楊曉珍

（懷化職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 懷化 418000）

基于VR技術(shù)的離心泵振動測試系統(tǒng)設(shè)計

楊曉珍

（懷化職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 懷化 418000）

文章為了對離心泵振動測試系統(tǒng)進(jìn)行研究，在基于VR技術(shù)的條件下，從離心泵振動測試系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩個方面入手，分別設(shè)計了離心泵振動測試系統(tǒng)的循環(huán)回路裝置、數(shù)據(jù)采集處理裝置、數(shù)據(jù)采集模塊、信號處理與分析模塊、數(shù)據(jù)存儲與輸出模塊等，希望促使離心泵振動測試系統(tǒng)更具有實用性和準(zhǔn)確度。

VR技術(shù)；離心泵；振動測試

離心泵屬于比較常見的一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械，在其運行的過程當(dāng)中會產(chǎn)生振動。一般情況下，離心泵的振動對其工作效率以及使用壽命均會產(chǎn)生影響，更關(guān)系到離心泵的可靠性與安全性。離心泵在運行中產(chǎn)生振動的原因較復(fù)雜，因而需要設(shè)計良好的振動測試系統(tǒng)做出分析和研究。在現(xiàn)今計算機(jī)技術(shù)獲得迅猛發(fā)展的時代，VR技術(shù)的出現(xiàn)使傳統(tǒng)振動測試系統(tǒng)中檢測結(jié)果可靠性難以保證、成本較高、儀器復(fù)雜等制約均得到了改善，在硬件與軟件相結(jié)合的情況下，便于構(gòu)建具有良好穩(wěn)定性、成本較低、性能良好的測試系統(tǒng)，更能夠促使其得到廣泛應(yīng)用。

1 離心泵振動測試系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1 離心泵振動測試系統(tǒng)循環(huán)回路裝置

離心泵振動測試系統(tǒng)的循環(huán)回路裝置當(dāng)中主要包括了管路系統(tǒng)、穩(wěn)流罐、離心泵、汽蝕罐等，其構(gòu)成基本如圖1所示。其中，管路系統(tǒng)主要是指各個管路的接頭以及入孔蓋處均需要添加適當(dāng)?shù)哪z墊，以防止裝置漏水，保障其具有良好的密閉性。穩(wěn)流罐是能夠流入到流量計的液流，具有更加穩(wěn)定和均勻流速。汽蝕罐有助于降低離心泵入口的壓力，促使進(jìn)口的水流具有穩(wěn)定性。

圖1 離心泵振動測試系統(tǒng)循環(huán)回路裝置

1.2 離心泵振動測試系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集處理裝置

（1）振動加速度傳感器。此處可以選取電量輸出與所測試加速度值呈正比的壓電式振動加速度傳感器。該類型傳感器的性能參數(shù)如表1所示，具有較強(qiáng)的輸出信號抗干擾能力，能夠降低測試噪聲。振動加速度傳感器主要與數(shù)據(jù)采集卡鏈接，通過設(shè)置將會促使電信號直接成為振動加速度的信號，實現(xiàn)快速、便捷的信號轉(zhuǎn)換。在振動加速度傳感器設(shè)計中，需要重視選取振動傳感器的測點，盡量使其能夠?qū)εc整個機(jī)械設(shè)備運行中的振動狀態(tài)做出描述。一般認(rèn)為該測點應(yīng)該選取靠近設(shè)備電機(jī)一側(cè)的軸承座處，采用徑向測量獲得具有代表性的振動測試信號。例如，振動加速度傳感器可以對以下三個方向的振動信號做出測試，如圖2、圖3所示。

表1 振動加速度傳感器性能參數(shù)

圖2 振動加速度傳感器測試離心泵振動X、Y方向測試點布置

圖3 振動加速度傳感器測試離心泵振動Z方向測試點布置

（2）信號調(diào)理裝置。離心泵運行產(chǎn)生的振動信號，經(jīng)由傳感器轉(zhuǎn)換而成的電信號能夠?qū)υ肼曌龀鰷y量，但是需要對該信號做出調(diào)整與處理，以便將電信號進(jìn)行形式的轉(zhuǎn)變，促使數(shù)據(jù)采集卡更加容易處理、接受與顯示。

（3）數(shù)據(jù)采集卡。離心泵振動測試系統(tǒng)當(dāng)中，需要能夠向機(jī)械運行時不同方向所產(chǎn)生的振動做出多測點的信號采集，因而需要設(shè)計多方式和多渠道的數(shù)據(jù)采集模塊。依據(jù)當(dāng)前計算機(jī)技術(shù)發(fā)展的狀態(tài)，已經(jīng)出現(xiàn)了全新的動態(tài)信號采集模塊，通過軟件便能夠?qū)τ布龀鲈O(shè)計與實現(xiàn)，并不需要用戶根據(jù)需求改動硬件的任何參數(shù)。此時，必須要通過數(shù)據(jù)采集卡實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集模塊的有效運行。數(shù)據(jù)采集卡性能參數(shù)基本如表2所示：

表2 數(shù)據(jù)采集卡性能參數(shù)

（4）PXI機(jī)箱。PXI機(jī)箱在整個離心泵振動測試系統(tǒng)的硬件設(shè)計當(dāng)中能夠促使測試效果更加良好，因此需要重視PXI機(jī)箱的選擇。例如PXI-1042Q機(jī)箱，能夠提供較高的數(shù)據(jù)采集帶寬，促成更加良好的定時與同步測試，與此同時，該PXI機(jī)箱能夠與整個系統(tǒng)當(dāng)中現(xiàn)有的諸多軟件，以及其他PXI模塊兼容，由此，在對測量精度做出改進(jìn)，對吞吐量進(jìn)行增加后，整個機(jī)箱在數(shù)據(jù)采集方面具有更高的準(zhǔn)確性和及時性。

2 離心泵振動測試系統(tǒng)軟件設(shè)計

（1）數(shù)據(jù)采集模塊。數(shù)據(jù)采集可以說是整個虛擬儀器最重要的，亦是最基本的組成部分，能夠為整個離心泵振動測試系統(tǒng)提供必要的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集模塊所獲取的數(shù)據(jù)信號是否準(zhǔn)確，與整個系統(tǒng)的振動分析存在著密切的關(guān)聯(lián)，即信號準(zhǔn)確，振動分析比較可靠。根據(jù)著名學(xué)者奈奎斯特所做出的抽樣定理可以發(fā)現(xiàn)，在數(shù)據(jù)采集的頻率大于最高頻率2倍時，所收集到的數(shù)據(jù)信號頻譜并不會出現(xiàn)混疊。因此可以根據(jù)該定力對振動測試的采集頻率做出調(diào)整。此外，數(shù)據(jù)采集模塊中的信號拆分功能，將系統(tǒng)所有通道內(nèi)的信號均實現(xiàn)分離，在應(yīng)用Waveform Graph函數(shù)后能夠形成離心泵振動測試的加速度實時波形圖。上文測試系統(tǒng)中X方向的振動加速度實時波形圖如圖4所示。

圖4 X方向的振動加速度實時波形圖

（2）信號處理與分析模塊。對離心泵進(jìn)行振動測試與分析，應(yīng)該做出準(zhǔn)確的振動噪聲采集，因而需要抑制測量噪聲，將振動信號當(dāng)中會高頻部分消除。此時，應(yīng)該相應(yīng)使用低通濾波器?；赩R技術(shù)的背景下，可以使低通濾波器對所數(shù)據(jù)采集其所獲取的機(jī)械振動信號做出濾波。若在整個離心泵上選取3個通道，并且在每一個通道上均設(shè)置相應(yīng)的頻率采集，以及頻率截止，便能夠?qū)崿F(xiàn)基本的低通濾波。由此，LabView將能夠?qū)崿F(xiàn)對所獲取的信號數(shù)據(jù)做出實時處理，進(jìn)而形成離心泵的振動信號頻譜，便于對其振動作出分析。

（3）數(shù)據(jù)存儲與輸出模塊。數(shù)據(jù)存儲與輸出模塊亦是整個系統(tǒng)當(dāng)中比較重要的組成部門，能夠通過LabView中的功能函數(shù)對振動測試結(jié)果進(jìn)行記錄。對于一個采樣周期內(nèi)所獲得的多方面振動測量數(shù)據(jù)，可以根據(jù)最初的設(shè)置將其安全存儲，進(jìn)而存放至指定文件中，便于后續(xù)對其進(jìn)行分析。由于整個振動測試系統(tǒng)當(dāng)中存在不同模塊，若要將各個模塊進(jìn)行有效關(guān)聯(lián)，必須由主程序進(jìn)行設(shè)計，進(jìn)而做出調(diào)換。

3 結(jié)語

綜上所述，當(dāng)前眾多學(xué)者均比較偏向于研究離心泵內(nèi)部流動所有道的振動噪聲，主要由于近年來我國國民經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，離心泵已經(jīng)成為了一項重要的通用機(jī)械。與此用時，計算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，亦促使了虛擬儀器得以廣泛應(yīng)用?；谔摂M儀器產(chǎn)生與發(fā)展的背景下，結(jié)合數(shù)字信號處理技術(shù)，可以進(jìn)一步研發(fā)離心泵振動測試與分析系統(tǒng)。同時，該系統(tǒng)具有擴(kuò)展性較強(qiáng)、數(shù)據(jù)實時處理、開發(fā)周期較短、測試性能優(yōu)良等特點，有效了改善了傳統(tǒng)離心泵在此方面存在的弊端。

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［2］陳俊強(qiáng)，張瑞洋，姚會玲.基于虛擬儀器的振動測試系統(tǒng)設(shè)計［J］.糧食與食品工業(yè)，2011，3（6）：42-44.

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湖南省教育廳資助項目（13C745）。

楊曉珍（1972-），女，湖南會同人，碩士研究生，副教授。