基于LabVIEW的重采样阶次分析技术

第17卷第4期军械工程学院学报VoL. 17 No. 42005年8月Joumal of Ordnance Engineering CollegeAug.,2005文章编号:1008-2956(2005)04-0041-03基于 LabvieW的重采样阶次分析技术田昊,栾军英,郑海起,俞文文,高永生(军械工程学院火炮工程系,河北石家庄050003)摘要:分析了将传统的 Fourier分析应用于旋转机械振动信号分析存在的不足,并与阶次分析技术进行比较。应用虚拟仪器 LabvIew来实现旋转机械的振动信号重采样阶次分析,并进行了实例验证。关键词:旋转机械;阶次分析;重采样;LabⅤIEW中图分类号:TH5文献标识码: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振动分析是对旋转机械进行状态监测的重要组从中提取有用的频率成分进行故障诊断。这种基于成部分,它可以预先发现由旋转部件引起的磨损和 Fourier变换的谱分析只适用于稳态信号的分析,有缺陷等故障并进行修理,从而降低维护费用。阶次其局限性。对于机械变速或变工况下,产生的振动分析( Order analysis)技术是一种基于角域采样理信号为非稳态信号,当轴转过一周时等时间间隔采论的非稳态振动分析方法,它可以将机械变速过程样的采样点数是不同的。另外由于是平均意义上的中产生的与转速有关的振动信号成分有效地分离出谱值,因此对较短时间内信号的变化,特别是少数突来。与传统的信号频谱分析相比,可以克服“频率出点(例如常见的瞬态脉冲)的影响将会消失掉,造模糊”现象。 LabvIeW为一种基于G语言( Graphics成所谓的“谱涂抹”现象,无法提取有用信息1Language—图形化编程语言)的虚拟仪器软件开1.2阶次分析发工具,应用其中的工具包可以实现重采样阶次分为了克服上述应用传统 Fourier分析存在的不析足,可采用阶次分析技术。阶次就是参考轴(如主1传统 Fourier分析与阶次分析的比轴)每转内发生的循环振动次数),也即振动频率与轴频之比。较阶次与频率的关系为:1.1传统 Fourier分析f=E传统的信号频谱分析是将测量得到的时域信号式中:E为阶次,n为参考轴转速(r/min),f为信号通过 Fourier变换转换到频域,然后观察其谱图,从的振动中国煤化工地表示和转速收稿日期:2005-05-11;修回日期:2005-06-有关的据图CNMHG基金项目:国家自然科学基金资助项目(50375157);军械工号来仿真转速程学院科学研究基金重点资助项目(YJXM04002)变化的振动信号进行阶次分析,得到以频率、时间和作者简介:田昊(1981-),男,硕士研究生幅值为坐标的三维谱图,也称“瀑布图”。可以清楚42军械工程学院学报2005地看到3条与转速有关的谱线,图中最右面的一条图的影响。垂直于频率轴的谱线为与转速无关的分量。2基于 LabVIEW的重采样阶次分析的实现2.1主要结构模块该系统主要有3大模块构成:信号采集模块,数据分析处理(即重釆样过程)模块和结果显示模块。信号采集模块主要由硬件和软件组成。硬件部分包括转速传感器、振动传感器、电荷放大器、采集卡等硬件和计算机;软件部分就是数据采集程序。60本模块的主要功能是将被测量的模拟非电量信号通图1阶次分析三维谱图过硬件电路转化成计算机能处理的数字电压信号当前,有许多进行阶次分析的方法,重采样方法数据分析处理模块是本系统的核心部分。它可就是其中之一。这种方法的实质是将时域的非以实现振动信号的角域重采样稳态信号通过恒定角增量采样转变为角域的稳定信结果显示模块实现谱图的绘制和显示号。先以恒时间间隔增量4,记录数据即对原始2.2框图程序设计数据进行第1次采样,得到时域采样信号。同时,振根据以上模块组成来进行程序框图的设计,具动信号和转速信号也在相同的时间间隔被同步采体步骤如下(如图3):样,然后根据转速信号来控制采样频率,使采样频率跟踪转速的变化而变化来进行第2次采样即重采转速信号确定重采样样,如果我们要求重采样按每一转速周期固定采样次数的方式进行,就将等时间间隔的数字采样转变A数据获的瞬时时间计算阶次谱成等角度间隔的采样,然后将重采样得到的信号用取振动信号角度坐标表达出来,进行类似于时间变量的傅氏变对振动数据限踪个别阶次数据重采样重采样信号的幅值和相位换,就可获得在角度坐标上稳定不移动的基频和其他阶次的分量。这种方法也称为阶次跟踪分析图3重采样阶次分析步骤框图图2就是经过阶次跟踪得到的谱图。1)通过转速计和振动传感器对原始振动信号和转速信号分2路以一定的恒采样率同步进行等间隔时域采样,得到采样信号。2)通过采集的转速信号序列,根据脉冲边沿,对其插值来得到重采样的瞬时时间。3)根据上一步骤得到的瞬时时间使用插值对振动信号进行软件重采样,获取新的采样点,从而得到角域重采样值。04)然后进行下列分析:a.对角域采样值进行FFT变换,得到振动信号图2阶次跟踪谱图的阶次谱由于这种阶次跟踪分析是将基于等时间间隔采b.沿着时间或转速跟踪某一阶的幅值和相位。样的信号转换为等角度采样的信号,减少了一些特YH中国煤化工用 LabVIEW编写征点的丢失,能够满足FT变换对信号平稳性的要的整CNMHG的重采样阶次分求在处理变速信号时,有效地解决了“频率模糊”析现象。对于转速变化的旋转机械由于它是按转角3应用实例位置分配采样间隔的,所以剔除了转速变化对频谱第4期田昊等:基于 LabVIEW的重采样阶次分析技术HolmE me+吕m ss scn图4重采样阶次分析程序框图应用以上程序对一仿真振动信号进行阶次分析。图5为原始时域信号(下图)和相应的阶次谱4结论图(上图)。谱图中横轴为阶次,纵轴为谱值,通过经实例验证重采样阶次分析技术是一种针对旋移动时域信号波形上的指针可以选择一段时间长度转机械行之有效的振动分析方法,它能有效地得到的信号,对这段信号进行阶次分析。可以清楚地看与设备转速有关的振动信号,克服了传统 Fourier分到这段信号包含3个阶次(4阶7阶和8阶)分量,析的不足,为后续阶次分量的提取并进行模式识别并能观察出相应的能量大小。和故障诊断打下较好的基础。当然,在实际应用过程中,仍需要考虑许多因素,比如非阶次信号、高次阶次谐波的影响,噪声干扰等;另外在转速的测量中由于无法施加负载造成诊断精度差,还有转速的变化或不稳定造成其难以测量。所以还有很多有待深入研究的课题。012304正二506470-8坐时城制动信号参考文献:[1]朱继梅.非稳态振动信号分析[J].振动与冲击2000,19(1):86-87[2]郭瑜,秦树人,汤宝平.基于分段重叠零相位滤波的三190三阶比跟踪滤波法[J].振动工程学报,2003,16[3]郭瑜,秦树人,汤宝平,等,基于瞬时频率估计的旋转机械阶比跟踪[J].机械工程学报,2003,图5重采样阶次分析谱图(责任编辑:刘宏波)中国煤化工CNMHG