基于Labview的轉(zhuǎn)子加速度傳感器振動測量研究

宋　強

（安陽工學院機械工程學院，河南　安陽　455000）

引言

作為工業(yè)生產(chǎn)中常常使用到的旋轉(zhuǎn)機械，無論是電動機、發(fā)電機、發(fā)動機、汽輪機還是電力、冶金、核能等關鍵組成中都有它的身影。隨著科學技術(shù)的進步，現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展，機械設備正趨向于連續(xù)化、高速化、輕型化、重載化、大型化與高度自動化的方向[1]。正因為機械設備所扮演的角色愈發(fā)的重要，生產(chǎn)中對設備的安全要求也越發(fā)的嚴格，時有發(fā)生的設備損壞事件得到了人們越來越多的重視。有效避免意外事故的發(fā)生，顯著地降低維護成本，延長設備工作的使用壽命，增強利用率不僅能更好地保證人身和設備安全，減少相應的耗損成本，還意味著經(jīng)濟效益的明顯提高。為了滿足這些發(fā)展方面的迫切需求，關于設備的監(jiān)測及故障診斷分析方面的設備與技術(shù)陸續(xù)誕生了，振動測量方面的研究更是其中的重要組成。

1　振動測量的數(shù)學模型

1.1　振動測量的數(shù)學形式

慣性式振動測量，可以把它簡化成一個單自由度阻尼振動的力學模型來便于學習與研究，如圖1所示。

圖1　慣性式測振器原理

本次振動測量應用的加速度傳感器所涉及的是慣性原理，用數(shù)學形式來表示上述的慣性模型可以假設：m為慣性振動體質(zhì)量，k為彈簧剛度系數(shù)，c為阻尼系數(shù)，ω為轉(zhuǎn)子加速度角頻率，d為轉(zhuǎn)子位移。那么可以得出它的運動微分方程[2-4]：

考慮到相對運動情況：

那么：

又因為：

得：

可以得到穩(wěn)態(tài)受迫振動為:

其中：

這時有兩種情況：度的振幅是正比關系?？梢杂米魉俣葌鞲衅?。

本次轉(zhuǎn)子的振動測量實驗是在學校提供的實驗內(nèi)進行的，振動測量實驗主要包括對轉(zhuǎn)子振動信號采集、處理分析等，基于科學嚴謹?shù)膶嶒炈枷?，可以通過轉(zhuǎn)子調(diào)速器多次改變轉(zhuǎn)速研究轉(zhuǎn)子的振動規(guī)律。實驗室內(nèi)設備十分完善，這為實驗測量研究的順利進行提供了良好的基礎條件。

1.2　實驗所用設備

在本次關于振子振動測量研究的課題中，選用的轉(zhuǎn)子實驗臺DRZZSY-2型多功能轉(zhuǎn)子實驗臺，如圖2所示，這種實驗臺可以根據(jù)實驗的需求加載多種傳感器達到多種參量的測量來開設多種實驗。

圖2　DRZZSY-2型多功能轉(zhuǎn)子實驗臺和調(diào)速器

本測量系統(tǒng)就是使用加載在它上面的加速度傳感器進行轉(zhuǎn)子的振動測量研究工作。除此之外它還具有可以轉(zhuǎn)速易調(diào)節(jié)，性能優(yōu)良、操作簡便等優(yōu)點。

2　實驗測得的數(shù)據(jù)

如前面所說，測量了兩種轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子的振動情況。這兩種轉(zhuǎn)速分別為1 200 r/min以及2 000 r/min。

2.1　1 200 r/min轉(zhuǎn)速下的時域信號及頻域信號

當轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為1 200 r/min時，轉(zhuǎn)子振動的原始信號和低通濾波波形圖如圖3和圖4所示。

圖3　1 200 r/m in下的原始信號波形圖

圖4　1 200 r/m in下的低通濾波信號波形圖

在軟件的總體程序框圖（見圖5）中，可以看到程序的第一步是完成系統(tǒng)的初始化，在這個步驟中如果程序發(fā)生錯誤的話系統(tǒng)就會立刻停止，無誤的話程序會繼續(xù)運行下去。第二個部分是設定USBDAQ8設備的采樣參數(shù)，發(fā)送采樣命令。需要配置的參數(shù)主要有采樣長度和采樣頻率，如果輸入錯誤的話會停止運行，否則的話程序會一直循環(huán)運行下去，除非通過開關按鈕才能停止它的運行。前兩個程序運行無誤的話就會進入獲取采樣數(shù)據(jù)程序，程序無誤就開始對采集到的數(shù)據(jù)進行分析處理及數(shù)據(jù)輸出環(huán)節(jié)，不然程序會自動停止運行。另外在這個總體程序框圖上方有個100ms的延遲程序。

圖5　軟件的總體程序框圖

2.2　2 000 r/min轉(zhuǎn)速下的時域信號及頻域信號

用調(diào)速器把轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速改為2 000 r/min時，轉(zhuǎn)子振動的原始信號和低通濾波波形圖如圖6和圖7所示。

圖6　2 000 r/m in下的原始信號波形圖

圖7　2 000 r/m in下的低通濾波信號波形圖

經(jīng)過兩個不同轉(zhuǎn)速下波形圖的對比，能夠得出這樣的結(jié)論：轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)度越高，加速度傳感器采集到振動信號的頻率、峰值幅值、加速度的值就越大。

3　結(jié)論

利用加速度計，利用圖形化編程軟件Labview開發(fā)數(shù)據(jù)采集程序，在轉(zhuǎn)子試驗臺上完成徑向位移測量，該方法有效可靠，能夠達到實際振動測試的任務要求。

[1]劉國揚.基于Labview設計的虛擬儀器在化工過程中對壓力和溫度控制的研究與應用[D].南昌：東華理工大學，2013.

[2]陳至坤，逄鵬，王福斌，等.基于壓電加速度傳感器的振動測量系統(tǒng)研究[J].計算機測量與控制，2014，22（12）：3 923-3 925.

[3]曹麗曼，Cao Liman.壓電式加速度傳感器振動測量應用研究[J].自動化與儀器儀表，2015（7）：164-166.

[4]秦敏，劉志國，劉剛，等.基于加速度傳感器的高頻振動信號檢測分析[J].測控技術(shù)，2013，32（5）：1-4.