基于虚拟仪器的振动测试分析系统

1　虚拟振动测试分析系统的构成

　　虚拟振动测试分析系统由硬件和软件两部分组成。系统硬件主要由9101压电式加速度传感器、DHF－10电荷放大器和PCI－6024E数据采集卡及计算机组成；系统软件采用LabVIEW编写，运行于win98/win2000系统下。

　　9101压电式加速度传感器为通用型宽频带传感器，其电荷灵敏度为30PC/g(P：皮(10－12)，C：库仑(1A·s)，g：加速度(9．8m/s2))，频率范围为0．2～10kHz，谐振频率27kHz，可用于机械设备的振动测试。DHF－10电荷放大器用于传感器输出信号调理。PCI6024E为NI公司的PCI总线低价位数据信号采集卡，PCI总线传输速度快，数据转换率高，可完成16路单端输入或8路差分输入，12位分辨率，200kS/s采样率，输入范围±10V，提供与LabVIEW连接的驱动程序。

　　将采集卡与虚拟振动测试软件安装在一台运行win98/win2000的PC机上，再连接加速度传感器与信号调理单元，即构成一台功能强大的虚拟振动测试分析系统。

2　虚拟振动测试分析系统的软件设计

　　虚拟振动测试分析系统软件编程采用美国NI公司的LabVIEW软件，它是一种32位编译型图形化编程语言，使用数据流编程方法描述程序的执行，用图标和连线编写程序，其应用程序由三部分组成：前面板、框图程序和图标/连接器，主要分三部分；参数设置区、功能区和图形显示区。通过参数设置和相应按键可实现振动加速度信号的采集与分析。

　　主要功能包括：数据采集、双路虚拟信号生成、图形显示、均值和方差计算、数字滤波、任一路信号的自相关分析、FFT分析、自谱分析、双路信号的互相关分析、互谱分析、理论帮助、数据存储、打印等。

　　软件的各功能模块调用LabVIEW中相关的子VI，通过数据流的正确连接即可实现。如数据采集模块调用Data Acquisition功能块下的Anlog Input Utilities中的AIwaveformScan．vi子函数，即可以实时采集输入信号；数字滤波模块调用Functions\ DOWNSignal Processing\ DOWNFilters子模板中的多种数字滤波器；开关控制模块调用Functiions\ DOWNStructure子模板中的公式节点，采用C语言编程格式实现逻辑切换；信号分析模块分为时域分析和频域分析，时域分析包括自相关、互相关处理，分别调用函数子模板中的Auto Correlation和Cross Correlation两个VI，频域分析选用Functions\ DOWNSignal Processing\ DOWNFre－quency Domain子模块中的Auto Power Spectrum函数计算自功率谱、Cross Power Spectrum函数计算互功率谱、Real FFT实现FFT分析、Power＆Frequency Estimate VI估算出功率谱中的频率峰值，即共振频率；数据存储模块调用Functions\ DOWNFile I/O子模板中的write to spread－sheetfile函数，可将记录数据存为电子表格或ASCII文件；打印可将存储结果打印输出；帮助模块可提供振动测试分析的基本理论及本系统操作指导。

  为了便于振动测试分析的实验室教学，本系统设计了虚拟振动信号发生器模块，该模块采用正弦波叠加白噪声模式，该子程序调用了Signal Generation中的sine wave．vi和UniformWhite Noise．vi，该功能通过前面板的数据采集一虚拟信号按钮进行

参考文献:

[1]. PCI datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/PCI_1201469.html.
[2]. Power datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/Power_1093617.html.