李曉政

（沈陽理工大學(xué)，遼寧 沈陽 110159）

0 引言

由于發(fā)動機技術(shù)的不斷更新和發(fā)展，傳統(tǒng)的診斷儀器所具有的功能單一、攜帶不便、價格昂貴的特點，已經(jīng)不能滿足人們診斷的需要。此時虛擬儀器技術(shù)便產(chǎn)生了，它和PC機來構(gòu)成了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和診斷系統(tǒng)。其中數(shù)據(jù)采集電路用來完成信號的獲取與控制，PC機來完成信號的處理存儲和顯示功能。由數(shù)據(jù)采集卡、PC機和測試系統(tǒng)軟件即可構(gòu)成一臺虛擬的儀器（Virtual Instrument，簡稱 VI）,在實現(xiàn)傳統(tǒng)儀器功能的基礎(chǔ)上可以通過改進代碼來增加診斷功能[1]。

1 發(fā)動機振動信號采集系統(tǒng)研究

1.1 信號采集系統(tǒng)軟件介紹

發(fā)動機振動信號的采集系統(tǒng)軟件由主控程序的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)讀取兩部分組成，數(shù)據(jù)處理部分的功能有信號分析處理、參數(shù)計算顯示和特性曲線的繪制[2]。

本系統(tǒng)設(shè)計用的開發(fā)環(huán)境是LabVIEW8.0，我們可以通過軟件編程來實現(xiàn)所需要的功能。

1.2 程序的前面板設(shè)計

前面板是發(fā)動機振動信號采集系統(tǒng)的虛擬儀器前面板，有對試驗過程中的各種數(shù)據(jù)進行實時顯示的模塊。發(fā)動機振動信號的采集系統(tǒng)程序界面應(yīng)該有如下功能：

（1）測試系統(tǒng)開始后，在前面板1輸入采集數(shù)和模擬參數(shù)，然后點擊初始化按鈕，數(shù)據(jù)采集卡完成初始化并新建采集任務(wù)，而后點擊界面上的開始按鈕，正常工作指示燈變綠，表示工作正常，對信號調(diào)理電路輸出的模擬量按既定的采樣頻率采集，程序?qū)⒉杉降臄?shù)據(jù)顯示成波形圖和圖表，點擊保存按鈕，保存采集的數(shù)據(jù)，點擊停止按鈕后，程序完成剩下的一系列動作。

（2）采集完成后，將前面板窗口切換到前面板2進行信號的讀取分析。當測試系統(tǒng)運行后，設(shè)置時間延遲參數(shù)，而后點擊讀取信號按鈕，正常工作指示燈變綠，表示工作正常，窗口中顯示保存的信號和信號的實時幅度譜分析圖像。點擊停止按鈕后，系統(tǒng)停止運行。

1.3 數(shù)據(jù)的獲取程序功能分析

發(fā)動機振動信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和界面顯示軟件可以分為數(shù)據(jù)采集卡初始化與創(chuàng)建新的采集任務(wù)，以及程序編寫 （G語言）。其中開始、停止、保存測量結(jié)果等多個控件，每個控件里面又含有某一或某些特定的功能，共同實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分析處理及顯示。根據(jù)在測試過程中特定的功能，編寫相應(yīng)的程序。

數(shù)據(jù)采集任務(wù)開始前，先進行數(shù)據(jù)采集卡的初始化，以便創(chuàng)建新的數(shù)據(jù)采集任務(wù)。創(chuàng)建新的采集任務(wù)的目的是實現(xiàn)本次數(shù)據(jù)采集。由于條件有限，采集得到的數(shù)據(jù)是通過查閱一些文獻資料隨機產(chǎn)生的。盡管是隨機的數(shù)據(jù)，但這些數(shù)據(jù)是可以通過數(shù)據(jù)采集卡獲得的。

我們也可以通過Labview能夠讀取的文件類型來采集數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)編寫為軟件能夠讀取的文件的程序框圖，通過仿真任意信號函數(shù)節(jié)點來輸入數(shù)據(jù)，并且通過波形來顯示出來。這些數(shù)據(jù)理論上說是從數(shù)據(jù)采集卡獲得的，從數(shù)據(jù)采集卡獲得的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)采集卡的采樣頻率有關(guān)，該發(fā)動機振動信號采集系統(tǒng)中采用的采樣頻率為40 KHz，通過仿真任意信號函數(shù)節(jié)點輸出的波形是整體波形。在仿真任意信號中通過自定義信號數(shù)據(jù)，輸入查閱得到的數(shù)據(jù)，通過該節(jié)點將數(shù)據(jù)保存在文件中，進而再通過讀取測量文件函數(shù)節(jié)點將文件中的數(shù)據(jù)讀取出來并以動態(tài)的圖形來顯示。

1.4 讀取數(shù)據(jù)文件程序功能分析

通過以上的程序編寫可以獲得想要的數(shù)據(jù)文件，通過隨機產(chǎn)生的振動信號便可生成波形圖。產(chǎn)生信號的過程類似于實時監(jiān)測系統(tǒng)，期間可以對振動信號進行保存。數(shù)據(jù)讀取模塊可以實現(xiàn)獲取動態(tài)波形、保存獲得的數(shù)據(jù)等這樣的功能。

1.5 主程序框圖分析及編寫

該試驗系統(tǒng)中使用了兩種圖形顯示控件，波形圖表和XY圖。二者的特點不同，需要用不同的方法來進行初始化操作。

波形圖表是顯示一條或多條曲線的特殊的數(shù)值顯示控件，通常用于顯示以恒定的速率采集到的數(shù)據(jù)，且其一般一次接收一個點的數(shù)據(jù)。波形圖表使用于實時測量中的參數(shù)監(jiān)控[3]。

XY圖是通用的笛卡爾繪圖對象，用于繪制多值函數(shù)，可用于顯示任何均勻采樣或非均勻采樣的點的集合。與波形圖表不同的是，XY圖能夠一次性完成波形顯示刷新。XY圖輸入的數(shù)據(jù)類型是由兩組數(shù)組構(gòu)成的簇，簇的每一對數(shù)據(jù)都對應(yīng)一個顯示數(shù)據(jù)點的X、Y坐標[4]。

該系統(tǒng)可以實現(xiàn)發(fā)動機振動信號的采集、分析、保存和讀取工作。其程序框圖如下圖1所示：

圖1 主程序框圖

2 發(fā)動機振動信號采集系統(tǒng)調(diào)試

2.1 模擬測試

以上海生產(chǎn)的6135-13型柴油機為例，利用開發(fā)的振動信號采集系統(tǒng)進行發(fā)動機振動信號采集試驗研究。測試時，將標定好的3個傳感器分別放置在缸蓋中間和缸蓋兩邊，發(fā)動機工作正常情況下，在發(fā)動機3種不同轉(zhuǎn)速下模擬發(fā)動機振動信號數(shù)據(jù)，其模擬曲線如圖2所示：

圖2 振動信號

當測得的振動信號電壓幅值在0v-2v時，由圖可看出綠色指示燈亮，表示發(fā)動機振動正常。

當測得的振動信號電壓幅值在2v-4v時，由圖可看出黃色指示燈亮，表示發(fā)動機振動稍大。

當測得的振動信號電壓幅值在4v-6v時，由圖可看出紅色指示燈亮，表示發(fā)動機振動過大。

最后導(dǎo)出圖像，得到不同振動情況下的振動信號波形圖，如圖3所示：

圖3 導(dǎo)出的振動信號

圖4 讀取的振動信號

此時的波形圖像中信號電壓幅值均在0v-2v，屬于發(fā)動機正常振動范圍。

此時的波形圖像中信號幅值出現(xiàn)2v-4v的電壓值，屬于發(fā)動機振動稍大的范圍。

此時的波形圖像中信號幅值出現(xiàn)4v-6v的電壓值，屬于發(fā)動機振動過大的范圍。

2.2 數(shù)據(jù)讀取分析

實時信號采集完成后可通過讀取保存的振動信號來進一步分析振動情況，可實現(xiàn)振動信號再現(xiàn)，方便作進一步的探討，圖4是對上述振動信號的讀取分析。

當系統(tǒng)運行時，設(shè)置好時間延遲參數(shù)，點擊讀取信號按鈕，工作正常指示燈亮起，變成綠色的，然后圖表中變出現(xiàn)了所讀取的信號波形及波形的實時幅度譜，可以進行后續(xù)分析，點擊停止按鈕，系統(tǒng)立即停止讀取信號，方便對采集的信號進行分析。

3 小結(jié)

本文利用虛擬儀器軟件LabVIEW，編寫了程序框圖，用來實現(xiàn)系統(tǒng)所需功能，對發(fā)動機振動信號的采集、保存與讀取。在編制程序時，充分利用了LabVIEW層次化、模塊化的特點，將系統(tǒng)功能劃分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析處理、數(shù)據(jù)保存以及數(shù)據(jù)讀取等，首先對各模塊分別編程與調(diào)試，然后將各個功能模塊的程序聯(lián)系與組合起來，并在前面板添加與整理相關(guān)的控件，完成了系統(tǒng)的軟件設(shè)計，并完成了軟件的調(diào)試，能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)動機振動信號采集與分析的功能。

［1］廖開俊,劉志飛.虛擬儀器技術(shù)綜述[J].國外電子測量技術(shù),2006,2.

［2］明平順,楊萬福.現(xiàn)代汽車檢測技術(shù)[M].北京：人民交通出版社,2002.

［3］郭月強.振動信號的測試與分析及其軟件系統(tǒng)的開發(fā)[D].北京：北京工業(yè)大學(xué),2002.

［4］劉君華.基于LabVIEW的虛擬儀器設(shè)計[M].北京：電子工業(yè)出版社,2003：8-10.