基于5935采集器的振动信号采集设计_毕业论文.docx

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1、 学号：09034080115毕业论文基于5935采集器的振动信号采集设计 Vibration signal acquisition based on 5935 collector学院 计算机与电子信息学院专业 自动化班级 自动化09-1 学生 XXX 指导教师（职称） XXX（高级实验师） 论文时间 2013 年 3 月 3日至 2013 年 6 月 9 日专业负责人批准日期 毕 业 设 计 任 务 书院（系）： 电子计算机与信息学院 专业 自动化 班 级： 自动化09-1 学生： XXX 学号：09034080115 一、毕业设计课题 基于5935采集器的振动信号采集设计 二、毕业设计工作

2、自 2013 年 3 月 3 日起至 2013 年 6 月 9日止三、毕业设计进行地点 电信学院电气自动化实验室 四、毕业设计的内容要求 1、利用USB5935采集器采集振动传感器的振动信号。 2、利用LABVIEW设计在振动信号在线监测人机界面。 3、编程实现振动信号超限自动报警。 查阅课题相关资料，要求参考文献不少于15篇；完成课题研究，并按照学院关于毕业设计（论文）工作条例（修改稿）中关于毕业设计基本构成及其描述和格式规范的要求撰写毕业设计说明书，字数不少于2万字。 指导教师 XXX 接受论文任务开始执行日期 2013 年 3 月 3 日学生签名 摘要工业生产过程中除了经济效益，安全问题

3、的越来越受到重视，能否切实可行的保障企业生产与员工安全是工业生产的重要环节。目前的机械振动测试较为烦杂，导致耗费了过多的资源。随着计算机和软件技术的发展，虚拟仪器正在在不同领域得到广泛应用，将虚拟技术应用于振动测试之中更符合企业未来发展的需要。同时随着USB得到广泛应用，本文将采用USB这种新型的总线形式，对振动信号的进行采集。实现运用虚拟仪器对振动机械的不良振动进行检测，保证安全运行以及方便护理维修。本文基于美国国家仪器（NI）公司的LabVIEW软件， USB数据采集卡，以及振动传感器构成振动信号采集设计系统。使用虚拟仪器图形化编程语言LabVIEW组建的振动测试分析系统大大降低了企业成本

4、，使振动检测系统更加方便简洁，满足了对振动信号的收集，处理，及时对故障报警的要求。论文分别介绍了机械振动相关知识，振动故障类型，USB原理和设备架构，振动采集系统组成，对数据采集进行硬件和软件设计。该系统可以对振动信号进行在线监测，超限报警，能够广泛应用于发电机机组，汽车发动机振动信号监测，故障报警。关键词：数据采集 振动信号 USB LABVIEWAbstractIndustrial production process in addition to economic benefits, security issues have been paid more and more attenti

5、on, whether the production and safety of safeguard enterprise is an important part of industrial production. Mechanical vibration test current is more complex, resulting in waste too much resources. With the development of computer and software, virtual instrument is widely used in different fields,

6、 the virtual technology used in the vibration test conforms to the requirements of the future development of enterprises. At the same time as the USB has been widely used, this paper will use the new USB bus, to collect vibration signals. To examine the adverse vibration machinery based on virtual i

7、nstrument, to ensure safe operation and convenient nursing repair.In this paper, based on the United States National Instruments (NI) companys LabVIEW software, USB data acquisition card, and the vibration sensor vibration signal acquisition system design. Vibration test and analysis system using vi

8、rtual instrument graphical programming language LabVIEW established and greatly reduce the cost of enterprise, the vibration detection system more convenient and simple, to meet the vibration signal collection, processing, timely alarm requirements.The paper introduces the related knowledge of mecha

9、nical vibration, vibration fault type, USB principle and equipment structure, composed of vibration data acquisition system, data acquisition hardware and software design of the data. The system can monitor online, the vibration signal of the alarm, and can be widely applied to generator unit, monit

10、oring the vibration signal of automotive engine, fault alarm. Key words: Data Acquisition，The vibration signal，USB ，LABVIEW目录摘要3ABSTRACT4第一章 绪论11.1 振动信号采集设计的选题背景及其意义11.2 轴承故障诊断的发展概况和现状31.3 振动信号理论分析51.4本设计的主要内容8第二章 虚拟仪器92.1 虚拟仪器的概念92.2 虚拟仪器的原理92.2.1 硬件平台102.2.2 软件平台112.2.3 整体系统122.3 虚拟仪器的特点12第三章 系统硬件

11、设计及数据采集理论143.1 USB信号采集设计143.1.1 USB结构及工作原理143.1.2 USB5935数据采集卡153.2 电涡流传感器183.3数据采集介绍203.4 数据采集卡硬件结构21第四章 LABVIEW软件设计234.1 LabView平台介绍234.1.1 LabVIEW应用程序的构成254.1.2 LabVIEW的操作模板264.2 LabVIEW设计虚拟仪器的方法27第五章 系统具体程序的实现295.1振动检测试验295.2 labview使用程序说明33结论与展望37致 谢38参考文献3941第一章 绪论第一章 绪论1.1 振动信号采集设计的选题背景及其意义汽轮

12、发电机组的振动是关系到发电厂安全经济运行的技术热点之一，特别在新机组试运或机组检修后第一次启动时，振动问题也是影响机组能否成功启动的关键。虽说经过日新月异的变化，新技术曾出不穷，但是近年来，还是会发生因机械振动过大而引起的发电机组轴断裂等重大事故，严重影响生产及工作人员生命财产安全。因此，设法减少旋转机械的不良振动是工程上非常重要的研究课题。随着科技的发展，现代工业正逐步向生产设备大型化、复杂化、高速化和自动化方向发展，在提高生产率、降低成本、节约能源、减少废品率、保证产品质量等方面具有很大的优势。但是，由于故障所引起的灾难性事故及其所造成的对生命与财产的损失和对环境的破坏等也是很严重的，这就

13、使得人们对诸如航空航天器、核电站、热电厂及其他大型化工设备的可靠性、安全性提出了越来越高的要求。除了在设计与制造阶段，通过改进可靠性设计、研究和应用新材料、新工艺以及加强生产过程中的质检控制措施提高系统的可靠性与安全性外，提高系统可靠性与安全性的另一个重要途径就是对系统的工作状态进行实时的监测与诊断，从而实现对设备的有效控制，并对灾难性故障的发生进行预警，为采取相应的补救措施提供有效的信息。故障诊断理论就是为了满足对系统可靠性和安全性要求的提高，减少并控制灾难性事故的发生而发展起来的。因此，故障诊断理论的发展必将促进故障监测和监控系统的快速发展与广泛应用，从而可以进一步的提高系统运行的可靠性与

14、安全性，并由此产生巨大的经济和社会效益。与其他机械零部件相比，滚动轴承有一个很独特的特点，那就是其寿命的离散性很大。由于轴承的这一特点，在实际使用中就会出现这样一种情况：有的轴承已大大超过其设计寿命而依然能正常地工作，而有的轴承远未达到其设计寿命就出现各种故障。因此，如果按照设计寿命对轴承进行定期维修：一方面，会造成将超过设计寿命而仍正常工作的轴承拆下来作报废处理，造成浪费；另一方面，未达到设计寿命而出现故障的轴承没有被及时的发现，直到定期维修时才被拆下来报废，使得机器在轴承出现故障后和报废前这段时间内工作精度降低，或者未到维修时间就出现严重故障，导致整部机器陷于瘫痪状态。因此，进行滚动轴承工

15、作状态及故障的早期检测与故障诊断，对于设备安全平稳运行具有重要的实际意义。由于机组产生异常振动的原因是多方面的，情况复杂，涉及到设计制造、安装、检修和运行各方面，所以，无论是检修人员还是运行人员都应该具备振动的基本知识。汽轮发电机组发生过大振动的危害，主要表现在对设备和人身两方面。对设备的危害主要表现如下：1、 动静部分发生摩擦。由于机组单机容量的增大和效率要求的提高，汽轮机通流部分的间隙，特别是径向间隙一般都比较小，在较大的振动下，极易造成动静部分摩擦，由此不但直接造成动静部件的损坏，而且当汽封间隙大后，增大了转子轴向推力，引起推力轴瓦温度升高，甚至会发生推力轴瓦损坏事故。2、 加速某些部件

16、的磨损和产生偏磨。因振动而产生不均匀磨损的部件，主要有轴颈，蜗母轮、活动式联轴节，发电机转子滑环、励磁机的整流子等。3、 动静部分的疲劳损坏。由于振动，使某些部件产生过大的动应力，因而导致疲劳损坏，并切由此造成事故进一步扩大，这种疲劳损坏虽然要有一个时间过程，但是随着部件上应力的增大，时间过程可以大为缩短。4、 某些紧固件的断裂和松脱。过大振动使轴承座地脚螺栓断裂和某些零件发生松动而脱落，失去原有的功能，从而使机组发生事故。5、 机组经济性降低。汽轮机汽封间隙的大小，与汽轮机热经济性有密切关系。而汽封间隙能否保持较小数值，很大程度上决定于机组的振动情况。6、 直接或间接造成设备事故。当汽轮机发

17、生过大振动时，危急遮断器或机组的其他保护仪表的正常工作将直接受到影响，严重时会引起这些部件的误动作，直接造成事故停机。振动对人身的危害也很严重。过大的机械振动和噪音，对运行人员的生理将产生不利的影响。在0100HZ范围内，过大的振动大多数情况下将引起工作人员显著的疲劳感觉，降低工作效率，从而降低了预防、判断和处理事故的能力。从振动造成的主要危害出发，不仅额定转速下的过大振动会产生这些危害，而且在启动和停机过程中所发生的过大振动，也有类似的危害。在机组启动中，当临界转速下的振动很大时，采用加速的方法冲临界转速，固然可以使轴承振动得不到发散。但在停机的过程中，就难以避免在临界转速下发生过大的振动。

18、因此，对于临界转速下振动较大的机组，从改善转子平衡状态着手来消除振动应当是更合理的技术措施。随着我国国民经济和工业生产的迅速发展，传统的工业数据采集已经满足不了工业现代化的发展。随着工业现场数据的复杂性，数据的采集正在向智能化、网络化和集成化方向发展。传统的数据采集方式包括：安装数据采集板卡、并口采集数据、串口采集数据等。其中常用的是安装数据采集板卡的方法，其缺点在于：安装麻烦，每次都需要关机后打开机箱才能插入板卡；受到计算机插槽数量和地址、中断资源的限制，不能外接很多设备；机箱环境的干扰可能导致通讯过程中产生错误。随着现代计算机技术的发展，通用计算机的外设接口发生了很大变化，并口、串口等传统

19、接口已逐渐不再使用，从而上述的传统采集方式已经过时。人们在不停地寻求更先进优越的数据采集方法，当USB技术一出现，人们就逐渐将其应用到了工业现场的数据采集系统中。发展到今天，结构清晰、流程简洁、性能强大的数据采集系统己离不开USB技术的发展。目前，USB数据采集技术在国外已处于高速发展阶段。所以我们选择利用利用发展前景更广泛的USB采集器来采集振动传感器的振动信号，对数据采集系统进行设计，达到发电机机组安全生产的要求。1.2 轴承故障诊断的发展概况和现状1.2.1国内轴承故障诊断发展研究现状 美国是最早开展状态监测与故障诊断的国家之一，1961年开始执行阿波罗计划后，产生了一系列有设备故障酿成

20、的悲剧，引起了美国军方和政府有关部门的重视。1967年4月，在美国宇航局(NASA)的倡导下，由美国海军研究室(ONR)主持成立了美国机械故障预防小组(MFPG)，首次采用状态监测技术对机械进行预防监测，标志着该技术研究的开始。除了MFPG外，美国机械工程师学会(ASME)领导下的锅炉压力容器监测中心在应用声发射技术对设备故障诊断方面取得重大成果。此后很多学术机构如美国机械工程师学会 (ASME)，政府部门如国家标准局(NBS)以及一些高等院校和企业公司都参与或进行了与本行业有关的诊断技术研究。在航空运输方面，美国在可靠性维修管理的基础上，大规模地对大型飞机进行状态监测，目前，美国的军用飞机都

21、装备了功能强大的状态监测与故障诊断系统。其他还有Johns Mitchell公司超低温水泵和空压机监测技术、SPIRE公司军用机械轴和轴承诊断技术、TEDECO公司润滑油分析诊断技术等都在国际上处于领先地位。 英国在20世纪60年代末70年代初，以RACollacott为首的机械保健中心开始研究故降障断技术。1982年曼彻斯特大学成立了沃福森工业维修公司，主要从事状态监测与故障诊的研究与教育培训工作，另外，在核电站，钢铁等领域也成立了相应的组织，开展这方面的研究。在欧洲其他一些国家，设备状态监测与诊断技术的研究也有不同程度的发展，并在一方面具有特色或领先地位，如瑞典SPM仪器公司的轴承监测技术

22、，挪威的船舶诊断技术。如丹麦B&K公司的传感器制造技术。日本在70年代开始发展诊断技术，它的做法是密切注视世界各国动向，积极引进和消化最新技术，努力发展自己的诊断技术，日本的诊断技术在民用工业方面占有明显优势，如钢铁、铁路、化工等工业。 我国在故障诊断技术方面的研究起步较晚，但是发展很快。其间经历了两个阶段：一阶段从1979年至1983年，该阶段主要是吸收国外先进技术，并对一些故障机理和诊断法展开了研究：第二阶段从1984年至今，在这一阶段随着官方组织的成立和学术会议的推广，全方位开展了机械设备的故障诊断研究。国内有一些大学及研究所陆续推出自己的产品，如北京振通检测技术研究所推出的902和90

23、3便携式采集器，重庆大学测试中心的QLSAW型振动测试分析仪， 大连理工大学推出的PDM2000数据采集分析仪及管理软件，哈尔滨工业大学的“机组振动微机监测与故障诊断系统，西安交通大学的RMMMDS系统，浙江大学的CMD.3系统和清华大学的ADVISOR系统等。目前我国的设备状态监测与故障诊断技术水平与发达圈家的差距己大大缩短，在一些方面，如计算机监测与故障诊断的软件开发等，完全可以满足生产实际的需要，达到同期世界先进水平。 自二十世纪六十年代以来，国内外学者对轴承的故障诊断做了大量的研究工作，各种方法与技巧不断产生、发展和完善，应用领域不断扩大，诊断精度也不断提高。时至今日，故障诊断技术己成

24、为一门独立的跨学科的综合信息处理技术，它以可靠性理论、信息论、控制论、系统论为理论基础，以现代测试仪器和计算机为技 术手段，结合各种诊断对象（系统、设备、机器、装置、工程结构、工艺过程等）的特殊规律而逐步形成一门新兴的学科。总的来说，轴承故障诊断的发展经历了以下几个阶段： 第一阶段：利用通用的频谱分析仪诊断轴承故障。 第二阶段：利用冲击脉冲技术诊断轴承故障。 第三阶段：利用共振解调技术诊断轴承故障。第四阶段：以计算机为中心的故障诊断。 伴随着轴承故障诊断这四个阶段的发展，故障诊断理论和新的信号测试与处理方法也不断地出现。但就基于信号处理技术的诊断方法而言，可以分为两大类：一 是基于传统信号处理

25、的故障诊断方法，如频谱分析法、幅值参数指标分析法、冲击脉冲法、共振解调法等；二是基于现代信号处理的故障诊断方法，如现代谱分析 法、时频分析法、非高斯信号处理法、非线性技术处理法、智能诊断法等方法。 随着现代数学、信息科学、计算机技术、电子技术、人工智能技术、网络技术等更加广泛和深入地应用，故障诊断技术与当前前沿科学的融合是故障诊断技术的 发展方向。当今故障诊断技术的发展趋势是传感器的精密化、多维化，诊断理论和诊断模型的多元化，诊断技术的智能化。总的来说，主要表现在下述几个方面：故障诊断的远程化；故障诊断方法的相互融合；与多元传感器信息的融合；诊断技术与虚拟仪器的结合现有诊断技术的局限性及急待解

26、决的问题：在以往的经典信号分析与处理方法中，为了便于分析与处理，对待分析对象进行一些理性化的处理和简化，例如假设被分析的信号具有线性性、平稳性和最小相 位等特征，并在此基础上形成了完整的理论体系和方法。但是，在工程实际应用中，这样的简化常常忽略了信号中的一些重要特征，特别是一些非平稳的信息，这些 信息往往预示着设备状态的发展趋势。利用传统方法对滚动轴承进行状态监测与分析时，不能充分反映出轴承的真实运转情况。对于工作在较为理想工况条件下的简 单机械设备，分析结果尚可；对于精密机械设备或者是在复杂的工况条件下的设备，则诊断结果常常差强人意，误诊和漏诊现象的大量出现，这是影响设备状态监测 与诊断技术

27、的推广和进一步发展的最主要原因。随着各种新兴的信号与信息处理方法的引入，如Priestley演变谱、短时Fourier变换、Cohen类时频表示（如Wigner-Ville 分布、Cohen分布）、小波分析、非线性时间序列分析等，振动信号分析方法在非线性、非稳态和非高斯特征处理方面有了长足的进步，带来了一定的社会和经 济效益。但是，上述几种信号处理方法本身也存在一些固有的缺陷，例如并未充分考虑到旋转机械设备固有的周期时变特性。演变谱方法要求时变信号需要具有多个 观测记录，而短时Fourier变换和Cohen类时频表示通常要求非平稳信号是慢变化的等等。此外，现有的信号分析技术在低信噪比振动信号的

28、特征提取方面，并未取得突破性进展。滚动轴承的振动信号由于经历复杂传递途径所带来的干扰，往往造成故障信息淹没在背景噪声和干扰之中，从而使信号特征提取变得异常困难。1.3 振动信号理论分析1.3.1旋转机械振动特点机械振动是指物体围绕其平衡位置附近来回摆动并随时间变化的一种运动。机械振动通常以其幅值、周期、频率和相位来描述，它们是描述振动的基本参数。以下介绍在振动测量和分析中经常用到的有关名词和术语。1.动态参数：稳态时振动的特征参数幅值：表示物体动态运动或振动的幅度，它是机械振动强度的标志，也是机器振动严重程度的一个重要指标。机器运转状态的好坏绝大多数情况是根据振动幅值的大小来判别的。振幅的大小

29、可以表示为峰-峰值（P - P）、单峰值（0 - P）、有效值（RMS）或平均值（Average）。峰-峰值等于正峰和负峰之间的最大偏差值，峰值等于峰-峰值的1/2。只有在纯正弦波的情况下，均方根值才等于峰值的0.707倍，平均值等于峰值的0.637倍。而平均值在振动测量中一般则很少使用。周期：物体完成一个完整的振动所需要的时间，以T0表示。单位一般是用“秒”来表示。例如一个单摆，它的周期就是重锤从左运动到右，再从右运动回左边起点所需要的时间。频率：是指振动物体在单位时间（1秒）内所产生振动的次数，即Hz，以f0表示。很显然f0=1/T0。对于旋转机械的振动来说，存在下述令人感兴趣的频率：a.

30、转动轴的旋转频率b.各种振动分量的频率c.机器自身和基础或其它附着物的固有频率。由于某些机器故障仅仅在某些特定的频率下才产生振动，这种现象就有助于区别各种不同种类的机器故障。例如：不平衡故障的结果一定会导致工频能量的异常升高。但是，反过来我们必须注意到，振动频率和机器故障的关系并不是一一相对应的。也就是说，某一特定频率的振动，可能和多种机器的故障有关联。因此，我们不要企图将某一固定的振动频率与某一特定的机器故障建立直接的联系。在对旋转机械进行振动分析与故障诊断时，振动的频率是非常重要的参量，是分析振动原因的重要依据，它有助于我们对机器的故障进行判别，根据振动频率可以初步查明振动的性质和来源。但

31、是，它仅仅只是一种参量而已。为了得到正确的诊断结论，我们还必须对机器所有的参量进行估计和分析。振动频率可采用赫兹（HZ）、周/ 分钟(CPM)、 转/分钟（RPM）等度量单位，或以相对于转速频率的倍数为度量单位， 如一倍频（1X）、二倍频（2X）、半频（0.5X）等等。相位：是指旋转机械测量中某一瞬间机器的选频振动信号（如基频）与轴上某一固定标志（如键相器）之间的相位差。相位可用来描述某一特定时刻机器转子的位置，一个好的相位测量系统能够确定每一个传感器所在的机器转子上“高点”相对机器轴系上某一固定的标志点的位置。而平衡状态的变化将会引起“高点”位置的变化，这种变化也会通过相位角的变化而表示出来

32、。相位的度量单位为度（），通常振动相位在0360范围之间变化。振动的相位在振动分折中十分重要，它不仅反映了不平衡分量的相对位置，在动平衡中必不可少，而且在故障诊断中也能发挥重要作用。2静态参数：稳定状态下机器各部件所处位置的参数偏心和轴心位置：在转子平衡领域，偏心是指转子质量中心偏离转轴回转中心的数值，此偏心是引起转轴振动最主要的激振力；而在机组运行监测中偏心是指轴颈中心偏离轴瓦中心的距离，也称为偏心位置或轴心位置，通过对偏心的监测可以发现转子承受的外加载荷和轴瓦工作状态。转子挠曲：转子挠曲是指转子弹性弯曲值，现场习惯称为挠度。转子挠曲分为静挠曲和动挠曲，静挠曲是静止状态的转子在自重或预载荷作

33、用下产生的弹性弯曲值，沿转子轴线上不同的点，静挠曲值不同；动挠曲是旋转状态的转子在不平衡力矩和其它交变力作用下产生的弹性弯曲值，转子动挠曲又分同步挠曲和异步挠曲两种，这两种挠曲将直接叠加到转轴振动上。电气偏差、机械偏差、晃度：电气偏差系非接触式电涡流传感器系统输出信号误差的来源之一，转轴每转一圈，该偏差就重复一次。传感器输出信号的变化并不是来自探头所测间隙的改变（动态运动或位置的变化），而通常是来自于转轴表面材料电导率的变化或转轴表面上某些位置局部磁场的存在。（转子磁化后，其频谱特征为2X、4X、6X等比较高，且差不多高。）1.3.2 旋转机械主要振动故障1.转子不平衡 设计、制造、安装过程中

34、转子材质不均均匀、结构不对称或者机械工作一定时间后出现磨擦、积灰、结垢导致转子质心改变，出现不平衡的情况。转子旋转时， 质量不平衡将引起转子的振动，这是机械振动最常见的故障。2.不对中 机械振动主要是不平衡所致，对于旋转机械而言，不对中也是引起振动的一个主要原因。不对中包括两种情况：联轴器不对中和轴承不对中。联轴器不对中又可分为平行不对中、偏角不对中和平行偏角不对中三种情况。有出现不对中情况的转子系统在工作过程中会产生一系列危害设备的后果，加剧机器损坏程度，危害极大。3. 轴弯曲和热弯曲 轴弯曲是指转子的中心线处于不直状态。转子弯曲分为永久性弯曲和临时性弯曲两种类型。转子永久性弯曲是指转子的轴

35、呈永久性的弓形，它是由于转子结构不合理、制造误差大、材质不均匀、转子长期存放不当而发生永久性的弯曲变形，或是热态停车时未及时盘车或盘车不当、转子的热稳定性差、长期运行后轴的自然弯曲加大等原因所造成。转子临时性弯曲是指转子上有较大预负荷、开机运行时的暖机操作不当、升速过快、转轴热变形不均匀等原因造成。转子永久性弯曲与临时性弯曲是两种不同的故障，但其故障的机理是相同的。转子不论发生永久性弯曲还是临时性弯曲，都会产生与质量偏心情况相类似的旋转矢量激振力。轴弯曲时通常都会产生很大的径向振动和轴向振动，如果弯曲位于转轴中央附近，支承转子的两个轴承上的轴向振动主要呈1X分量，如果弯曲位于联轴器附近或悬臂式

36、支撑转子的外伸端产生弯曲时，则可能产生较大的2X振动分量。此外，轴弯曲时一般会在一阶临界转速下产生较大的径向振动。热弯曲是指转子受热后（如启机中或加负荷时）使转子产生了附加的不平衡力（即热不平衡），从而导致了转子发生弯曲的现象。热不平衡的机理是转子横截面存在某种不对称因素（材质不对称、温度不对称、内摩擦力不对称等）、或温度场不均匀，可能在转子上产生弯矩，造成转子弯曲。 4.油膜涡动和油膜振荡 油膜涡动和油膜振荡是滑动轴承中由于油膜的动力学特性而引起的一种自激振动。油膜涡动一般是由于过大的轴承磨损或间隙，不合适的轴承设计，润滑油参数的改变等因素引起的。其主要特征是：a.发生强烈振动时，振幅突然增

37、加，声音异常。 b.振动频率为组合频率，次谐波非常丰富，并且与转子的一阶临界转速相等的频率的振幅接近或超过基频振幅； c.工作转速高于第一临界转速的2倍时才发生强烈振动，振荡频率等于转子的第一临界转速，并且不随工作转速的变化而变化，只有工作转速低于2倍第一临界转速后，剧烈振动才消失； d.轴心轨迹为发散的不规则形状，进动方向为正进动。5.机械零件损坏与老化 即使装配再好的机器运行一段时间后也会产生松动，磨损。引起松动的常见原因是：螺母松动、螺栓断 裂、轴径磨损、甚至装配了不合格零件。轴承各零部件磨损，出现点蚀、剥落、腐蚀、胶合等故障。要减少此类故障应优化生产工艺，规范管理规程，严格执行操作规程

38、、注意机器润滑保证合理使用。 6其他故障 轴承胶合，断裂，齿轮缺陷 ，皮带传动故障等。1.4本设计的主要内容本课题着重于将将USB技术应用到振动信号采集系统之中，研究了国内外振动检测技术的发展状况，提出了基于USB5935采集器的振动信号采集设计方案。课题由由绪论、系统硬件设计、系统软件设计、系统测试等几大部分组成，分别介绍了振动故障类型，USB总线技术，并在LabView平台下完成了对振动信号的采集，分析以及超限报警。第二章 虚拟仪器第二章 虚拟仪器软件是虚拟仪器的核心，没有软件的支持，也就无从谈起虚拟仪器。所以要开发虚拟仪器必须要有合适的软件工具。当前，虚拟仪器软件开发工具主要有本式编程语

39、言和图形化编程语言两种。本式编程语言主要有Visual C+，Visual basic等；图形化编程语言主要有Labview、Hpvee等。本课题采用的是LabView虚拟仪器编程语言。2.1 虚拟仪器的概念 虚拟仪器的概念是由美国国家仪器公司（National Instruments）最先提出的。所谓虚拟仪器是基于计算机的软硬件测试平台，它可代替传统的测量仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、频谱分析仪等；可集成于自动控制、工业控制系统之中；可自由构建成专有仪器系统。虚拟仪器是智能仪器之后的新一代测量仪器。 虚拟仪器是现代计算机技术和仪器技术深层次结合的产物，是当今计算机辅助测试(CAT)

40、领域的一项重要技术。虚拟仪器是计算机硬件资源、仪器与测控系统硬件资源和虚拟仪器软件资源三者的有效结合。虚拟仪器是一种以计算机为载体的自动化测试与控制系统，用来对现实世界的各种物理量进行测量或者对物理过程的进行控制。 一种典型的虚拟仪器结构如图所示典型的虚拟仪器结构2.2 虚拟仪器的原理 与传统仪器一样，虚拟仪器同样划分为数据采集与控制、数据分析处理、结果表达三大功能模块。虚拟仪器以透明的方式把计算机资源和仪器硬件的测试能力结合起来实现了仪器的功能运作。 虚拟仪器的功能模块虚拟仪器由硬件平台和应用软件两大部分构成。2.2.1 硬件平台 虚拟仪器的硬件平台有计算机和I/O接口设备组成。 计算机坏是

41、硬件平台的核心，一般是工作站，可用普通的PC机而非工业计算机。 I/O接口设备负责被测信号的采集、调整、放大、模/数转换。常用的I/O接口设备有以下5种： . PC-DAQ接口 PC-DAQ接口采用计算机本身的PCI总线或ISA总线，将数据采集卡，包括信号调整电路(DAQ),插入计算机主板上的空槽中。 . GPIB接口 GPIB接口采用GPIB标准总线连接仪器与计算机 . 串行接口 串行接口采用Series标准总线连接仪器与计算机 . VXI接口 VXI接口采用VI标准总线连接仪器与计算机 . PXI接口 PXI(PCI eXtension For Instrumentation)是Compa

42、ct PCI总线在仪器领域的扩展，是NI公司于1997年发布的一种新的开放性、模块化仪器总线规范。其核心是Compact PCI结构和Microsoft Windows软件。PXI是在PCI内核技术上增加了成熟的技术规范和要求形成的。 虚拟仪器的构成2.2.2 软件平台虚拟仪器软件可选硬件如(DAQ、PXI等)和可仪器重复使用源代码函数等软件结合起来，实现模块间的通讯、定时、与触发，源代码函数为用户够着自己的虚拟仪器系统提供了基本软件模块。当用户的测试要求变化时，可以方便地由用户自己来增减软件模块。 虚拟仪器软件包括应用程序和I/O接口设备驱动程序。 (1)实现虚拟仪器面板功能的软件程序； (

43、2)定义测试功能的流程图软件程序； 2.2.3 整体系统以PC-DAQ接口的虚拟仪器为例，基于PC-DAQ的虚拟仪器数据采集系统的整体系统结构及虚拟仪器信号测量流程图如下图所示。 基于PC-DAQ的虚拟仪器数据采集系统的结构虚拟仪器信号测量流程2.3 虚拟仪器的特点虚拟仪器测试系统的由三大功能模块组成：信号的采集与控制、信号的分析与处理、结果的显示与输出，即由完成数据采集功能的硬件部分和完成数据分析处理功能的软件部分组成。硬件部分一般为各种形式的数据采集设备，将采集到的各种形式的信号转换成电信号后输入到计算机内。计算机通过软件实现从计算机的各类接口中的读取数据，并用软件实现信号的分析处理的过程

44、，并将处理结果显示出来。 虚拟仪器是在计算机的基础上完成的各种测试分析功能的一种计算机化仪器系统。它将计算机资源和插卡式仪器硬件及用于数据采集、信号分析、图像用户界面的应用软件，有效地结合起来进行数据的分析测试。虚拟仪器的特点：1将信号的分析、显示、存储、打印和其它管理集中交由计算机来处理。由于充分利用计算机技术，完善了数据的传输、交换等性能，使得组建系统变得更加灵活、简单。2强调“软件就是仪器”，软件在仪器中充当了以往由硬件甚至整机实现的角色。由于减少了许多随时间可能漂移、需要定期校准的分立式模拟硬件，加上标准化总线的使用，使系统的测量精度、测景速度和可重复性都大大提高。3仪器由用户自己定义

45、，系统的功能、规模等均可通过软件修改、增减，可方便地同外设、网络及其它应用连接。虚拟仪器通过提供给用户组建自己仪器的可重用源代码库，处理模块间通讯、定时、触发等功能，强调在通用计算机平台的基础上，通过软件和软面板，把由厂家定义的传统仪器转变为由用户自己定义、由计算机软件和几种模块组成的专用仪器。虚拟仪器的出现，彻底打破了传统仪器由厂家定义、用户无法改变的模式，给了用户一个充分发挥自己能力和想象力的空间。4用户可以将仪器的设计、使用和管理统一到虚拟仪器标准，使资源的可重复利用率提高，系统组建时间缩短，功能易于扩展，管理规范软硬件生产、维护和开发的费用降低。虚拟仪器既可以作为单台数字式测试仪器使用，又可以构成较为复杂的测试系统，甚至通过高速计算机网络构成分布式测试系统，进行远程监控及故障诊断。此外，利用基于软件体系结构的虚拟仪器系统代替基于硬件体系结构的传统仪器，还可以大大节省仪器购买、维护费用。传统仪器的功能是由厂家定义、用户无法改变的，而在虚拟仪器中用户可以灵活地根据自己的需要设计自己的仪器，利用通用的仪器硬件平台，调