引言

　　傳統(tǒng)的振動分析儀器具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜,、體積大,、操作不方便等特點;而基于單片機的振動采集分析儀雖然體積較小,，但是分析能力有限,，往往不能夠滿足振動分析與診斷的特殊要求。

　　本文所設(shè)計的振動分析儀以CompactRIO為采集設(shè)備,，以Labview為軟件開發(fā)平臺,，不但具有體積小、重量輕的特點,，而且具有強大,、靈活的專業(yè)分析能力，適合于測點分散而又不需要持續(xù)檢測的測試場合,。
 

　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　系統(tǒng)采用上下位機結(jié)構(gòu),，下位機將采集到的轉(zhuǎn)速和振動信號通過TCP/IP協(xié)議傳送給上位機，上位機進行數(shù)據(jù)保存與分析,。結(jié)構(gòu)如圖1所示,。

　　圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖

　　通過在線分析工具，操作者可以實時檢測發(fā)動機振動是否超標(biāo),，離線分析工具可以幫助操作者判斷出現(xiàn)振動異常的原因,。

　　系統(tǒng)設(shè)計與特性

　　系統(tǒng)在設(shè)計上追求柔性測試技術(shù)可靠性、精確性,、擴展性,、適應(yīng)性和靈活性五大方面特性。

　　系統(tǒng)適應(yīng)性

　　本系統(tǒng)具有便攜,、防雨淋,、防摔、防振動的性質(zhì),，使振動儀能夠適應(yīng)外場測試,。

　　為了使整個系統(tǒng)攜帶方便，該振動儀在設(shè)計選型上選擇性能能夠滿足測試要求且質(zhì)量又輕的硬件,，比如采集設(shè)備選擇質(zhì)量與體積都比較小的CompactRIO。整個系統(tǒng)體積小,，重量輕(大概11Kg),，方便攜帶。

　　上位機選用軍用筆記本,，本身具有防雨淋的功能,。另外,，筆記本拖架也進行了防雨淋的設(shè)計，在其左側(cè)開有凹槽,，接口以及風(fēng)扇出風(fēng)口全部安裝在凹槽里,，能有效防止雨淋，適用于雨天作業(yè),，接口面板如圖2所示,。

　　圖2 接口面板說明

　　此外，裝設(shè)備箱體選用軍用箱體,，堅固耐用,，能夠有效保護箱體內(nèi)的設(shè)備不受損傷。

　　系統(tǒng)擴展性

　　系統(tǒng)能夠直接通過插拔來增加或減少FPGA硬件,，能夠根據(jù)用戶的要求增加離線分析算法,，方便增加系統(tǒng)功能。

　　在設(shè)計中,，將功能比較集中,、應(yīng)用次數(shù)較多的程序設(shè)計成模塊，各模塊之間耦合性小,，使得系統(tǒng)易于維護,，哪部分出問題就檢查特定的模塊。系統(tǒng)易于擴展,，可以在系統(tǒng)中增加其他模塊以擴展系統(tǒng)的功能,。另外，CompactRIO硬件分為Host與FPGA模塊,，為了實現(xiàn)FPGA設(shè)備的可擴展性,，通過一次性將所有可能存在的板卡的端口讀取都編寫到程序中，然后根據(jù)Host下獲取的板卡信息讀取相應(yīng)板卡的數(shù)據(jù),，滿足板卡增減的要求,。本系統(tǒng)分為上位機軟件與下位機軟件，上位機軟件又分為TCP/IP模塊,、系統(tǒng)配置模塊,、數(shù)據(jù)處理模塊以及存儲模塊。下位機軟件分為TCP/IP模塊,、Order manage模塊以及數(shù)據(jù)采集模塊,。

　　下位機軟件能夠進行2路轉(zhuǎn)速信號以及4路振動信號的測試。其中,，TCP/IP模塊負責(zé)與上位機通訊,，接收并處理上位機的命令、將運行狀態(tài)或采集來的數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機;Order manage模塊負責(zé)接收TCP/IP線程接收的命令,，向TCP線程返回狀態(tài)信息,，并驅(qū)動采集模塊采集數(shù)據(jù);采集模塊配置采集參數(shù),，采集數(shù)據(jù)并向Order manage模塊返回采集數(shù)據(jù)。

　　上位機軟件中,，TCP/IP模塊負責(zé)與下位機進行通信,，向下位機發(fā)送命令并接收下位機返回來的狀態(tài)以及采集數(shù)據(jù);系統(tǒng)配置模塊負責(zé)采集通道選擇、通道邏輯名稱的命名,、波形顏色的設(shè)置,、標(biāo)定系數(shù)以及通道閾值的設(shè)定;數(shù)據(jù)處理模塊是整個軟件的核心部分，可將采集到的數(shù)據(jù)進行實時在線分析以及離線分析;存儲模塊負責(zé)對離線分析的數(shù)據(jù)進行存儲,。

　　系統(tǒng)可靠性

　　系統(tǒng)設(shè)計理論MTBF指標(biāo)(平均無故障時間)約為3500小時,， MTTR指標(biāo)(系統(tǒng)平均修復(fù)時間)小于等于30分鐘。為實現(xiàn)這一指標(biāo),，首先在硬件選擇上注意每個硬件的MTBF指標(biāo),，然后通過理論計算確保整個系統(tǒng)的MTBF指標(biāo)能夠滿足設(shè)計要求，另外,，在筆記本拖架上裝有排風(fēng)扇,，設(shè)計有進風(fēng)口與排風(fēng)口，能夠及時將CRIO與電源產(chǎn)生的熱量排出,，確保儀器的正常使用;其次,，在振動儀的操作說明書中給出了筆記本不工作、信號波形不顯示,、信號波形顯示為噪聲以及軟件故障診斷方法流程圖,，可以保證MTTR指標(biāo)在30分鐘以內(nèi)。

　　系統(tǒng)靈活性

　　從數(shù)據(jù)文件中迅速找到異常數(shù)據(jù)是設(shè)計的重中之重,。本系統(tǒng)設(shè)計了三種方法,，分別是瀏覽數(shù)據(jù)波形、重放振動聲音以及通過報警記錄來查找數(shù)據(jù),。

　　瀏覽波形數(shù)據(jù)類似于Media Player中拖動游標(biāo)瀏覽影片,，當(dāng)用鼠標(biāo)拖動如圖3所示的游標(biāo)時，系統(tǒng)會讀取相應(yīng)時間段的波形顯示在波形圖中,。

　　圖3 瀏覽數(shù)據(jù)波形界面

　　重放振動聲音把每個通道特定時間段的振動數(shù)據(jù)通過聲音進行播放,，通過聽覺判斷該段數(shù)據(jù)是否存在異常。

　　通過報警記錄可以調(diào)用系統(tǒng)記錄下來的振動發(fā)生異常的時間,，然后將該時間鍵入瀏覽波形界面中的開始時間,，讀取出現(xiàn)異常時刻的數(shù)據(jù)，并進行有針對性的分析,。

　　分析能力

　　該系統(tǒng)具有專業(yè)的分析能力,。設(shè)計的在線分析算法有振動信號與轉(zhuǎn)速信號時域波形的顯示、振動信號的最大值計算等。在線分析需要運算速度快,，且要快于采集速度，減少屬性節(jié)點及寄存器的使用可以滿足條件,。

　　離線分析可將保存的數(shù)據(jù)調(diào)出進行更加詳細專業(yè)的分析,，如時域波形最大值、有效值計算,，軸心軌跡分析等,。離線算法對運算速度的要求不高，可以根據(jù)用戶增加算法,，比如階次分析與軸心軌跡分析,。

　　階次分析能夠根據(jù)采集到的轉(zhuǎn)速信號與振動信號進行階次分析計算，找到振動信號與轉(zhuǎn)速信號之間的對應(yīng)關(guān)系,，從而能夠比較準(zhǔn)確地找到故障的原因與位置,。

　　軸心軌跡分析形象直觀地反應(yīng)了轉(zhuǎn)子的實際運動狀況，包含了豐富的旋轉(zhuǎn)機械故障信息,。本系統(tǒng)通過采集的兩路垂直于軸心的振動信號以及轉(zhuǎn)子的方向計算軸心軌跡,。

　　結(jié)語

　　本文所設(shè)計的便攜式振動儀中，下位機采集模塊采用體積與重量較小的CompactRIO,，上位機采用堅固耐用的軍用筆記本,，外殼采用軍用箱體，防振防摔,，對外接口部分也進行了防雨淋設(shè)計,，使得該儀器能夠適應(yīng)戶外以及條件惡劣環(huán)境下進行的測試。另外,，軟件設(shè)計也充分考慮了用戶對測試系統(tǒng)可靠性,、擴展性和靈活性等的需求，能有效測試出發(fā)動機是否存在異常,，并能夠幫助操作者判斷異常的原因