《学位论文—基于labview的压缩机噪声性能在线监测系统设计论文正文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《学位论文—基于labview的压缩机噪声性能在线监测系统设计论文正文（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、基于LabVIEW的压缩机噪声性能在线监测系统设计1.绪论 1.1压缩机噪声在线监测研究的意义和应用价值大气污染、水污染、国体废弃物污染和噪声污染被认为是环境污染四个主要领域。噪声污染属于一种物理污染，和其他污染不同，它随着声波发生而开始出现，停止发声而消失，不存在累积现象。机械噪声对人体的影响是多方面的。概括起来，强烈的噪声可引起耳聋、诱发出各种疾病，影响人的休息和工作，干扰语言交流和通讯，掩蔽安全信号，造成生产事故，降低生产效率，影响设备的正常工作，并且直接影响其经济价值，甚至造成破坏。随着科学技术的发展和人类对生存环境要求的不断提高，其噪声越来越受到人们的重视。对于压缩机机构的振动、噪声
2、的研究和在此基础上的缩机性能分析投入较小，研究力量也相对薄弱。当前形势下对压缩机振动噪声特性分析变得尤为重要，并且通过该特性的研究可深入探讨压缩机性能的改进措施。那么，压缩机作为多种机械设备的心脏，必然成为主要噪声源，也是对该类设备减振降噪的主要对象。通过LabVIEW的语言设计，用户只需键入相应参数即可对被测信号进行分析，为信号分析和处理的学习、实践提供一种新工具。与传统仪器相比，具有以下优点：仪器面板布置简捷, 设计灵活；以软件实现硬件功能, 物美价廉；仪器性能的改进和功能的扩展只需更新软件而无需购买硬件设备；研制周期大为缩短；随着计算机技术同步发展, 可利用网络技术实现。目前，虚拟仪器已
3、经逐渐走进大学实验室，开始为实验教学和科研服务，并且可以应用于多个领域，具有较为深远的理论意义和应用价值。1.2压缩机噪声在线监测的研究现状和发展趋势我国的科技工作者从五十年代末已开始着手对制冷设备的主要噪声源压缩机的降噪开展研究，如压缩机壳体的隔声，悬挂系统的减振以及吸排气系统的声学特性，提出了多种压缩机阀片和消声器的设计原则。压缩机噪声来源于内部的各类机械振动、电磁噪声及空气声等。通常采用的噪声测试方法有声强测试法、声功率测试法及声压测试法等。不过由于噪声的测量受环境的影响较大，实际应用中大部分局限于涡旋压缩机整体噪声的测量，而较深层次的研究和振动信号分析方法相比具有一定的差距。用振动测量
4、方法实现噪声的测量（即“以振代噪”）是多年来振动噪声理论分析和应用研究的结果。以涡旋压缩机为例，近些年来，从有关涡旋压缩机研究的公开发表和会议论文统计来看，论文的研究内容大都集中在几何特性、工作原理、密封、可靠性、加工工艺及材料、型线修正与通用型线等方面，而对于涡旋压缩机振动和噪声特性、动力学特性的研究较少。随着涡旋压缩机技术的飞速发展，作为涡旋压缩机性能的重要指标之一的振动和噪声，成为许多学者研究的课题。国外的研究者对空调压缩机的噪声与振动也进行了大量的研究。研究者对压缩机噪声的发声机理、传播途径，分析和试验手段以及控制措施都有研究。Takao Yoshimura等认为，全封闭活塞式空调压缩
5、机噪声谱中500Hz(1/3倍频程)处的噪声是由于压缩机声腔共振和排气管的振动引起的。他们用边界元(BEM)方法，找到声腔共振模态的节面，将吸气口移到该节面上:并且改变了排气管的布置，降低了振动的传递，通过这两种措施，降低了500Hz处的噪声。Edmar Baars等在治理全封闭活塞式空调压缩机500Hz处的噪声时，用模态试验和有限元分析的方法，通过修改吸气消音器的中间裂缝，成功地将500Hz处的声压级降低了6dB。要实现在线实时监测，必须首先获取信号。例如：声音信号可以通过麦克风将声信号转变为电信号。这些信号都是模拟信号。模拟信号在任意时刻取值，并具有无限多个电平，不适合计算机处理。在处理前
6、，必须将它们转化成适合计算机处理的数字信号。现存的在线监测系统可以实现：四通道实时显示和单通道实时显示；实时监测用户设定的压缩机噪声参数的目标和报警限值，若出现超限情况，即可发出相应情况的报警；实时地采集压缩机运行状态的样本，并根据采集的数据实时地显示各监测参数的数值，这包括时域信号、频域信号、声压级，用户根据实际需要选择所要监测的信号；用户在监测过程中能够方便的设置各种系统参数，包括采集卡的有关参数，传感器的有关参数，信号调理和预处理的有关参数，与监测参数显示有关的参数，各项监测参数的限值，通道的选择等等。1.3基于LabVIEW的测试系统的发展状况1.3.1图形化编程软件LabVIEW的介
7、绍虚拟仪器系统运用软件编程实现传统的硬件仪器、控制器功能。在搭建好了变频涡旋压缩机硬件测控平台后，我们需要编制相应的软件来完成测控系统的试验过程控制、试验数据采集、处理和输出。变频涡旋压缩机性能测控虚拟仪器系统内部职能划分如图1所示，主要分为采集处理、数据分析、结果表达三部分。采集处理主要指与计算机相连接的各类智能仪器系统、传感器系统以及软件中的硬件参数设置，各类信号的采集等部分。数据分析主要指软件中对信号的处理、分析、计算等部分。这三个模块是一个有机的整体，它们之间互相交流数据和指令，最终实现整个系统的功能。本系统中采用图形化编程软件LabVIEW来进行软件平台的搭建。 图1-1 变频涡旋压
8、缩机测控虚拟仪器系统内部职能划分LabVIEW是实验室虚拟仪器集成环境 (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)的简称，是美国国家仪器公司的创新软件产品，也是目前应用最广、发展最快、功能最强的图形化编程软件。1.3.2 LabVIEW的组成及功能LabVIEW编写的程序称为虚拟仪器 VI(Virtual Instrument)，因为它的界面和功能与真实的仪器十分相像，在LabVIEW环境下开发的应用程序都被冠以.VI后缀，以表示虚拟仪器的含义。各部分的功能如下:第一，Vl的交互式用户接口。因为与真实物理仪器面板相似，又称作前面板
9、。当在启动屏幕上选择 New VI时，屏幕上出现一个无标题的面板窗口。面板窗口显示Vl的前面板，框图程序窗口用来创建Vl的框图程序。前面板是用户接口，用于设置各种控件，并向程序中输入各种控制参数，并以数字或图形等各种形式输出测试结果。第二，Vl从数据框图接受指令。框图是一种解决编程问题的图形化方法，实际上是Vl程序代码。前面板和框图程序由一些图形化对象组成，这些对象是LabVIEW编程元素。框图程序含有与前面板控件和指示器对应的连线端子、常数、函数、子VI、结构和把数据从一个对象传送到另一个对象的连线。程序框图是程序的源代码，类似于传统仪器机箱里用来实现仪器功能的零部件。第三，Vl模块化特性。
10、一个Vl既可以作为上层独立程序，也可以作为其他程序(或子程序)的子程序。当一个Vl作为子程序时，称作SubVI，Vl图标和连接端口的功能就像一个图形化参数列表，可在Vl与SubVI之间传递数据。用户可以将一个应用分解为一系列任务，再将每个任务细分，将一个复杂的应用分解为一系列简单的子任务，为每个子任务建立一个Vl，然后，把这些Vl组合在一起完成最终的应用程序。图1-2 LabVIEW启动界面G语言是LabVIEW的核心，熟练掌握G语言的编程要素和语法规则，是开发高水平LabVIEW应用程序最重要的基础。换句话说，要真正掌握LabVIEW开发工具，必须把它作为编程语言而不仅仅是编程环境。在压缩机
11、噪声在线监测系统软件的编程中，监测系统主要依赖数据采集卡(DAQ)以及相关的LabVIEW软件。LabVIEW的数据采集程序库包括了许多NI公司数据采集(DAQ)卡的驱动控制程序。通常，一块片可以完成多种功能模/数转换、数/模转换、数字量输入/输出以及计数器/定时器操作等。DAQ系统的基本任务是物理信号的产生或测量。但是要使计算机系统能够测量物理信号，必须要使用传感器把物理信号转换成电信号(电压或者电流信号)。有时不能把被测量信号直接连接到DAQ卡上，而必须使用信号调理辅助电路，现将信号进行一定的处理。1.4 本文研究的内容和方法1.4.1研究内容： （1）论述压缩机噪声特性分析的意义及研究的
12、目的；（2）阐述压缩机噪声信号产生的根源和产生机理，论述噪声测试方法；（3）利用LabVIEW测试系统软件设计测试系统，进行数据分析和运算；1.4.2研究方法：（1）利用工业麦克采集压缩机噪声信号；（2）运用LabVIEW测试系统软件，编制监测测试程序；（3）实现压缩机噪声性能的在线监测及其性能的声压级评估。2.声学理论基础及其测量方法2.1噪声的基本概念与性质2.1.2噪声及其相关概念1、噪声和声音的基本概念各种频率和声强杂乱无序组合的声音叫做噪声。声音是由物体振动引起的，物体振动通过在媒质中传播所引起人耳或其它接受器的反应，就是声音。振动的物体是声音的声源，产生噪声的物体或机械设备等称为噪
13、声源。声源发出的声音必须通过媒质才能传播。除了空气以外，其它气体、液体和固体物质都可以作为声音传播的媒质。由于在真空中没有物质存在，因也就听不到声音。当声源在媒质中振动时，必须依靠媒质的弹性和惯性才能将这种振动传播出去，媒质的弹性和惯性是声音传播的必要条件。声音在媒质之中向四面八方传播，只是媒质振动的传播。振动在弹性介质中以波的形是传播，这种弹性波叫做声波。当振源频率在20-20000Hz之间时，人的耳朵可以感受到它。当振源频率低于20Hz或高于20000Hz时，人耳无法听到。低于20Hz的波动叫次声波，高于20000Hz的波动叫超声波。人们日常听到的声音，通常来自空气所传播频率在20-200
14、00Hz之间的声波。 2、声波的分类 声波的类型，按波的传播方向、介质质点的振动方向、波的形状，有不同的划分，分述如下： （1）纵波和横波 根据媒质质点振动的方向与声波传播方向的关系，声波又可以分为横波和纵波。所谓纵波，是指介质质点的振动方向与波的传播方向相同。所谓横波，是指介质质点的振动方向与波的传播方向垂直。声波在气体和液体中传播时，一般为纵波。 （2）连续波和脉冲波波在介质中传播时，介质的各质点均作连续不断地振动的波称为连续波。 不论脉冲波或非简谐的连续波，均可按照傅里叶级数展开，看成是许多不同频率的简谐波的合成。因此，简谐波是各种波中最基本的波形。 （3）平面波、球面波和柱面波 波传播
15、到的面称为波阵面。波阵面可能是平面、球面、柱形面或它们的组合。如果振动的声源是一个平面，振动时波的传播方向又垂直于该平面，则波阵面也是平面，且平面的面积不因波的传播距离而改变，这种波就称为平面波。 如果振动的声源是在无限空间中的一个点，则声波同时向所有方向传播，其波阵面为球面，这种波称为球面波。当圆柱作纯横向振动时，声波将向与圆柱轴线相垂直的四周传播，其波阵面为柱形面，这种波称为柱面波。2.1.2声波的性质 1、声波的物理性质 声音是一种波动，声波就必然具有波的所有特性，可以用通常描述波的物理量进行描述。因此，描述声波的基本物理参数有频率、波长、相位、声速和声压。从波动的角度来看，声和光具有许多类似之处，不过光是一种电磁波，而声则是一种弹性波。 当声波在空气中传播时，空气质点产生振动，空气密度因此而发生稠密与稀疏的变化。空气变密，压强增高，空气变稀，则压强变低，声波是媒质中密度变化的波，即“疏密波”，声波在空气中传播的只是这种疏密波的波动形式，空气质点并不宏观迁移，而只在原位置作振动，故声波在弹性介质中传播的过程，也就是压力传播的过程。频率、周期、波长和声速之间的关系为： （2-1）空气中的声速由下式计算： （2-2）式中，
