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1、 独创性声明本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：窿。耷日期：切口f ? ，z 学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。( 如作者和导师同意网上交流，请在下
2、方签名；否则视为不同意。)学位论文作者签名：健拆争导师签名签字日期：聊奠2 、髟签字日期东北大学硕士学位论文第一章绪论第一章绪论1 1 对风机进行在线检测、故障分析的必要性和可行性风机是一类将原动机的机械能转化为被输送气体压力能和动能的流体机械，属于通用机械范畴。风机广泛应用于煤炭、石油、冶金、电力、化工、纺织、轻工、机械、建材、农业等国民经济的各个部门。例如冶金工业中的高炉鼓风；采矿工业中的矿井通风；化学工业中的气体排送；石油工业中的催化裂化；一般工业中的厂房通风等等都离不开风机。可见，风机在我国国民经济现代化建设中应用广、数量多，占有重要地位。钢铁工业是国民经济的支柱行业，直接关系到整个国
3、民经济的发展，是支持与推动其它工业，农业，交通，建筑，军工等行业发展的最重要的基础。在钢铁工业中，风机有着广泛的用途，如：烧结主排风机、高炉鼓风机、烧结余热风机、陈钢除尘风机、高炉除尘风机等。风机的安全可靠性对钢厂的安全经济运行至关重要，但是机械的振动总是伴随着机械的运转而存在的，风机也不例外，即使是风机在最佳的运行状态，也将产生某些振动，由于转子、轴承、壳体、联轴节、密封和基础等部分的结构及加工和安装方面的缺陷，使通风机在运行时引起振动，振动的加剧又往往是风机破坏的主要原因，因此在钢铁企业生产过程中，由于风机故障引起的停机、停炉的事例很多，并由此造成了巨大的经济损失。一般钢厂中经常发现风机在
4、失衡状态下运行，加大了轴承部件的动载荷，降低了轴承的使用寿命。为了防止风机的突发事故、减少风机的动载荷，在风机运行过程中使用在线设备，监视风机的运行状况x查! ! 垄芏堡主兰堡丝查整二主壁垒 本课题利用虚拟仪器技术开发一套风机试验系统，利用该风机试验系统可进行风机的动特性、动响应、动强度和稳定性分析以及风机的动平衡试验。通过试验研究及理论计算，研究风机不平衡机理，并在实验室进行模拟，结合现场测试数据，寻找不平衡判别特征量，为进行风机设备精密诊断和在线诊断系统的故障规则积累提供有效的技术支撑。此外，本系统虽然是针对风机振动检测设计的，但通过简单的系统参数设置变换和传感器位置变换，便可以应用于冶金
5、、发电等行业的其它旋转设备上。1 2 测量仪器的发展及面临的问题1 2 1 电子测量技术的发展从狭义上讲，电子测量是在电子学中测量有关参数的量值，通常包括以下几个方面：电量的测量，如电压、电流、功率、电能等；信号特性及所受干扰的测量，如信号波形、失真度、频率、相位、信噪比等；元件和电路参数的测量，如电阻、电感、电容、电路频率响应、通带宽度、相位移等。随着科学技术的发展，对许多物理量，如距离、重量、速度、温度等，使用传统测量方法已经不能满足现代科学研究和生产的需要。因此都设法将它们经过一定的传感器变成电信号，然后利用一套比较成熟的电子学方法【l 】进行测量。这也使得电子测量技术在很多领域得到了应
6、用，在现代科学技术中具有不可替代的重要作用。电子测量与其他测量相比，具有以下几个明显的特点：( 1 ) 测量频率范围极宽低端可以测低至1 0 。5 H z ，高端可达1 0 0 G H z 左右( 某些测量领域可能更高) 。电子测量能工作在这样宽的频率范围内，因此它的应用范围很广泛。但也由于测量范围宽，在不同的频段测量所依据的原理、采用的方法、使用的元器件等可能相差很远，通常把被测电量或供给同一电量的仪器分为不同的频段。例如信号发生器可分为超低频信号发生器、音频信号发生器、高频信号发生器等等。当然这给使用带来很多不便，近年来研制了很多宽频带设备使同一台仪器能在很宽的频率范围内工作。( 2 )
7、量程宽由于测量电量的大小相差极大，要求测量仪器的量程也要极宽。同一台电子测量仪器，通常能做到很宽的量程。例如一台高灵敏度的数字电压表，可以东北大学硕士学位论文第一章绪论本课题利用虚拟仪器技术开发一套风机试验系统，利用该风机试验系统可进行风机的动特性、动响应、动强度和稳定性分析以及风机的动平衡试验。通过试验研究及理论计算，研究风机不平衡机理，并在实验室进行模拟，结合现场测试数据，寻找不平衡判别特征量，为进行风机设备精密诊断和在线诊断系统的故障规则积累提供有效的技术支撑。此外，本系统虽然是针对风机振动检测设计的，但通过简单的系统参数设置变换和传感器位置变换，便可以应用于冶金、发电等行业的其它旋转设
8、备上。1 2 测量仪器的发展及面临的问题1 2 1 电子测量技术的发展从狭义上讲，电子测量是在电子学中测量有关参数的量值，通常包括以下几个方面：电量的测量，如电压、电流、功率、电能等；信号特性及所受干扰的测量，如信号波形、失真度、频率、相位、信噪比等；元件和电路参数的测量，如电阻、电感、电容、电路频率响应、通带宽度、相位移等。随着科学技术的发展，对许多物理量，如距离、重量、速度、温度等，使用传统测量方法已经不能满足现代科学研究和生产的需要。因此都设法将它们经过一定的传感器变成电信号，然后利用一套比较成熟的电子学方法【1 3 进行测量。这也使得电子测量技术在很多领域得到了应用，在现代科学技术中具
9、有不可替代的重要作用。电子测量与其他测量相比，具有以下几个明显的特点：( 1 ) 测量频率范围极宽低端可以测低至1 0 4 H z ，高端可迭1 0 0 G H z 左右( 某些测量领域可能更高) 。电子测量能工作在这样宽的频率范围内，因此它的应用范围很广泛。但也由于测量范围宽，在不同的频段测量所依据的原理、采用的方法、使用的元器件等可能相差很远，通常把被测电量或供给同一电量的仪器分为不同的频段。例如信号发生器可分为超低频信号发生器、音频信号发生嚣、高频信号发生器等等。当然这给使用带来很多不便，近年来研制了很多宽频带设各使同一台仪器能在很宽的频率范围内工作。( 2 ) 量程宽由于测量电量的大小
10、相差极大，要求测量仪器的量程也要极宽。同一台电子测量仪器，通常能做到很宽的量程。例如一台高灵敏度的数字电压表，可以子测量仪器，通常能做到很宽的量程。例如一台高灵敏度的数字电压表，可以东北大学硕士学位论文第一章绪论测出l O 纳伏到一千伏的电压，量程达到1 1 个数量级。电子计数器的量程更宽，其频率范围可达1 7 个数量级。量程宽正是电子测量仪器突出的优点。( 3 ) 测量准确度高电子仪器的准确度通常比其他测量仪器高很多，特别是对频率和时间的测量，由于采用了原子频标和原子秒作为标准，使误差减小到1 0 。3 1 0 。4 量级。人们常常把其它参数转变成频率再进行测量，以提高测量的准确程度。电子测
11、量准确度高正是它在现代科学技术领域得到广泛应用的重要原因之一。( 4 ) 测量速度快电子测量是通过电子运动和电磁波的传播来进行工作的，因此具有其他测量方法所无法类比的高速度，这也是它广泛应用的一个重要原因。随着科学技术的发展，对测量过程和测量数据处理的速度都提出了越来越高的要求，不断提高测量速度是电子测量发展的一个重要方向。( 5 ) 易于利用计算机，形成电子测量与计算机技术的紧密结合这个特点决定了电子测量技术成为当今测量技术的主流。由于电子测量的测量结果和它所需的控制信号都是电信号，这非常有利于直接或通过A D 、D A变化与计算机相连。电子测量与计算机技术的紧密结合，特别是7 0 年代以来
12、，超大规模集成电路和微处理机的出现，更使电子测量领域发生了重大变化。随着微型机算计功能的不断提高和成本的不断降低，可以在不增加仪器体积和不明现增加成本的情况下，使仪器的性能发生很大的飞跃，使它具有高性能、多功能、智能化等特点。由于具有以上一系列特点，电子测量技术被广泛应用于自然科学的一切领域。大到天文观测、宇宙航天，小到物质结构、基本粒子；从复杂深奥的生命、细胞、遗传问题到日常的工农业生产、医学、商业等各部门，都越来越多采用电子测量技术和设备。1 2 2 电子测量仪器的发展根据电子测量仪器所采用技术的先进程度，可以将其分为三代产品，即模拟式仪器、数字式仪器及智能仪器1 2 1 。第一代测量仪器
13、是模拟式仪器。大量的指针式电压表、电流表、功率计、模拟示波器以及扫描仪等通用测量仪器，均是典型的模拟仪器仪表。这类仪器仪表的显示部分都是电磁式结构，利用电磁测量原理，通过指针的移动或电子束偏移来显示最终测量结果。它们的特点是：结构简单、成本较低、易于维护。1 3 一东北大学硕士学位论文第一章绪论适用于对精度要求不高的场所。这种仪器至今仍在各个场合被广泛使用着。第二代测量仪器是数字式仪器。这类仪器仪表的基本原理在于将被测模拟信号转化为数字信号进行测量，如数字式万用表、频率计等。数字式仪器比模拟式仪器具有更高的测量精度和响应速度，今天数字式仪器仪表的增长速度已远远超过了模拟式仪器仪表。第三代测量仪
14、器式智能仪器。这类仪器仪表大致分为两类，一类内含微处理器，被称为“内含微处理”或“微机化”仪器。另一类仪器硬件本身与微型机在硬件结构上分开，但仪器由微型机控制数据采集和处理，这类仪器又称为虚拟仪器。智能仪器的特点是以微电子器件代替常规电子线路，以微处理机为核心，具有信息采集、显示、处理、传输及优化控制等功能，甚至具有辅助专家进行推理分析与决策的能力。现代竞争要求测试系统具有更短的开发周期、更低的成本和更高的质量，因此自动化测试、测量在各科研单位、公司企业中越来越受到关注。而目前仍普遍使用的第一代、二代测量仪器功能单一，彼此不兼容，不能共享硬件和软件组件，不能将测量结果在计算机上处理等缺点。这使
15、得组建测试系统的成本很高，开发研究得效率难以提高。与此相对，基于计算机技术得智能仪器能够有效的降低测试、测量系统的成本，共享测试系统的硬件和软件，可以提高开发效率，成为测试系统和测量仪器的发展方向【3 】。1 2 3 振动测试分析仪器的发展振动测试技术从2 0 世纪初发展到今天，经几代科学工作者的探索正逐步走向完善，测试分析仪器也在不断发展和成熟。振动测量【4 J 通常包括振动的位移、速度、加速度，噪声的声压、声强，以及振动力的测量，这些参数通常称为动态参数。动态测量【5 】是指由传感器测得这些非电物理量并转换为电信号，然后经过放大、滤波等调节环节，对信号进行适当调节，并对测量结果进行记录、分
16、析、显示的全过程。因此振动测量属于动态测量范围，如图1 1 所示。图1 1 振动测试框图F i 9 1 1T l l eb 1 0 c kd i a g r o fV i b r a t j o nt e s t随着振动测试技术理论【6 】的发展和生产中对测试需求的与日俱增，高质量的测试仪器、设备和现代化的测试方法不断出现，从最初的机械式测振仪，发东北大学硕士学位论文第一章绪论 1 3 本课题研究的主要内容随着社会进步，要求机械量测量技术向速度化、自动化、微型化、智能化、集成化方向发展。虚拟仪器的设计思想为提高测试效率、降低测试成本，提供了有效的途径和方法。但是纵观国内外虚拟仪器技术研究开发状况，目前对振动测量的虚拟测试系统的研究，并对其测试系统的开发过程进行较为全面的分析，建立模型的文献并不多见。因此本论文针对振动虚拟测试分析系统的基本结构、测试功能特点以及数字化测试一般实现技术等因素，采用面向对象技术，对振动量虚拟测试系统进行充分的系统分析，建立系统的信息模型、动态模型和功能模型，并选择了美国N I ( N a t i o n a lI n
