摘 要：現代機械製造中,振動測試、數據采集和數字信號處理為重（chóng）要的組成部分。過去的振動測試方法十分複雜繁瑣，需要大量的測試儀器，浪（làng）費不必要的資源。所以，設計一種基於 LabV IEW 的振動測試分析係統。該係統由硬件和軟件（jiàn）測（cè）試兩部分組成。可以對加工中的振動進行實時分析，通過實踐證明其有效（xiào）性和合理性。
 
       關鍵（jiàn）詞：LabV IEW ;加工中心（xīn）工作台；振動測試；信號處理
 
       0 引 言
 
      加工中心一般多（duō）指數控銑床，數控銑床加工零件（jiàn）時，工件與（yǔ）銑頭部（bù）分會（huì）產生劇烈的振動。長時間的振動會加（jiā）劇銑刀（dāo）的磨損，從而縮短加工中（zhōng）心和銑刀的壽命；而且（qiě）機械振動產生的噪聲，會對人的聽力和身心產生危害，降低工人的工作效率（lǜ）。加工（gōng）中心（xīn）加工精度高（gāo），適應性強，而振動會影響被加工件的（de）表麵粗糙度。所以需對加工中（zhōng）心工作台進行故障檢測。
 
     我國振動測試（shì）儀器大多（duō）是傳統的測試儀器，使用複（fù）雜且價格不菲。基於 LabVIEW 編程軟件的測試方（fāng）法，已經成為較為（wéi）流行的一種編程語言（yán）。與其他語言不同點是其用圖形化（huà）編程，用戶基本不（bú）用寫代碼，僅用流程（chéng）圖就可以完成測（cè）試任（rèn）務，化（huà）繁為簡，提高了工作效率，體現出快捷性和方便性。該（gāi）係統在機械工業領域中得（dé）到了廣泛應用。
 
      1、 振（zhèn）動測試係統結構組（zǔ）成
 
      此振動係統主要由兩部分組成：一是硬件部分，其中包括傳感（gǎn）器（加速度（dù）、溫度、壓力）和信號（hào）調理（lǐ）電（diàn）路、PC、數據采集卡。主要是采集、測量信號或參數，使其變為標準的電流信號或電（diàn）壓信號。二是軟件部分，使用 LabVIEW虛擬儀器進行編程，即對於所獲取的（de）測量信號或參數進行處理和分析。
 
      1.1 硬件（jiàn）係統構成
  
      本測試係統對加工中心進行振動測試，根據各方麵因素考慮選擇壓電加速（sù）度傳感器。機械振動測量一般采用壓電式加速度傳感器對被測物的振動測量。它是一（yī）種（zhǒng）自發電（diàn）式和機電轉換式傳感器，其壓（yā）電材料受力後表麵產（chǎn）生（shēng）電荷，此電荷經電荷放大、測量電路放大和變換阻抗後就成為正比於所受外力的電量輸出。這種測量方法在機械工業領域中得到廣泛應用。
  
     信號調（diào）理電路是重要（yào）的環節，為了更精確地測量信號，信號調理部分對（duì）電壓信號進行放大、濾波、隔離和多路轉換。對振動測量數據的可靠性進（jìn）行提（tí）升。數據采集卡（kǎ）主要任務為生成和測量物理信號，把此信號（hào）傳（chuán）輸到 PC 計算機（jī）裏。本測試（shì）係統采（cǎi）用 NI 公司的 PCI-6221 型采集（jí）卡（kǎ）[1]，16位 250kS/s 采集速率，16 路帶 37 針 D-Sub 的模擬輸（shū）入。硬件係統流程圖如圖 1 所示（shì）。
  
  
       
                                         圖1 振（zhèn）動（dòng）測試係（xì）統流（liú）程圖
 
      1.2 軟件係統（tǒng）設計（jì）
 
      LabVIEW 虛擬機主要（yào）有數據采集、數（shù）字信（xìn）號處理、文件 I/O、信（xìn）號分析、波形顯示等。虛擬振動測試係統的軟件結（jié）構如圖 2 所示。
    
      

     
               圖 2 虛擬振動（dòng）測試係統的軟件結構圖
   
       數據采集在振動測試係統當中的重要性是十分顯著的。它（tā）將外部物理信號或參數與PC 計算機連接（jiē）到一起。數據采集卡測量（liàng）物理信號和參數，處理原始數據或存儲數據[2]。再通過數據采集助手創建應用程序，此工具（jù）是利用圖（tú）形化接口來完成數據（jù）采（cǎi）集任務。

       文件 I/O 通常是對不同類型的振動測試數據存取和讀取，方便以後對數據進行分析或處理（lǐ）、波形（xíng）回放等。本振動測試係統把測得外界數據存儲起來，用（yòng）二（èr）進製（zhì）格式進行存儲。二（èr）進製格（gé）式是文件格（gé）式讀（dú）寫速度最快的一種方法，而且存儲的（de）數據（jù）格式不用轉換，所需磁（cí）盤空間小。數據讀取選擇 TDM 文件（Technical Data Management）,將文本數據（jù）從 TDM 文（wén）件中讀取波形信息。數（shù）據預處理是將從壓電式傳感器所測得的（de）信號經過處理再進入數據采集卡，主要包含放大功能（néng）、隔（gé）離功能、濾（lǜ）波功能、激勵（lì）及線性化等。本振動測試（shì）係統的重點是信號濾波，把所測量的信號濾掉（diào）不需要的部分。為（wéi）了除（chú）去噪聲，選擇低通濾波器[3]。
 
     時域分析是在輸入一定的條件下，根據輸出時域表達式，以最（zuì）直觀的方（fāng）法對物理信號時域波形來判斷係統的穩定性、瞬態及穩態性能。其中（zhōng）包括特征參數及相關分析。頻域分析通過傅裏葉變換（huàn），以輸入的（de）頻率為變量，分析特（tè）征參數與信（xìn）號之間的關係。測（cè）試係（xì）統主要是功率譜分析、幅頻和相頻分析（xī）。功率譜密度（dù）：因加（jiā）工中心工作台振動過程中產生大量的（de）振動信號，信號中存在著（zhe）大量的噪聲，通過功率譜密（mì）度在不同的頻率下（xià）的功率密度，從而能減少噪（zào）聲帶來的誤（wù）差，功率譜包括自功率譜和互功率譜。幅頻分（fèn）析：輸入和輸出的（de）幅值比 B/A。相頻分（fèn）析：相位角 φ 隨頻率 ψ 的變化波（bō）形。本係統輸入的為正弦信號（hào）。濾波程序後麵板框圖，如圖 3。
  

     
  
                         圖 3 濾波程序後麵板框圖

     加（jiā）工中心工作台（tái）振動測試（shì）係統的（de）主麵板圖4 所示。能夠直觀地看（kàn）出輸入的原始 信 號 ，可以設置采樣頻（pín）率、采樣點以及采樣通道，采樣通道的 1 通道（dào）為隨機信（xìn）號，2 通道為正弦（xián）信號，3 為混合信號[4]。按鈕和實際中的設備隻需點擊或滑動就可以（yǐ）實（shí）現操作（zuò），方便快捷。
  
     

                            圖（tú） 4 振動測試係統前麵（miàn）板
   
      2 、振動（dòng）測試（shì）係統測試與分析
 
     使用該振動測（cè）試係統 對加（jiā）工中心進行振動信號分析、處理。此次測試（shì）實驗，首（shǒu）先設置采樣頻率、采樣通道和采樣點；再點擊開始采集按鈕。其測（cè）得的功率譜如圖 5 。與傳（chuán）統儀器測得數據一致，其餘的（de）圖譜也（yě）一致，不再例舉。此振動測試（shì）係統用仿生信號（hào）加以模擬，創建了一個疊加了正弦波和均勻白噪聲的仿真信號源，選（xuǎn）擇數字濾波器（無限衝（chōng）激響應），其優點（diǎn）：衝（chōng）擊響應無限持（chí）續，不會衰減。運（yùn）行結（jié）果數據一樣，證明此振動程序功（gōng）能（néng）可靠，比較（jiào）完善（shàn）。

     
  
                        圖 5 功率譜分析圖
 
     3、 結 論
 
     基於（yú） labVIEW的 振（zhèn） 動 測 試 係 統應用到加工中工作台，相比傳統儀器 測（cè） 試 方（fāng） 便 、快捷，大大提升（shēng）了效率。將測得的振動原始信號進行處理，進行時（shí）域、頻（pín）域及功率譜分析（xī），代替了複雜繁瑣的各類儀器，節省了人力、財力。LabVIEW 虛擬機提供大量的圖（tú）形控件，采用數據流模型，用連線表示數據流向。隨 PC 計（jì）算機的發展，各類采集卡也相應地發 展起來 。
 
    LabVIEW 虛（xū）擬平（píng）台可以完成數據采集、儀器控製、運動控製工業（yè）監（jiān）控等任務，已經被公認為標準的數（shù）據采（cǎi）集和（hé）儀器控製軟件。