基于LabVIEW的機械振動信號分析系統(tǒng)的開發(fā)

　　隨著現代化工業(yè)大生產的不斷發(fā)展，機械設備的結構變得越來越復雜，并且經常運行于高速、重載以及惡劣環(huán)境等條件下。由于各種因素的干擾和影響，會導致機械設備發(fā)生故障，輕則降低生產質量或導致停產，重則會造成嚴重的甚至是災難性的事故。為此，為盡最大可能地避免事故的發(fā)生，機械設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術近年來得到了極為廣泛的重視，其應用所達到的深入程度十分令人鼓舞。目前，機械設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷已經基本上形成了一門既有理論基礎、又有實際應用背景的交叉性學科。

　　在實際應用中，故障與征兆之間往往并不存在簡單的一一對應關系，一種故障可能對應著多種征兆，反之一種征兆也可能是由于多種故障所致。因此，通常必須要借助信號處理等手段從采集的原始數據中加工出特征信息，提取特征量，從而保證有效、準確地進行故障診斷，也就是說，信號處理與故障診斷有著極為密切的聯(lián)系，信號特征提取是故障診斷中必不可少的一個重要環(huán)節(jié)[1]。

　　故障診斷技術的各種理論研究和方法探討最終都必須落實到具體診斷裝置的研制上。而傳統(tǒng)的測控儀器以硬件為關鍵，其開發(fā)與維護的費用高、技術更新周期長、價格高、儀器功能柔性差、不易與其他設備連接等特點，越來越不能滿足科技進步的要求。虛擬儀器的出現改變了這樣的局面，它充分利用了計算機技術來實現和擴展傳統(tǒng)測試系統(tǒng)與儀器的功能。

　　NI公司的圖形化編程語言LabVIEW成為當今虛擬儀器開發(fā)最流行的一種語言。LabVIEW的最大特點是用圖標代碼來代替編程語言創(chuàng)建應用程序。LabVIEW有豐富的函數、工具包、軟件包、數值分析、信號處理、設備驅動等功能，還有應用于專業(yè)領域的專業(yè)模塊，解決了傳統(tǒng)的虛擬儀器系統(tǒng)采用C、C++、匯編等語言存在的編程、調試過程繁瑣、開發(fā)周期長、對編程人員要求高等問題，廣泛地應用于航空、航天、電子、機械等眾多領域[2，3]。

　　本文基于LabVIEW開發(fā)一個針對旋轉機械故障診斷的振動信號分析系統(tǒng)，并在成都飛機設計研究所某航空設備監(jiān)控上獲得了應用。

　　系統(tǒng)設計

　　根據信號分析系統(tǒng)的設計原則，又考慮到LabVIEW具有圖形化編程特點以及豐富的工具箱。因此，筆者選用NI公司的Lab VIEW 7.1作為信號分析系統(tǒng)的開發(fā)平臺。

　　筆者開發(fā)的信號分析系統(tǒng)主要分為三大模塊，即文件管理模塊(文件的讀取及存儲)、信號分析模塊、顯示模塊。按照圖1所示的使用流程對這三個模塊進行設計。

　　由于讀取數據以及后面的數據分析存在明顯的先后順序，因此采用順序結構將數據讀取模塊、信號分析模塊結合起來，構成統(tǒng)一的總程序。圖2示出總程序。左側框圖內實現信號的讀取與存儲的程序。由于讀取的數據類型不同，因此采用選擇結構。右側是程序主體部分，用于實現信號分析及處理，包括幅域分析、時域分析、頻域分析。由于信號分析方法的多樣性，信號分析模塊采用事件結構，通過調用子程序的辦法來實現。信號分析系統(tǒng)總界面見圖3。