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1、46工具技术位移振幅精确测量方法研究刘兆妮雷振山唐山学院摘要:根据实际工程需要,提出了基于计算机测试系统中,在采集振动加速度信号的基础上,精确测量位移振幅的方法。并介绍了如何在LabVIEW环境中开发位移振幅测量应用程序。关键词:位移振幅,计算机测量,小波包,LabVIEWResearchofVibrationDisplacementAmplitudeMeasurementLiuZhaoniLeiZhenshanAbstract:Anewmethodofvibrationdisplacementamplitu
2、demeasurementbasedoncomputerfocusontherequirementofengineeringisintroduced.ThedevelopingvibrationdisplacementamplitudemeasurementapplicationonLabVIEWenvironmentisdescribed.Keywords:vibrationdisplacementamplitude,measurementbasedoncomputer,waveletpacket,labVIEW
3、样本中一般包含多个信号周期,信号总体上实现零1引言均值化后,局部上均值不为零的情况仍会造成位移随着基于计算机的振动测试系统在实际工程中振幅值的偏移。解决这个问题的很好方法是对信号的广泛应用,在计算机软件系统中保证各种振动运进行零均值处理后,按照信号中基波的频率对信号动量的精确测量具有越来越重要的意义。目前普遍分段,并分周期进行积分。信号处理的流程如图2采用的振动传感器是加速度传感器,由于其体积小、所示。重量轻、频率范围宽等特点,在生产工况监测和设备故障诊断等领域,常把加速度作为直接测量的振动运动量,但是在许多行业标
4、准中,又要求将位移振幅值作为工况分析的重要参数及判断设备是否正常运行的依据,因此需要通过加速度信号精确求出位移振幅。1加速度曲线2速度曲线3位移曲线图1积分累计误差对位移振幅测量的影响2积分累计误差的产生与消除由于振动运动量加速度、速度和位移三者幅值上存在积分关系,所以根据加速度值经过两次积分即可得到位移值。传统上的积分采用硬件完成,如图2分周期积分的信号处理流程图使用压电加速度传感器时,某些电荷放大器就带有在目前流行的虚拟仪器开发环境LabVIEW中双积分电路,可以直接输出振动位移值。但是硬件带有进
5、行这类信号处理所需要的函数,可极大提高解决方案不仅大大增加测试成本,而且会减小仪器振动测试程序的开发效率。零均值处理采用Mathe的量程和频率范围,因此现在越来越多地采用计算maticsProbabilityandStatistics函数模板中的means机软件来由加速度信号求位移振幅值。函数,输入系列均值由下式计算由于测试上的原因,所测得的加速度信号均值1n-1不为零,经过积分以后,这种情况会被放大,特别是=nxi(1)i=0经过两次积分后,位移振幅值将产生严重偏移(见图式中n为采样长度,由采样数据xi-即可
6、得1),极大地影响了测量的准确程度,这里称这种误差到一个均值为零的新序列,积分采用AnalyzeSignal为积分累计误差。虽然零均值处理可以在一定程度ProcessingTimeDomain函数模板中的Integralx(t)上改善这种情况,但由于在计算机测试采样的一个函数,该函数的被积表达式为1i收稿日期:2003年1月yi=6(xj-1+4xj+xj+1)dti=1,2,n-1(2)j=12003年第39卷847式中dt采样周期的频率,原信号分解后得到一个个小波包,即相当于yi两个采样点间
7、的速度或位移变化量对信号所包含的频率段进行划分,把需要滤除的噪将yi累加即得到相应振动运动量的当前值。声成分所占频带的小波包数据置零,然后进行小波频谱分析采用AnalyzeSignalProcessing函数子模板包重构,从而达到滤波的目的。中的Amplitudeandphasespectrum函数,通过快速傅立叶变换计算出信号的幅值谱。在LabVIEW的图形编程环境中,以图标形式调用上述函数和其它数值运算与判断函数,通过图标间的连线即可以完成信号的处理,处理结果见图3,它更准确地反映了振动运动量的真实面貌。位移曲线中
8、每一周期最大峰值与最低谷值之间的幅值,即图4小波包分解示意图通频振幅,常用做反映振动大小的特征量。Mallat算法建立了小波变换和理想重建滤波器组之间的联系,两通道理想重建滤波器组已经成为计算小波变换最通用的工具。两通道理想重建滤波器组的低通滤波器的冲激响应收敛于尺度函数为(t),求得(t)就可以应用高通滤
