基于虚拟仪器的风扇的故障检测系统

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1、内蒙古科技大学 本科生毕业设计说明书 毕业论文 题 目 基于虚拟仪器的风扇故障检测系统 学生姓名 学 号 专 业 测控技术与仪器 班 级 测控 班 指导教师 副教授 基于虚拟仪器的风扇故障检测系统基于虚拟仪器的风扇故障检测系统 摘要摘要 风扇故障检测在风扇出厂过程中得到广泛应用 目前广泛采用的方法有振动诊断技 术和声频诊断技术 但振动诊断技术是接触式测量 需克服测试线线体振动的影响 设备结构复杂 速度慢 本文采用基于虚拟仪器的音频故障诊断系统 构建高精度 低成本 功能灵活的故 障诊断系统 在系统设计上 结合故障诊断的功能和虚拟仪器的设计方法 从硬件和软件方面张 开系统设计 首先在保证系统可靠性

2、和可行性的前提下 用计算机本身的声卡代替专 用的数据采集卡进行数据采集 实现 44 1KHZ采样频率 16 位采样深度 对风扇声信 号进行实时采集 然后 在 LabVIEW 平台下完成信号显示 信号分析 信号输入输出 数据保存与处理等应用程序和人机交互界面设计 完成音频信号的实时采集与显示 谐波失真分析 短时加窗处理等多种功能于一体的故障检测系统设计 系统经过测试 满足了风扇故障检测的需求 具有成本低廉 检测方便 性能稳 定可靠等特点 可以推广到声音识别 环境噪声监测和实验室测量等多种领域 应用 前景广阔 关键词 音频信号 虚拟仪器 LabVIEW 故障检测 声音数据采集 FanFan Fau

3、ltFault DetectionDetection SystemSystem basedbased onon thethe VirtualVirtual InstrumentInstrument AbstractAbstract Fan fault detection is widely used in the fan production process At present the methods used widely are vibration diagnosis technology and audio diagnosis technology but vibration diag

4、nosis technology is non contact measurement so we need to overcome test line of body vibration influence This paper adopted the audio fault diagnosis system based on virtual instrument and constructed a flexible function of fault diagnosis system with high precision and low cost It can be applied fr

5、om the two sides of hardware and application software design to complete the system design based on the function fault diagnosis and virtual instrument design method First on the premise to ensure system reliability and feasibility the special data acquisition card for data acquisition was instead b

6、y the owe sound card of computer to achieve an sampling accuracy of 44 1 kHz depth of sampling 16 bit to acquire the fan acoustic signal the real time data Then several applications programs such as signal analysis signal input output data storage and processing act And human machine interface were

7、complete in LabVIEW platform And it implemented the real time data acquisition and display harmonic distortion analysis short and window handle and other function in one of the fault detection system design It has been tested that the system could meet the needs of the fault detection system with th

8、e feature of low cost detection convenient stable and reliable of performance With broad application prospect it can be applied to voice recognition environmental noise monitoring laboratory measurement research field etc Key words audio signal virtual instrument LabVIEW fault diagnosis sound card d

9、ata acquisition 目 录 摘要 I ABSTRACT II 第一章 引言 1 1 1 课题背景 1 1 2 研究内容 1 1 3 目前该领域的研究现状 1 1 4 运行环境 1 第二章 设计需求分析 5 2 1 硬件实现 5 2 2 信号分析理论 8 2 3 声卡的可行性分析 9 2 4 信号分析系统设计方案比较 10 2 5 模块化编程思想 11 第三章 系统设计方案 13 3 1 程序设计流程图 13 3 2 系统功能介绍 14 3 2 1 基本参数设定 15 3 2 2 前面板设计 16 3 2 3 软件程序设计 17 3 3 信号分析处理 23 3 3 1 时域分析 23

10、 3 3 2 频域分析 25 第四章 风扇故障检测设计调试与运行 28 4 1 运行 VI 28 4 2 调试 VI 28 4 3 实验测试结果 30 4 2 试验结果分析 38 第五章 总结 39 5 1 总结 39 5 2 展望未来 39 参考文献 41 附录 43 致 谢 44 第一章第一章 引言引言 1 11 1 课题背景课题背景 为了确保产品的高质量 每台风扇出厂前都要进行参数检测 在规模化生产的今 天 风扇检测线是目前大部分风扇生产厂家采用的出厂检测方式 早期的检测方法是 让检测线经过消音室 富有经验的工人在室内用人耳听辨别故障风扇 这种方式对操 作人员要求高 缺乏客观性 不能保证

11、质量的稳定性 而且检测速度慢 劳动强度大 严重影响了风扇出厂试验的速度与准确率 因此风扇厂家迫切需要改造现有的出厂检 测技术 但存在的一个问题是由于检测方法大部分是从底层进行开发 因而系统开发周期 较长 开发成本较高 在传感器技术 测试技术 计算机技术和网络技术发展的推动 下 虚拟仪器技术在数据采集 状态监测和数据分析等方面都成为了领先的开发平台 利用虚拟仪器技术进行故障诊断系统的开发 可以极大地缩短开发周期 节约开发成 本 利用虚拟仪器强大的数据分析和数据处理功能的支撑 可以使系统功能更加完善 并且具备较强的稳定性 为此本文提出利用虚拟仪器技术 LabVIEW 作为开发平台 来实现电厂风机出

12、厂状 态监测和故障诊断 1 21 2 研究内容研究内容 利用声卡 DSP 技术和 LabVIEW 多线程技术 提出了一种基于声卡的采集声音信号 与分析的廉价方案 具有实现简单 界面友好 性能稳定可靠等诸多优点 在 LabVIEW 环境中实现了音频信号的采集分析及数据处理 可以推广到声音识别 环境噪声监测 和实验室测量等多种领域 应用前景广阔 1 31 3 目前该领域的研究现状目前该领域的研究现状 目前在风扇故障检测领域广泛采用的方法有振动诊断技术和声频诊断技术 但振 动诊断技术是接触式测量 需克服测试线线体振动的影响 设备结构复杂 速度慢 而音频诊断技术为非接触式测量 设备简单 速度快 因此

13、我们研制基于美国 NI 公 司软件平台 Lab view 的风扇故障声测系统 1 41 4 运行环境运行环境 本设计以虚拟仪器作为运行环境 虚拟仪器利用 PC 计算机显示器 C RT 的显示 功能 模拟传统仪器的控制面板 并且输出检测结果 利用 PC 计算机强大的软件功能 实现信号数据的运算 分析 处理 由 I 0 接口设备完成信号的采集 测量与调理 从而完成各种测试功能的一种计算机仪器系统 与传统仪器相比 虚拟仪器具有以下几个性能特点 1 在通用硬件平台确定后 由软件取代传统仪器中的硬件来完成仪器的功能 2 仪器的功能是用户根据需要由软件来定义的 而不是事先由厂家定义好的 3 仪器性能的改进

14、和功能扩展只需进行相关软件的设计更新 而不需购买新的仪 器 4 研制周期较传统仪器大为缩短 5 虚拟仪器开放 灵活 可与计算机同步发展 可与网络及其周边设备互联 虚拟仪器简介 由于微电子技术 计算机技术 软件技术 网络技术的高度发展及其在电子测量 技术与仪器上的应用 新的测试理论 新的测试方法 新的测试领域以及新的仪器结 构不断出现 在许多方面已经突破了传统仪器的概念 使电子测量仪器的功能和作用 发生了质的飞跃 在这种背景下 20 世纪 80 年代末美国率先研制成功虚拟仪器 Virtuallnstrument 虚拟仪器的发展标志着自动测试与电子测量仪器领域技术发 展的一个崭新方向 所谓虚拟仪器

15、 VirtualInsrtmunet 简称 vi 就是在通用计算 机为核心的硬件平台上 由用户设计定义 具有虚拟面板 测试功能由测试软件实现 的一种计算机仪器系统 使用者用鼠标点击虚拟面板 就可以操作这台计算机系统硬 件平台 就如同使用一台专用电测量仪器 虚拟仪器的出现 使测量仪器与个人计算 机的界线更融为一体了 虚拟仪器是由计算机硬件资源 模块化仪器硬件和用于数据分析 过程通讯及图 形化用户界面的软件组成的测控系统 也是一种由计算机操控的模块化仪器系统 虚 拟仪器技术作为一门新兴的技术具有强大的生命力和发展潜力 在航天航空 国防军 工 工业监测等一系列自动化测试领域中得到了广泛的应用 也是目

16、前仪器领域研究 的热点与重点 在国外 以 NI 公司 HP 公司 Tektronix 公司 Racal 公司等为代表 的著名仪器生产厂家都对虚拟仪器技术投入了大量的人力物力 研制出了不少优秀的 硬件模块与软件产品 比较典型的如 NI 公司的 LabVIEW 它是一种采用图形化编程的 32 位面向计算机测 控领域的软件开发平台公司 LabVIEW 是一种用图标代码来代替编程语言创建应用程序 的开发工具 在基于文本的编程语言中 程序的执行依赖于文本所描述的指令 而 LabVIEW 使用数据流编程方法来描述程序的执行 LabVIEW 用图形语言 G 语言 图标 和连线代替文本的形式编写程序 像 VB VC 等高级语言一样 LabVIEW 也是一种带有 扩展库函数程序开发系统 LabVIEW 的库函数包括数据采集 通用接口总线和串口仪器 控制 数据显示 分析与存储等 为了便于程序调试 LabVIEW 还带有传统的程序开发 调试工具 例如可以设置断点 可以单步执行 也可以激活程序的 执行过程 以动画 方式查看数据在程序中的流动 LabVIEW 是一个通用编程系统 它不但能够完成一般的数学运算与逻