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1、1动态信号数据采集系统设计岳林（南阳理工学院 机电工程系） 摘摘 要要 ：本文以 LabVIEW 为开发平台，配以 NI 公司的 6009 数据采集卡，构建了振动试验台动态信号数据采集系统，实现了对振动、转速、转子轴心轨迹的等多种参数的实时监测、信号分析与处理、显示和数据保存，同时该系统测试结果与实验台自带软件的测试结果保持了良好的一致性。 关键字关键字 ：动态信号；数据采集；LabVIEW；虚拟仪器；测试技术Design of Dynamic Signal Sampling SystemYUE Lin（The Mechanical and Electrical Engineering of
2、Nanyang Institute of Technology）Abstract：Based on the development platform of LabVIEW, matched with NI USB- 6009 data acquisition card, this paper constructs the vibration test experimental data acquisition system, which realizes the rotor speed, vibration, the axis path various parameters of the re
3、al-time monitoring, signal analysis and processing, and data storage, the system test results and experimental software testing results of bringing good consistency.Key word: Dynamic signal data acquisition; LabVIEW; virtual instrument; Testing Technology21 引言LabVIEW 是实验室虚拟仪器集成环境（Laboratory Virtual
4、Instrument Engineering Workbench）的简称，是美国国家仪器公司（NATIONAL INSTRUMENTS，简称 NI）的创新软件产品，也是目前应用最广、发展最快、功能最强的图形化软件集成开发环境。LabVIEW 具有强大的图形化编程语言（G 语言），可以编写满足任何形式的测试与控制要求的可视化程序。LabVIEW 包括齐全的用于数据采集、分析、显示、存储数据、调试代码的工具。利用 LabVIEW，可以和诸如数据采集设备、图像设备、运动控制设备、等硬件进行通信，也可以和 GPIB、PXI、VXI、RS-232、RS-485 仪器通信。并且，NI 也提供了一款配置管理
5、软件 Measurement and Automation Explorer，方便与硬件进行交互，并且无需编程就能实现数据采集功能；还能将配置出的数据采集任务导入 LabVIEW，自动生成 LabVIEW 代码。2 数据采集系统构成一个完整的信号测试系统一般由原始信号、信号调理电路、数据采集设备和计算机四个部分构成。如图 2-1 所示：图 2-1 数据采集系统的基本组成但有的时候，自然界中的原始物理信号并非直接可测的电信号，所以，传感器是信息采集的首要部件，是实现数据采集系统搭建的首要环节，对于不同的被测信号选择合适的传感器将起到事半功倍的效果。在振动试验台动态数据采集过程中，使用了四个传感器
6、，分别是：光电转速传感器、压电晶体位移传感器、涡流位移传感器。振动试验台动态数据采集系统中，信号调理设备使用试验台自身的电荷电压放大3模块。NI 公司 USB-6009 数据采集卡采用 USB 接口技术，支持即插即用，驱动程序为自带的 DAQ8.7.1。使用数据线即可实现数据采集卡与 PC 机的链接。表 1 详细描述了 I/O 连接器的可用信号。表 1 各 I/O 接口可用信号按照上述表格的的内容进行接线后的 NI USB-6009 采集卡可以从 Measurement = 60 式中：r-转速（转/分）；m-一个采样序列中的脉冲个数；S-一个采样序列中的采样点数；R-采样点数；具体的程序框图
7、见图 3-5 下：7图 3-5：转速测试程序框图图 3-5 中，DAQ 助手配置了数据采集卡的诸项参数，光电传感器输出电压信号经过DAQ 输出，使用动态数据到双精度一维数组的转换，信号被保存为可以动态显示的一维波形。然后经过脉冲计数快速 vi，我们将记录每一个超过 1v 的电压脉冲尖峰，通过while 循环使计数值加 1，每秒钟读取 2048 个数据点，其中脉冲个数是每秒钟的转速值，乘以六十后就是最终的转速。这里要注意的是在设置采样点数时，要确保每一个脉冲都不会漏记，所以进可能的增加每秒钟采样点数，此外还要综合考虑电脑的性能问题，如果过大就会影响程序运行速度。所以这里设置采样点数为 2048。
8、运行此程序的结果如图 3-6 所示：图 3-6：转速测量前面板显示4.3 轴心轨迹转子轴心轨迹是指转子轴心相对于轴承座在与轴线垂直的平面内的运动轨迹。轴8心轨迹是表征旋转机械状态的重要特征量，对测得的轴心轨迹的大小、形状、稳定性和旋转等方面进行综合分析，可以判断转子的运行状态是否正常。测量轴心轨迹通常采用两只点涡流传感器，相互垂直安装在转轴的表面附近，对转轴的 X、Y 两个方向的径向振动位移进行非接触测量，这样在平面坐标上把测量得到的两个位移值描绘出来就可以得到轴心轨迹。具体的程序框图如图 3-7 下：图 3-7：轴心轨迹测试程序框图DAQ Assist 使用两个物理通道采集到 X、Y 两个信
9、号，经过信号拆分函数，分解为两个独立的信号，每个信号减去涡流传感器中存在的间隙电压值 8.7 后，再乘以灵敏系数 0.008m，得到相应的位移信号，最后使用一个捆绑函数，将 X、Y 信号组合为一个簇，输出到 XY 波形显示控件中显示实时的轴心轨迹波形。如图 3-8：图 3-8：轴心轨迹前面板显示94.4 数据存盘LabVIEW 附带大量的数据记录与回放功能函数，供测试系统设计使用，在本课题中，我们需要将测量得到的实时数据保存为 excel 文件保存在硬盘上，以方 便后续的实验分析，此时就需要使用 LabVIEW 功能强大的数据记录与回放功能函数。数据的存盘函数在“programmingfile
10、 I/O”中。他们不仅可以用于数据文件的操作，还可以满足任何波形文件的操作，所以可以满足我们此次变成需要。4.5 整体程序调试完成各个单独传感器的测量后，我们要对四个传感器进行整体的测试，将四个部分整合为一体，在一个主面板中显示。LabVIEW 支持多通道并行采集，采集卡 6009 总共有四个差分节点，所以可以满足我们的需求，在此，我们一次采集四个节点电压信号输出到信号调理电路经过相应的放大调理电路，流入 6009 数据采集卡中，最后进入pc 机。程序框图如图 3-9：图 3-9：三通道同步测试在这个程序中，我们使用一个 while 循环控制整个采集过程的运行，另外我们又使用四个内部 whil
11、e 循环分别控制 DAQ Assistant,振动，转速，轴向位移的运行。在前面板中，我们使用一个 tab control 控件将三个子面板放入其中，只要我们点击相应的测量任务，就可以是相应的子面板前端显示。此部分在程序框图中有三个10case 结构控制，如上面的程序框图所示，在布尔控件为真时，case 结构转入 TRUE 分支运行相应代码。到此为止，整个设计过程结束。再设计中，我们可以将所得数据与试验台自带程序所得进行比较，图 3-10 是轴心轨迹的实验数据，转速在 2000 转以下测得的实时数据，图 3-11 是用保存的电子表格文件复现的轴心轨迹。图 3-10：实验台自带软件振动与轴心轨迹
12、实时显示11图 3-11：测试系统保存的电子表格复现的轴心轨迹经过图 3-10 与图 3-11 的比较，可以看出使用 LabVIEW 构建的动态数据采集显示结果与试验台自带的软件保持了良好的一致性。5 结论本文利用 NI 公司的 LabVIEW 软件和 USB-6009 数据采集卡，构建了对北京东方振动所得振动试验台各项测试信号的实时检测、显示、分析处理以及数据存盘，实现了快速高效的动态数据采集和数据共享。与传统的测试仪器相比，采用虚拟仪器的方法设计的信号采集系统具有效率高，开发周期短，而且功能强大，使用方便，界面友好。参考文献1 陈锡辉，张银鸿LabVIEW8.20 程序设计从入到提高M北京：清华大学出版社，20072 王伯雄测试技术基础M北京：清华大学出版社，2003.3 邓星钟机电传动控制M武汉：华中科技大学出版社，2001. 4 杨乐平，李海涛，肖相生等LabVIEW 程序设计与应用M北京：电子工业出版社，20015 季文美.机械振动M.科学出版社,1885.
