第17卷第4期軍械工程學(xué)院學(xué)報(bào)VoL. 17 No. 42005年8月Joumal of Ordnance Engineering CollegeAug.,2005文章編號(hào):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(jī)械振動(dòng)信號(hào)分析存在的不足,并與階次分析技術(shù)進(jìn)行比較。應(yīng)用虛擬儀器 LabvIew來(lái)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)信號(hào)重采樣階次分析,并進(jìn)行了實(shí)例驗(yàn)證。關(guān)鍵詞:旋轉(zhuǎn)機(jī)械;階次分析;重采樣;LabⅤIEW中圖分類(lèi)號(hào):TH5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(dòng)分析是對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)的重要組從中提取有用的頻率成分進(jìn)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(hào)的分析,有缺陷等故障并進(jìn)行修理,從而降低維護(hù)費(fèi)用。階次其局限性。對(duì)于機(jī)械變速或變工況下,產(chǎn)生的振動(dòng)分析( Order analysis)技術(shù)是一種基于角域采樣理信號(hào)為非穩(wěn)態(tài)信號(hào),當(dāng)軸轉(zhuǎn)過(guò)一周時(shí)等時(shí)間間隔采論的非穩(wěn)態(tài)振動(dòng)分析方法,它可以將機(jī)械變速過(guò)程樣的采樣點(diǎn)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(dòng)信號(hào)成分有效地分離出譜值,因此對(duì)較短時(shí)間內(nèi)信號(hào)的變化,特別是少數(shù)突來(lái)。與傳統(tǒng)的信號(hào)頻譜分析相比,可以克服“頻率出點(diǎn)(例如常見(jiàn)的瞬態(tài)脈沖)的影響將會(huì)消失掉,造模糊”現(xiàn)象。 LabvIeW為一種基于G語(yǔ)言( Graphics成所謂的“譜涂抹”現(xiàn)象,無(wú)法提取有用信息1Language—圖形化編程語(yǔ)言)的虛擬儀器軟件開(kāi)1.2階次分析發(fā)工具,應(yīng)用其中的工具包可以實(shí)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(dòng)次數(shù)),也即振動(dòng)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(hào)頻譜分析是將測(cè)量得到的時(shí)域信號(hào)式中:E為階次,n為參考軸轉(zhuǎn)速(r/min),f為信號(hào)通過(guò) Fourier變換轉(zhuǎn)換到頻域,然后觀察其譜圖,從的振動(dòng)中國(guó)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(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(50375157);軍械工號(hào)來(lái)仿真轉(zhuǎn)速程學(xué)院科學(xué)研究基金重點(diǎn)資助項(xiàng)目(YJXM04002)變化的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行階次分析,得到以頻率、時(shí)間和作者簡(jiǎn)介:田昊(1981-),男,碩士研究生幅值為坐標(biāo)的三維譜圖,也稱(chēng)“瀑布圖”?？梢郧宄?2軍械工程學(xué)院學(xué)報(bào)2005地看到3條與轉(zhuǎn)速有關(guān)的譜線(xiàn),圖中最右面的一條圖的影響。垂直于頻率軸的譜線(xiàn)為與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)的分量。2基于 LabVIEW的重采樣階次分析的實(shí)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(hào)采集模塊,數(shù)據(jù)分析處理(即重釆樣過(guò)程)模塊和結(jié)果顯示模塊。信號(hào)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(dòng)傳感器、電荷放大器、采集卡等硬件和計(jì)算機(jī);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(cè)量的模擬非電量信號(hào)通圖1階次分析三維譜圖過(guò)硬件電路轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)能處理的數(shù)字電壓信號(hào)當(dāng)前,有許多進(jìn)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(shí)質(zhì)是將時(shí)域的非以實(shí)現(xiàn)振動(dòng)信號(hào)的角域重采樣穩(wěn)態(tài)信號(hào)通過(guò)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(shí)現(xiàn)譜圖的繪制和顯示號(hào)。先以恒時(shí)間間隔增量4,記錄數(shù)據(jù)即對(duì)原始2.2框圖程序設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行第1次采樣,得到時(shí)域采樣信號(hào)。同時(shí),振根據(jù)以上模塊組成來(lái)進(jìn)行程序框圖的設(shè)計(jì),具動(dòng)信號(hào)和轉(zhuǎn)速信號(hào)也在相同的時(shí)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(hào)來(lái)控制采樣頻率,使采樣頻率跟蹤轉(zhuǎn)速的變化而變化來(lái)進(jìn)行第2次采樣即重采轉(zhuǎn)速信號(hào)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(jìn)行,就將等時(shí)間間隔的數(shù)字采樣轉(zhuǎn)變A數(shù)據(jù)獲的瞬時(shí)時(shí)間計(jì)算階次譜成等角度間隔的采樣,然后將重采樣得到的信號(hào)用取振動(dòng)信號(hào)角度坐標(biāo)表達(dá)出來(lái),進(jìn)行類(lèi)似于時(shí)間變量的傅氏變對(duì)振動(dòng)數(shù)據(jù)限蹤個(gè)別階次數(shù)據(jù)重采樣重采樣信號(hào)的幅值和相位換,就可獲得在角度坐標(biāo)上穩(wěn)定不移動(dòng)的基頻和其他階次的分量。這種方法也稱(chēng)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(guò)階次跟蹤得到的譜圖。1)通過(guò)轉(zhuǎn)速計(jì)和振動(dòng)傳感器對(duì)原始振動(dòng)信號(hào)和轉(zhuǎn)速信號(hào)分2路以一定的恒采樣率同步進(jìn)行等間隔時(shí)域采樣,得到采樣信號(hào)。2)通過(guò)采集的轉(zhuǎn)速信號(hào)序列,根據(jù)脈沖邊沿,對(duì)其插值來(lái)得到重采樣的瞬時(shí)時(shí)間。3)根據(jù)上一步驟得到的瞬時(shí)時(shí)間使用插值對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行軟件重采樣,獲取新的采樣點(diǎn),從而得到角域重采樣值。04)然后進(jìn)行下列分析:a.對(duì)角域采樣值進(jìn)行FFT變換,得到振動(dòng)信號(hào)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(shí)間間隔采b.沿著時(shí)間或轉(zhuǎn)速跟蹤某一階的幅值和相位。樣的信號(hào)轉(zhuǎn)換為等角度采樣的信號(hào),減少了一些特YH中國(guó)煤化工用 LabVIEW編寫(xiě)征點(diǎn)的丟失,能夠滿(mǎn)足FT變換對(duì)信號(hào)平穩(wěn)性的要的整CNMHG的重采樣階次分求在處理變速信號(hào)時(shí),有效地解決了“頻率模糊”析現(xiàn)象。對(duì)于轉(zhuǎn)速變化的旋轉(zhuǎn)機(jī)械由于它是按轉(zhuǎn)角3應(yīng)用實(shí)例位置分配采樣間隔的,所以剔除了轉(zhuǎn)速變化對(duì)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?dòng)信號(hào)進(jìn)行階次分析。圖5為原始時(shí)域信號(hào)(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(guò)經(jīng)實(shí)例驗(yàn)證重采樣階次分析技術(shù)是一種針對(duì)旋移動(dòng)時(shí)域信號(hào)波形上的指針可以選擇一段時(shí)間長(zhǎng)度轉(zhuǎn)機(jī)械行之有效的振動(dòng)分析方法,它能有效地得到的信號(hào),對(duì)這段信號(hào)進(jìn)行階次分析?？梢郧宄乜磁c設(shè)備轉(zhuǎn)速有關(guān)的振動(dòng)信號(hào),克服了傳統(tǒng) Fourier分到這段信號(hào)包含3個(gè)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(jìn)行模式識(shí)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(shí)際應(yīng)用過(guò)程中,仍需要考慮許多因素,比如非階次信號(hào)、高次階次諧波的影響,噪聲干擾等;另外在轉(zhuǎn)速的測(cè)量中由于無(wú)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(cè)量。所以還有很多有待深入研究的課題。012304正二506470-8坐時(shí)城制動(dòng)信號(hào)參考文獻(xiàn):[1]朱繼梅.非穩(wěn)態(tài)振動(dòng)信號(hào)分析[J].振動(dòng)與沖擊2000,19(1):86-87[2]郭瑜,秦樹(shù)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(dòng)工程學(xué)報(bào),2003,16[3]郭瑜,秦樹(shù)人,湯寶平,等,基于瞬時(shí)頻率估計(jì)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械階比跟蹤[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2003,圖5重采樣階次分析譜圖(責(zé)任編輯:劉宏波)中國(guó)煤化工CNMHG