虚拟仪器技术毕业论文

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1 引言

随着计算机和软件技术的发展，虚拟仪器正逐渐成为测试领域的发展方向。采用虚拟仪器实现振动测试与分析也成为振动测试的发展趋势。

本课题采用的虚拟仪器技术是当今计算机辅助测试(CAT)领域的一项重要的新技术。它是一种基于图形开发、调试和运行程序的集成化环境。使得课题的研究更简单快捷。以PC为硬件平台、以美国国家仪器(NI)公司开发的LabVIEW软件为开发平台，配合必要的传感器、信号调理器和数据采集卡组成的振动测试分析系统。采用虚拟仪器图形化编程语言LabVIEW组建的振动测试分析系统，减少了测试过程中的硬件设备，同样实现了对振动信号的采集、处理和分析的目的，大大降低了硬件成本。

1．1 课题研究的背景和意义

要想紧跟技术的发展，就要不断更新测量设备，以满足越来越高的测量要求，同时测量手段的进步也为技术的进一步发展奠定了基础。虚拟仪器则是提高测量精度和效率的有效手段。它改变了传统的测量模式，使测量系统由松散结合的、常常不兼容的独立仪器发展成紧密结合的虚拟测量系统，把计算机技术与仪器技术完美结合起来。

振动是自然界最普遍的现象之一。这类现象有的是由其本身固有的原因引起，有的是外界干扰引起。在运转的设备中，振动信号是最重要的信息来源。旋转机械的振动信号中包含着大量可反映设备运行状态的有用信息或称为信号特征。振动信号分析是旋转机械状态监测和故障诊断的重要组成部分，并在设备预测维修中发挥着重要作用。通过振动特征分析可以找出旋转机械设备70％的故障源，而且可以确保机器运转

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的安全性，避免事故的发生，同时结合较好的维修项目管理还可以显著降低机器的运行成本。

在一些情况下，振动是一种公害，它能损伤人体器官、损害健康、降低劳动效率，甚至产生“振动病’’或“运动病’’，如常见的晕车、晕船现象就是由于小于1Hz的极低频振动引起的。研究人体各器官的振动传递特性，设计能减振隔振的座椅、驾驶舱、手持工具的把手等也必须依赖于振动测试。

振动测试分析仪器则将振动测试与分析技术转化为生产力，它随着振动测试技术理论的发展和生产中对测试需求的与日俱增。从最初的机械式测振仪，发展到今天，各种应用物理学原理制成的传感器、FFT分析仪、结构动力学分析软件己在广泛使用。

1．2 振动测试技术发展现状和发展状况

振动是各种设备在工作过程中经常发生的现象，振动问题是机械工程领域一个十分重要的研究课题。但工程实际中复杂的振动现象并非都能通过理论分析得出可靠结果，此时往往需要求助于实验手段，而且理论分析结果的正确性也需要通过实践来验证，这就使振动测试在振动研究中占有重要地位。

在过去的三十多年中，无论国际还是国内，振动测试技术都获得了突飞猛进的发展，各种全新的分析方法如雨后春笋般大量涌现，并在科研、教学特别是工业上获得了广泛应用。从 1967 年世界上第一台基于 FFT 的动态信号分析仪问世以来，振动信号分析技术已经经历了三次突破性的发展。

虚拟仪器在我国的研究和开发有着十分现实的意义，广泛采用虚拟仪器技术有助于提高我国仪器的整体水平，节省仪器开发的人力和费用。我们有理由相信，随着软件业和测试技术的发展，虚拟仪器技术必将在更多、更广的领域得到应用和普及。随着振动测试技术理论的发展和生产中对测试需求的与日俱增，高质量的测试仪器、设备和现代化的测试方法不断出现。20世纪20年代，由于汽轮发电机组等设备的发展，机械式测振仪已不能满足要求，于是磁电式传感器应运而生，实现非电量信号向电信号转换的电测量。二次大战后出现了压电式传感器，由于它具有体积小、重量轻、频率范围、动态量程大等特点，且既可测量振动，又可用于冲击测量，直到今天仍在广泛应用。近些年随着微电子技术的发展，又出现了可在各种恶劣环境下使用的压电传感器和内装阻抗变换器、放大器、滤波器的集成电路式压电传感器，简化了测试系统，大大地拓宽了这种传感器的应用范围，提高了抗干扰能力和测量的精度。而压阻传感

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器的出现和使用进一步拓宽了低频率的测量范围，与此同时，还陆续发展了各种换能原理的传感器和配套仪器，如变电容传感器、光纤传感器、电涡流传感器等。

2 数据采集理论基础

2．1 信号采样

2.1.1 原理描述

图1 采样过程

将连续信号f(t)加到采样开关K的输入端，采样开关以周期T秒闭合一次，闭合的持续时间为?秒，在闭合期间，截取被采样的f(t)的幅值，作为采样开关的输出。在断开期间采样开关的输出为零。于是在采样开关的输出端就得到宽度为?的脉冲序列f*(t)，如图1所示。（以带“*”表示采样信号。）由于开关闭合的持续时间很短，远小于采样周期T，即?《T，可以认为f(t)在?时间内变化甚微，所以f*(t)可以近似表示高为f(kT)，宽为?的矩形脉冲序列。即

f*(t)?f(0)?1(t)?1(t?T)??f(T)?1(t?T)?1(t?T??)??f(2T)?1(t?2T)?1(t?2T??)????f(kT)?1(t?kT)?1(t?kT??)??? ??f(kT)?1(t?kT)?1(t?kT??)?k?0??

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