可扩展性好；并利用DLL技术实现了LabVIEW应用程序与C++Builder数据库功能的相结合。
经过对风机的单校正面平衡和对双盘单轴转子的双校正平衡实验证明，该仪器平衡效果显著，已达到仪器产品要求。
It has been proved that Unbalance defect of rotor is one of the main reasons that cause the vibration of rotating machinery. So the strict dynamic balance on the rotor is needed in its manufactory and use. The field whole-machine balancing method is practically been applying more and more widely because of its high precision, low cost, and fast effect.
At present, although have got good effect, the most balancing instruments practically applied still belong to the category of traditional instruments, and have some disadvantages. For example, because of the limit of their CMOS chip performances and the capability of their memorizers, this kind of balancing instruments based on singlechip machine are not fit for large digital operations in signal processing, and have difficult in test faint signal of vibration, and their expansibility are not good.
Now, with computers being introduced into electronic measurement field, the virtual instruments (VI), computer acquisition test analysis instruments, was born.
In order to fit the demand of dynamic balance and improve the accuracy of the measure result, this paper combined the the technique of virtual instruments with that of field whole-machine dynamic balancing, and a set of dynamic-balancing measuring and test instruments on technique of VI was developed by Lab VIEW.
Compared to the traditional dynamic balancing instruments, this instruments has the more friendly soft panel, and can be used more conveniently; has two mode to get digital signal, one is by acquisition clip and the other by series communication; use Crosscorrelation analysis to improve the accuracy of the measure results; use software method to eliminate the bad influence caused by missing signals; have multiple methods of dynamic balance; have some functions of fault-diagnosis; and combined Lab VIEW program with database using DLL.
It has been proved that the balancing instrument can be used more conveniently, has complete functions and can obtain satisfying result. So it will be a new product soon.
目前所用的大部分动平衡仪器，仍属传统仪器范畴，虽然已取得了良好的效果，但仍存在某些不足。例如单片机类型的动平衡仪器，因其主芯片性能和存储器容量的限制，对于信号处理的大量数字运算能力不强，小振动信号的测试性能不佳，系统功能的可扩展性有限。
现在，计算机技术和仪器仪表技术的结合，产生了虚拟仪器——基于计算机的采集测试和分析技术，仪器逐渐进入虚拟仪器时代。
为适应现代动平衡的需要，提高测试精度，本文将虚拟仪器技术(Ⅵ)，数字信号处理技术与现场动平衡技术结合起来，利用图形化编程软件LabVIEW，组建开发了基于虚拟仪器技术的现场动平衡测试系统，将动平衡测试技术的开发重点由过去的硬件设计转向数字化测量的软件设计。
与传统动平衡仪相比，木仪器面板更加友好，使用更加方便；可通过采集卡，串口通信两种方式进行数据采集；利用相关原理对采集到的数字信号进行分析处理，提高了测试结果精确度和稳定性，并用软件方法解决了因漏采信号，引起的对信号处理的不良影响；包含多种平衡方法；具有一定的故障诊断能力，可扩展性好；并利用DLL技术实现了LabVIEW应用程序与C++Builder数据库功能的相结合。
经过对风机的单校正面平衡和对双盘单轴转子的双校正平衡实验证明，该仪器平衡效果显著，已达到仪器产品要求。
It has been proved that Unbalance defect of rotor is one of the main reasons that cause the vibration of rotating machinery. So the strict dynamic balance on the rotor is needed in its manufactory and use. The field whole-machine balancing method is practically been applying more and more widely because of its high precision, low cost, and fast effect.
At present, although have got good effect, the most balancing instruments practically applied still belong to the category of traditional instruments, and have some disadvantages. For example, because of the limit of their CMOS chip performances and the capability of their memorizers, this kind of balancing instruments based on singlechip machine are not fit for large digital operations in signal processing, and have difficult in test faint signal of vibration, and their expansibility are not good.
Now, with computers being introduced into electronic measurement field, the virtual instruments (VI), computer acquisition test analysis instruments, was born.
In order to fit the demand of dynamic balance and improve the accuracy of the measure result, this paper combined the the technique of virtual instruments with that of field whole-machine dynamic balancing, and a set of dynamic-balancing measuring and test instruments on technique of VI was developed by Lab VIEW.
Compared to the traditional dynamic balancing instruments, this instruments has the more friendly soft panel, and can be used more conveniently; has two mode to get digital signal, one is by acquisition clip and the other by series communication; use Crosscorrelation analysis to improve the accuracy of the measure results; use software method to eliminate the bad influence caused by missing signals; have multiple methods of dynamic balance; have some functions of fault-diagnosis; and combined Lab VIEW program with database using DLL.
It has been proved that the balancing instrument can be used more conveniently, has complete functions and can obtain satisfying result. So it will be a new product soon.
引文
[1]钟一谔等．《转子动力学》．清华大学出版社．1987
[2]王汉英等，《转子平衡技术与动平衡机》．机械工业出版社．1988
[3]明日和彦等．《动平衡实验》．吉林人民出版社．1980
[4]叶能安等．《动平衡原理和动平衡机》．华中工学院出版社．1985
[5]季文美．《机械振动》．科学出版社．1885
[6]周仁睦，《转子动平衡—原理、方法和标准》，1992．3．
[7]周保堂，《旋转机械的动平衡原理和方法》，1991．9．
[8] F.LIN, M.P.SCHOEN, U.A.KORDE, Numerical Investigation with rub-Related Vibration in Rotating Machinery, Journal of Vibration and Control, 7:833-848,2001
[9]杜民 主编，《C++ Builder 4.0程序设计与开发指南》，高等教育出版社，1999．12
[10]任常锐 黎涛，《C++ Builder 4.0高级编程》，机械工业出版社，2000．1
[11]沈美明 温冬蝉，《IBM-PC汇编语言程序设计》，清华大学出版社，1991．6
[12]王士元，《C语言高级实用程序设计》，清华大学出版社，1996．6．
[13] Mitty C.Plummer, University of North Texas, Denton, Texas, A New Approach to Balancing ,Sound And Vibration, November, 2000.
[14] Nation Instruments Corporation, Lbview quickstart guide
[15] Nation Instruments Corporation, Labview data acquisition basics manual
[16] Nation Instruments Corporation, Lbview user manual
[17] Nation Instruments Corporation, Labview function and Ⅵ reference manual
[18] Nation Instruments Corporation, Bridgeview and Labview G progamming reference manual
[19] Nation Instruments Corporation, Labview ⅤⅪ Ⅵ reference manual
[20] R.L. Fox. "Two Planes Balancing Techniques, Balancing of Rotating Machinery" . March, 1984, Philadelphia, Pennsylvania
[21] C .ALAUZE, J.DER HAGOPIAN, Active Balancing of Turbomachinery: Application to Large Shaft Lines, Journal of vibration and Control, 7:2249-278,2001.
[22] A.G. Parkinson, "Balancing of Rotating Machinery" , Prod. of Inst. Mech. Eng. PartC, J. Mech. Eng. Sc. Vol. 205, 1991
[23]林君，程德福，《微型计算机卡式仪器原理、设计与应用》，国防工业出版社，1996年6月。
[24]岑汉钊，《化工机械测试技术》，化学工业出版社，1989．5．
[25]中泰计算机技术研究所，《PC-6310卡用户手册》
[26]卢文祥，杜润生．《机械工程测试-信息-信号分析》．华中理工大学出版社．1989
[27]郑叔芳，《计算机辅助测试》，航空工业出版社，1992
[28]吴湘淇，《信号、系统与信号处理》(上)(下)，电子工业出版社，1996．8．
[29]vpp-7软面板规范
[30]李春森 路林吉，开放式虚拟仪器标准简介，世界仪表与自动化．1999．3(3)．
[31]王仲文 等译，精通串行通信，电子工业出版社，1995年2月．
[31]姚滨，大型高速转子的参数识别与动力学仿真系统，浙江大学硕士毕业论文，1999．3
[32]朱景琳，基于DSP的智能现场整机动平衡仪的开发和研制，浙江大学硕士毕业论文，2001．2
[33]应怀樵，虚拟仪器与计算机采集测试分析仪器的发展和展望，测控技术，2000．19．(8)
[34]程虎，从智能仪器到虚拟仪器——现代仪器的重大进展，现代科学仪器，1994,3．
[35]黄昭毅，虚拟仪器和智能仪器在故障诊断中的应用，设备管理和维修，1999．
[36]许东芹 何志伟，基于虚拟仪器的计算机测试系统面向对象模型的建立，计算机自动测量与控制，2001．9(1)．
[37]文晓 朱中梁，可视化信号分析平台研究，电信技术研究，1999年第10期。
[38]陈敏 汤晓安，虚拟仪器软件labview与数据采集，小型微型计算机系统，2001．22(4)．
[39]洪迈生 梁学军 魏元雷，虚拟基准、虚拟量仪、虚拟仪器和误差分离技术，振动、测试与诊断，2000．20(2)．
[40]连海洲 赵英俊，计算机化仪器技术发展与展望，测控技术，2001．20(10)．
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[42]任献彬 张公学，“虚拟仪器”软件及其设计规则探讨，电子测量技术．-2000,(002)．
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[45]郑莹娜 刘强，过程软测量虚拟仪器系统集成，自动化仪表,2000,021(005)．
[46]赵怀宇 包达志，一种PC数据采集系统的虚拟仪器软件设计，电力情报，2000。
[47]杨红 李斌，在LabVIEW上构造复杂多任务应用程序，测控技术,2000．019(001)．
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[49]周泓 汪乐宇 等，虚拟仪器系统软件结构的设计，计算机自动测量与控制，2000．8(1)．
[50]叶林 林良真，基于PCI总线的实时数据采集系统，测控技术，1999．018(005)
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[54]李扬 郑莹娜，国产A／D 卡动态链接库设计及其与虚拟仪器平台LabVIEW的适配方法，电测与仪表．1998,35(10)．
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[56]戚海明 陈进 等，基于第三方DAQ的虚拟信号分析仪开发，振动工程学报，2000．13(5)．
[57]迪克编译，用C语言编写DOS设备驱动程序，中国科学院希望高级电脑公司，1991.2
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[62]张磊 王希东 等，虚拟仪器测试系统中实现数据共亨的方法，计算机自动测量与控制，2000．8(5)
[63]萨师煊 王珊，数据库系统概论，高等教育出版社，1989年12月。
[64]周泓 汪乐宇，VXI即插即用虚拟仪器软面板设计，现代科学仪器．-1998,(4)．
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[66]Bauer P,"Field balancing of Rotating Machinery", Power. oct.1983.
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[70]胡进 谷德巧，转子现场动平衡的稳定性讨论，振动与冲击，Vol．16 No．2 1997
[71]黄其明 廖鸿志，数值计算方法及其程序设计，云南大学出版社，1995．11
[72]何穷 刘正兴 等，数值计算方法，中国建筑工业出版社，1991．8
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[81]娄本刚，刘永清等，虚拟仪器在电力系统谐波测量中的应用，计算机自动测量与控制，2000．8(5)
[82]杨昌棋 秦树人 何辉，基于FFT的虚拟实时噪声倍频程分析仪，测控技术，2000．19(9)．
[83]罗江凯 丁康，在Labview中实现频谱校正，汕头大学学报(自然科学版)，2001．16(1)．
(84]郑建彬 徐金官，纺杯分梳辊动平衡机数字滤波算法研究，武汉汽车工业大学学报，1998．20(5)．
[85]王晓升 屈梁生，柔性转子键相信号初始相位及振动信号相位的确定，振动、测试及诊断，第16卷第3期，1996．9
[86]傅玉颖 洪泳平 等，植物油脂碟式分离机的整机动平衡技术，中国油脂，2000．25(1)．
[87]张义夫 初丽辉 等，专著高速动平衡程序的优化及应用，上海汽轮机，2000．3．
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