最新-基于虚拟仪器的多点随机振动试验控制系统的设计 精品
基于虚拟仪器的便携式振动测试系统开发
基于虚拟仪器的便携式振动测试系统开发颜丙生;聂士杰;朱红瑜;汤宝平;马晓录【摘要】为提高学生对测试设备的使用能力和对振动测试知识的工程应用能力,利用虚拟仪器平台开发了一个具有开放、综合等特点的既能用于实验又能工程应用的便携式振动测试系统.选用工程上常用传感器和采集卡并配备笔记本电脑设计制作了一套便携式振动测试设备,编写了能二次开发的振动信号采集和分析的软件.可方便到实训中心和机械厂对实际振动源进行信号的采集、分析和存储.该系统能培养学生从传感器安装、信号采集参数设置、软件的二次开发到振动信号分析和设备故障诊断等方面的能力.通过对两届学生的实际实验教学试用,结果表明,该实验对于提高学生学习兴趣和工程应用能力的培养有明显的帮助.【期刊名称】《实验室研究与探索》【年(卷),期】2019(038)006【总页数】4页(P85-88)【关键词】虚拟仪器;振动测试;信号分析;故障诊断【作者】颜丙生;聂士杰;朱红瑜;汤宝平;马晓录【作者单位】河南工业大学机电工程学院,郑州450001;河南工业大学机电工程学院,郑州450001;河南工业大学机电工程学院,郑州450001;河南工业大学机电工程学院,郑州450001;河南工业大学机电工程学院,郑州450001【正文语种】中文【中图分类】TP2770 引言《机械工程测试技术》是机械制造及其自动化、车辆工程、过程装备与控制工程等专业的骨干课程，特点是工程应用背景较强[1]。
基于此特点，各高校一般会开设6～10学时的测试实验课程，但现有实验多为验证性且测试内容单一，无法将信号采集、频谱分析和故障诊断等内容综合起来。
为了教学方便，现有实验装置设计较为简单，与实际工程应用相去甚远。
当前所使用的测试设备一般会固定安装、不便携，无法携带到机械厂或实训中心对机床等实际设备进行振动测试。
此外，现有测试系统功能固化，学生无法根据实际测试情况进行改变，限制了学生的自主创新能力[2-4]。
基于虚拟仪器的振动测试分析系统研究的开题报告
基于虚拟仪器的振动测试分析系统研究的开题报告一、选题背景随着科技的发展，虚拟仪器技术被广泛应用于实验室教学、科学研究、工程开发以及产品测试等领域。
特别是在振动测试和分析系统中，虚拟仪器技术的应用对提高测试精度、效率和可靠性具有重要意义。
振动测试和分析是研究物体振动特性的重要手段。
传统的振动测试仪器通常需要花费大量时间和人力进行调试和校准，并且存在一定的误差。
而虚拟仪器技术通过避免物理传感器的使用，提高了测试和分析的精度和效率，并减少了设备的维护和校准成本。
此外，虚拟仪器技术还可以将振动测试和分析系统与计算机网络和其他现代通信技术相结合，实现远程监控和控制等功能。
目前，虚拟仪器技术已经被应用于振动测试和分析系统的研究领域，并取得了重要的成果。
但是，由于虚拟仪器技术的发展速度较快，相关理论和实践研究仍然具有很大的潜力和发展空间。
因此，本研究将致力于探索基于虚拟仪器的振动测试分析系统，以提高测试精度和效率，并为该领域的发展做出贡献。
二、研究目的和意义本研究的主要目的是基于虚拟仪器技术研究振动测试和分析系统，提高测试精度和效率。
具体包括以下几个方面：1. 研究虚拟仪器技术在振动测试和分析中的应用。
2. 研究基于虚拟仪器的振动测试和分析系统的软件设计与开发。
3. 基于虚拟仪器技术实现振动测试和分析系统的远程监控和控制功能。
4. 验证基于虚拟仪器的振动测试和分析系统的效果，与传统测试仪器进行比较分析。
本研究的意义在于：1. 探索基于虚拟仪器的新型振动测试和分析系统，提高测试效率和精度。
2. 减少传统振动测试仪器的维护和校准成本。
3. 可以实现远程监控和控制，方便使用和管理。
三、研究内容和方法本研究的主要内容包括虚拟仪器技术在振动测试和分析中的应用、基于虚拟仪器的振动测试和分析系统的软件设计与开发、系统的远程监控和控制功能实现以及系统效果验证等。
本研究采用以下方法进行：1. 前期文献调研和理论研究，掌握当前虚拟仪器技术在振动测试和分析中的应用和研究进展。
基于虚拟仪器技术的振动测试与模态分析平台的设计
基于虚拟仪器技术的振动测试与模态分析平台的设计摘要：随着科学技术的不断发展，虚拟仪器技术在振动测试与模态分析领域得到了广泛的应用。
本文基于虚拟仪器技术，设计了一种振动测试与模态分析平台，该平台具有高效、精确、灵活等特点，可以满足工程实践中振动测试与模态分析的需求。
关键词：虚拟仪器技术；振动测试；模态分析；平台设计1. 引言振动测试与模态分析是工程领域中常用的测试与分析方法，可以用于评估结构的动态特性、故障诊断和结构优化等方面。
传统的振动测试与模态分析方法存在着测试效率低、数据处理繁琐、设备成本高等问题。
为了解决这些问题，本文基于虚拟仪器技术，设计了一种高效、精确、灵活的振动测试与模态分析平台。
2. 设计思路本文使用虚拟仪器技术，利用计算机、传感器和数据采集卡等硬件设备，结合合适的软件平台，设计了一种振动测试与模态分析系统。
该系统具有以下特点：（1）高效性：利用虚拟仪器技术，实现了多通道、高速数据采集和实时数据处理，大大提高了测试效率。
（2）精确性：通过合理的传感器布置和精确的数据采集，可以获取准确的振动数据，为后续的模态分析提供可靠的基础。
（3）灵活性：采用模块化设计，可根据不同的测试需求进行灵活的配置和扩展。
同时，采用图形化的用户界面，操作简单方便。
3. 主要功能该平台的主要功能包括：（1）数据采集：通过硬件设备实现多通道、高速的振动数据采集，并支持多种传感器类型。
（2）实时监测：可以实时监测振动信号，通过波形显示、频谱分析等方式，对振动信号进行实时分析。
（3）模态分析：基于采集到的振动数据，通过模态分析算法，计算出结构的振型、固有频率等模态参数。
（4）结果展示：将测试结果以图形化的方式展示出来，方便用户进行分析和评估。
4. 实验验证为验证该平台的性能，进行了一系列的振动测试与模态分析实验。
实验结果表明，该平台能够准确地采集振动信号，并通过模态分析算法计算出了准确的模态参数。
5. 结论本文基于虚拟仪器技术设计了一种高效、精确、灵活的振动测试与模态分析平台。
多点随机振动试验控制系统的设计
多点随机振动试验控制系统的设计随机振动试验（SRV）是一种用于评估机械结构、航空航天器、车辆、建筑物等物体的结构动态特性的测试方法。
这种测试方法被广泛应用于航空、航天、汽车和工程领域，它可以提供完整的结构响应信息，这些响应信息是静态试验无法提供的。
因此，进行随机振动试验的控制系统是至关重要的。
控制系统需要能够控制试验台的振动、信号刺激和传感器数据采集。
其中，设计一个多点随机振动试验控制系统是一项挑战，需要以下方面考虑：1.系统框架设计系统框架设计涉及到控制系统的硬件和软件结构。
硬件方面，需要确定试验台的机械结构和振动驱动器、传感器、放大器和数据采集卡等设备的选型和配置。
软件方面，需要确定采用的数据采集和信号处理软件，以及控制算法的实现方式和界面设计等。
这些方面的设计需要考虑到试验的目的和需求，为系统的可维护性、扩展性和稳定性提供保障。
2.机械结构设计机械结构设计是控制系统的重要部分，涉及到试验台的振动驱动和振动响应。
根据试验需求，需要设计试验台的机械结构以及振动驱动器和振动响应传感器的位置和数量。
机械结构设计需要考虑试验物体的大小和重量，以及试验台的强度和稳定性。
3.振动控制算法设计振动控制算法是实现试验台振动的关键，需要根据试验目的和试验物体的特性进行不同的算法选择。
通常使用的振动控制算法有PID控制器、最小二乘逆算法、自适应控制算法等，算法的选择要根据系统性能、实现难度和控制精度等因素考虑。
4.数据处理与分析数据处理和分析是SRV试验的重要环节，需要对传感器采集到的信号进行处理和分析。
数据处理包括去噪、滤波、采样和校准等方面，以得到清晰的信号。
数据分析包括模态分析、谱分析、频响函数分析、相位分析等，以获取试验物体的结构动态特性。
通过以上的设计，可以实现一个高效、稳定、精确的多点随机振动试验控制系统，为结构动态特性的研究和设计提供重要的工具。
基于虚拟仪器技术的振动测试系统研究
基于虚拟仪器技术的振动测试系统研究*罗颂荣(湖南文理学院机械工程学院，湖南常德，415003)摘要：为解决机械工程领域内振动测试所需仪器繁杂、成本高的难题，把虚拟仪器技术引入解决机械工程领域中的振动测试问题。
通过把计算机技术及数字信号处理技术有机结合，构建了以笔记本电脑和应用软件为核心的振动测试系统。
使用笔记本电脑和USB2008数据采集卡搭建了硬件平台，在此基础上实现了对各种信号进行的分析功能。
通过对实际测试结构分析，得到了与理论相一致的测试结果。
关键词：虚拟仪器技术；振动测试；LabVIEW；频率域中图分类号：TP274 TB52+3 文献标识码：A0引言计算机机技术与测试技术两门学科中的最新技术结合的产物就是虚拟仪器技术，其有机地融合了计算机接口技术、高速总线技术、图形软件编程技术、仪器原理和技术和测试理论。
虚拟仪器测试系统由硬件和应用软件两大块，具体来说其主要包括计算机硬件和具有图形界面特征的能够实现过程通讯、数字分析与处理的应用软件组成，允许用户根据自己的喜好把仪器厂家出厂定义的仪器功能进行自定义，用户根据自己的需要和要求有针对性地进行选择和使用，具有通用性强、适应范围广等特点。
1虚拟仪器系统构成在现场机械测试中，非常常见的一种测试是机械振动的测试，如车辆平顺性测试、发动机振动测试和齿轮故障诊断等。
测试过程的核心问题是对获取的振动信号进行信号分析，在测试中需要传感器、滤波器、记录仪、信号调理装置和谱分析仪等，所需仪器繁杂，精度要求高，且测试周期长。
开发的振动测试系统把计算机技术、仪器技术和数字信号处理技术等技术进行了有机地融合，构建了以笔记本电脑为核心的振动测试系统[1]。
用笔记本电脑和带USB接口的数据采集卡搭建了硬件平台来实现信号的获取，通过软件编程来实现仪器功能，完成信号分析。
该测试分析系统有两大部分组成，系统框图如图1所示。
1.1硬件部分被测对象的振动信号或参数被加速度传感器收集，通过信号处理装置进行放大后进行滤波等处理，接着通过数据采集卡，其被转换为计算机能够识别和运算的数字信号，最近送达笔记本电脑进行处理。
基于虚拟仪器技术的振动测试系统设计
基于虚拟仪器技术的振动测试系统设计振动测试是工程领域中常见的一项测试技术，用于评估结构物、设备或产品在振动环境下的性能和可靠性。
传统的振动测试系统一般采用实体仪器，但其存在仪器成本高、测试复杂度大、数据处理繁琐等问题。
随着虚拟仪器技术的发展，基于虚拟仪器技术的振动测试系统因其灵活性和高效性而受到了广泛关注。
基于虚拟仪器技术的振动测试系统主要由硬件和软件两部分组成。
硬件部分包括振动传感器、数据采集卡和计算机等设备，用于采集和传输振动信号。
软件部分则是实现振动测试的核心，包括信号处理、数据分析和结果显示等功能。
在设计振动测试系统时，首先需要选择合适的振动传感器。
振动传感器是将物理量转换为电信号的装置，用于测量结构物的振动信号。
常见的振动传感器包括加速度传感器、速度传感器和位移传感器等。
根据测试需求和被测对象的特点，选择合适的振动传感器对于系统的准确性和可靠性至关重要。
其次，需要选用高品质的数据采集卡。
数据采集卡是将传感器采集到的模拟信号转换为数字信号的设备，用于将采集到的振动信号传输到计算机进行处理。
数据采集卡的采样率、分辨率和动态范围等参数决定了系统对振动信号的采集精度和灵敏度。
最后，通过软件部分实现振动测试的功能。
信号处理模块用于对采集到的振动信号进行预处理，包括滤波、放大和去噪等操作，以提高信号的质量。
数据分析模块则用于对处理后的振动数据进行频谱分析、时域分析和统计分析等，以获得结构物振动特性和故障诊断信息。
结果显示模块将分析得到的结果以图表或报告的形式展示，便于用户进行数据分析和判断。
基于虚拟仪器技术的振动测试系统具有灵活性高、测试效率高、数据处理简便等优势。
它可以实现多种不同类型的振动测试，并能根据实际需求进行灵活的配置和扩展。
此外，虚拟仪器技术还可以与其他测试技术相结合，实现多种测试模式的集成，提高测试系统的整体性能。
综上所述，基于虚拟仪器技术的振动测试系统设计在工程领域有着广泛的应用前景。
基于虚拟仪器的机械振动测试系统设计
基于虚拟仪器的机械振动测试系统设计摘要：现如今，我国经济发展十分迅速，在工业生产和科学试验中，机械振动是普遍存在的现象，也是实际工程中经常要处理的问题。
随着各类机械的运转速度、承载能力、工作寿命等方面的要求越来越高，因而发生振动的可能性不断增大。
另外，人们对机器的工作精度和稳定性的要求越来越高，对于控制振动的要求越来越迫切，这些都对机械振动的研究和振动测试的研究提出了更高的要求。
虚拟仪器的迅速发展和应用，充分体现了计算机技术和测试技术的紧密结合，代表了现代测试技术和仪器技术的发展方向。
虚拟仪器是基于计算机、以软件为中心的仪器，它是利用计算机加上通用的硬件和专用的软件组合成的测试平台，它可以通过采用不同的测试功能软件模块组合来实现不同的测试功能，可以克服传统仪器功能单一的缺点，因此目前在机械测试与试验中得到了广泛应用。
关键词：虚拟仪器；机械振动；测试系统；设计引言在机械工程领域的日常工作中，常常要对机械传动的性能、参数进行测试与分析。
传统的测试一般要借助体积庞大、价格昂贵、功能相对简单的仪器完成，加之传统工程测试系统不能兼容和共享相关的软硬件资源，加大了测试成本，降低了测试数据的准确性。
随着计算机技术、微电子和信息技术的发展，计算机在工业测试领域的应用越来越广泛，借助计算机可使传统仪器的功能更强大，不但能改善传统仪器的性能，也可提升仪器系统与计算机的集成度。
为适应现代工业测试需求，建立一套功能齐全的综合性虚拟仪器测试系统，成为研究者重视和关注的问题。
本文详细阐述了虚拟仪器软件、硬件设计情况，介绍了虚拟仪器在水轮发电机组测试中的应用情况，为机械工程测试技术的发展提供重要参考。
1虚拟仪器概念虚拟仪器主要通过虚拟仪器技术进行功能展示，而虚拟仪器技术是利用高性能的模块化硬件，且结合高效灵活的软件完成各种测试及测量。
利用该技术对产品设计周期的各个环节进行干预，不仅提高了生产产品的质量，还大大缩短了市场投放时间，提高了产品生产效率及产品研发。
基于LabVIEW虚拟振动测试分析仪的设计
Vol.31No.06
基于 LABVIEW 虚拟振动测试分析仪的设计— ——孙延永，等
第 31 卷第 06 期
为 400 Hz。 为了减小或抑制频率泄漏，采用汉宁窗 自功率谱、倒频谱和 1/3 倍频程谱（图略）。 单边 FFT
对时域信号进行加权处理。
要求。 在 1/3 倍频程谱中， 也可以看到悬臂梁的振动
频率。 它常用于声学、人体振动、机械振动等测试分 析，所以可以把测试软件扩展到更广的领域。 5 结语
通过对悬臂梁的振动测试，可以看到虚拟振动 测试分析仪能很好地完成对振动的测试和分析处 理。 振动测试系统具有 2 个基本功能：时域分析、频 域分析。 时域分析功能可以得到时域参数和振动速 度、加速度信号，频域分析功能可以实现对振动信 号的频谱分析和工作频率的求解。
速度
位移
积分 消除趋势项 积分 消除趋势项
图 1 振动测试系统软件结构 数字滤波部分采用“信号处理—滤波器”函数
* 宿 迁 学 院 重 点 科 研 项 目 （2008KY28）；江 苏 省 大 学 生 实 践 创 新 训 练 项 目 （2008SSJ05 ）
选板中的 Butterworth 滤波器 VI， 设置为低通滤波，
种方式：（1）测量机械或结构在工作状态下的振动， 激励 信 号 ，经 功 率 放 大 器 送 到 激 振 器 ，使 被 测 悬 臂
如振动位移、速度、加速度、频率和相位等，了解被 梁产生受迫振动。
测对象的振动状态，评定等级和寻找振源，以便对
用压电晶体加速度传感器拾取被测梁的振动
设 备进 行 检 测 、分 析 、诊 断 和 预 测 ；（2）对 机 械 设 备 信号。 采用电荷转换电路的传感器，将对应振动加
基于虚拟仪器的振动测试系统的设计
基于虚拟仪器的振动测试系统的设计张玉华蒋书波程明霄杨霞（南京工业大学自动化学院南京 210009）摘要：介绍了振动测试系统的结构、硬件平台，以及软件设计中的关键技术。
利用LabVIEW 和硬件设备生成激励信号，采集信号并进行处理分析，最后生成测试报告，完成测试任务。
关键字：虚拟仪器，LabVIEW，振动测试中图分类号：TP391 文献标识码：AThe design of vibration testing system based on Virtual InstrumentZhang Yu-hua Jiang Shubo Cheng mingxiao Yang xia（College of Automation, Nanjing University of Technology, Nanjing，210009，China）Abstract: This paper presents the structure of vibration measurement, including the hardware constitution and software design of the system. Using Virtual Instrument technique and hardware, Vibration measurement and analysis system is developed to generate signal, realize vibration signal date acquisition, measurement and analysis, generate report.Keyword: Virtual Instrument, LabVIEW, vibration testing1．引言机械振动是工程技术和生产生活中常见的现象，是机械工程领域的一个十分重要的课题。
基于虚拟仪器的微震实时监测系统
随着社会与科学技术的发展，能源问题成了世界关注的焦点，而时常发生的煤矿矿难，使得矿区的安全问题成为了企业与政府关注的重点。
这些事故的发生一般与开采后应力的重新分布引起的覆岩破裂有关系，岩石破裂会伴随产生强度较弱的地震波，称为“微震”。
微震安全监测系统是通过监测岩体破裂产生的震动或其他物体的震动，对监测对象的破坏状况、安全状况等做出评价，从而为预报和控制灾害提供依据。
微震检测系统可广泛应用于矿山岩体破裂的定位监测，是预报矿山压力、矿井突水、煤与瓦斯突出、冲击地压的有效工具，也可根据监测到的岩体破裂的范围和程度，确定导水裂隙带高度、开采上限、巷道布置的合理位置等。
因此，设计开发出一套安全有效的微震安全监测系统，成为当务之急。
目前，有的微震监测系统是基于ＤＳＰ［１］或其他单片机的，其资源的有限性很难达到理想的采集效果，也难以完成先进算法的实现。
本文设计的微震安全监测系统在工控机的基础上，通过９６路ＰＣＩ采集卡进行微震信号数据采集，同时利用ＬａｂＶＩＥＷ软件强大的图形化编程能力以及灵活多样的数据处理功能，结合先进的小波变换等数字信号处理技术，完成微震信号的采集与滤波处理、记录分析等，从而可确定裂隙带的高度和空间位置，以反演出破裂源的空间位置和破裂时刻破裂源的性质，为矿山的地下安全检测提供可能。
１系统组成从地下深、浅层界面反射的微地震信号，其能量相差很大，由此系统设计了不同位置的９６路采集点以保证把深、浅层反射的微地震信号都记录下来，以便确定震源位置，充分分析地质结构，将采集到的９６路信号送给ＰＣ工控机进行数据处理与分析，如图１所示。
１．１硬件总体设计微震信号是一种低频微弱信号，它的主频率约为１００Ｈｚ，本系统是基于ＬａｂＶＩＥＷ平台下的微震信号采集与处理系统，它主要由微震检波器、前置放大器、低通滤波器、ＰＣＩ数据采集卡、工控机组成。
系统硬件组成原理如图２所示。
１．２前置信号处理单元系统的前置信号处理单元包括放大电路和滤波电路。
基于虚拟仪器的振动测试系统
关键 词 ： 动 测试 ； 振 虚拟 仪 器 ； 据采 集 数
中 图分类 号 ： ２ １ ＴＰ １
文献 标识 码 ： Ａ
Ｏ 引言
机械 振动 是工 程技 术 和 日常生 活 中常见 的现象 ， 随着现 代工 业技 术 的发展 ， 了要 求各 种机 械具 备低 振 除
系 统 结 构 框 图 如 图 １ 它 包 括 了 被 测 对 ，
象、 数据采集部分 、 振动激励部分及计算机 。 其中被测对 象为机械工程 测试实验 台上的 悬臂 梁 。通过 激 振 器 使 其 产 生 振 动 ， 而 得 从 到 它 的动态 特性 。
系统 硬 件 包 括 传 感 器 、 荷 放 大 器 、 电 数 据采 集 卡 、 振器 和计 算机 。 激 （） 感 器 和 电荷 放 大 器 ： 用 压 电 加 １传 选
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第 ２ 第 ６期 ６卷
２０ ０ ６年 １ ２月
苏
州
大
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报 （ｒ 科 －
版）
Ｖ０ ． ６Ｎｏ． １２ ６ Ｄｅ ． Ｏ ６ ｃ２ Ｏ
Ｏ Ｒ Ａ ＦＳ Ｏ ｔ Ｗ Ｗ Ｅ Ｓ Ｕ Ｎ Ｌ Ｏ Ｏ Ｃ ｔ Ｏ Ｉ Ｒ
１ 虚 拟 振 动 测 试 系统
１ １ 振 动测试 原 理 ．
振动测量方法按振动信号转换后 的形式分为电测法、 机械法和光学法， 目前广泛使用的是电测法。电测 法采用测振传感器检测振动的位移 、 速度和加速度信号并转换为电量。测振传感器实质上是遵循 由基础运 动所引起 的受迫振动规律的， 其频率 由相关 的数据可得到。振动 的位移 、 速度 、 加速度 之间保持着简单 的微 积分关系 ， 以加上简单 的微积分变换 ， 所 根据需要可作位移 、 速度和加速度之间的切换。 本 文要介 绍 的 系统 采 用 电测 法 ， 将被 测件 的振 动加 速度 转换 成 电量 ， 而对 此 电量进 行分 析 处理 。 １２ 测试 系统硬 件设 计 ．
基于虚拟仪器的自动化测试系统设计
置，但难以精确提取目标的边界。显著性物 体分割法必须获得人工智能技术与模糊算法 的支持才能取得进一步的发展。
（三）目标跟踪 目标的跟踪算法，可以基于区域匹配、 或目标的特征点。 基于区域匹配的算法根据设定的目标模 板，通过计算目标与模板的相似度，获取目 标的灰度、纹理、色彩等信息，可信度高， 但在目标发生遮挡时难以进行持续跟踪。 任何目标都具有属于自己的、独一无二 的特征点，基于特征点的算法专门采取目标上 的特征点，从而对目标进行持续跟踪（而不必 担心目标被其它物体遮挡）。但目标发生形变 （如旋转）后，该方法难以对特征点进行自适 应（肖俊，基于卫星导航与视觉导航集成的智 能车辆关键技术研究：武汉大学，2011）。 （四）目标识别 基于颜色的算法采用颜色统计直方图， 先将图像中的颜色空间进行离散，再统计图像 中各种颜色出现的频率，从而对目标进行识 别。进行目标识别，还可基于颜色、物体边
本系统实现了LCR的自动化测试，解决了数据存储问题，提高了生 产效率，多参数的特性分析工具，可以以图表的形式显示器件特性。
系统界面主要由四部分组成，分别为电容测试、电阻测试，电 感测试、特性分析工具，分别处在四个选项卡中，现以电容测试为 例介绍软件设计与执行过程，程序流程图如图3所示：
系统结构主要由四部分组成： （1）计算机是测试系统的核心控制单元，负责全部的参数的设置，数 据的存储与显示以及与指示灯模块进行通信。 （2）HIOKI IM3536是本系统的测试主体，通过COM口与计算机相连， 接收计算机发来的控制信号，返回测试数据与控制参数。 （3）USB用于扩展计算机的COM口与指示灯模块进行通讯，另外也给
界、形状，采用多种不同的算法。一些专家基 于概率统计、极大似然估计开发出EM算法， 通过图像分割，识别图像中各区域所属的物体 类别，从而对目标进行精细化识别。
基于LabVIEW的虚拟振动测试系统
文章编号:1008-1658(2000)04-0039-05基于LabV IEW 的虚拟振动测试系统吴国新,许宝杰,朱春梅(北京机械工业学院 机械工程系, 北京100085)摘 要:由于机械振动测试中,所需的测试仪器繁多复杂,导致对一些简单的测试工作也需要大量的人力、物力。
LabV IEW 虚拟仪器图形编程语言可组建虚拟振动测试系统,利用“软件就是仪器”的技术方法,减少测试中的硬件设备,同样实现对振动信号进行实时采集、处理、分析的目的。
介绍了LabV IEW 软件环境的原理方法和编程特点,分析了振动测试系统的使用特征、各个功能模块的编程方法和实现技术。
关 键 词:信号分析;虚拟振动测试;LabV IEW 软件;虚拟仪器中图分类号:TH 113.21 文献标识码:ALabV IEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench )是美国国家仪器公司研制的虚拟仪器图形编程语言,它是一个大型仪器系统开发平台,具有直观界面、便于开发、调试轻松、易于学习和掌握的特点,并且具有各种仪器驱动程序和工具库。
它的出现,开创了一种新的研究方法。
它以软件为中心,利用计算机强大的计算、显示和连接能力,在屏幕上组建用户自己的仪器、仪表,实现“软件就是仪器”的功能。
它采用的编译方式是运行32位应用程序,这就解决了其它解释方式运行程序的图形化编程平台运行程序速度慢的问题。
同时,Lab 2V IEW 语言含有大量的函数库和高级的分析子程序,用户只需调出代表仪器功能、操作、数据处理、输出显示的图标,输入相关的配置参数,连好类似数据流程图的框图,就完成全部编程工作[1]。
LabV IEW 还提供了丰富直观的调试工具,用这些工具可很方便的设置断点、单步、分段执行程序和设计程序运行时间等,并可用动画方式显示数据的流动[1]。
虚拟测试仪器(Virtual Measurement Instrument ),它是以PC 计算机为仪器统一硬件平台,将测试仪器的功能、面板及控件均以相应的软件实现,并以文件形式存储于PC 机的软件库中,同时在计算机的总线槽内配以对应的、可实现数据交换的模块化硬件接口卡。
基于虚拟仪器的震源定位软件设计
基于虚拟仪器的震源定位软件设计介绍虚拟仪器是一种可以在计算机上模拟各种仪器的技术手段，它可以通过软件模拟出真实的物理仪器的功能，从而将实验室放在计算机上。
虚拟仪器在物理、化学、生物学以及医学等领域都有广泛的应用。
本文将介绍一种基于虚拟仪器的震源定位软件的设计，该软件主要用于地震学领域中的地震定位和监测。
设计目的地震是自然界中常见的一种灾害，地震监测和预警是减少地震灾害损失的重要手段之一。
在地震监测中，地震仪是一种常用的工具，可以记录地震波传播的时间和到达时间。
利用多台地震仪记录地震波数据可以通过三角定位法来计算地震震源的位置。
然而，传统的地震仪需要大量的维护和维修，而且需要占用大量的空间和资源，成本高昂。
因此，设计一种基于虚拟仪器的震源定位软件，既可以提高地震定位的效率，又可以降低成本，提高定位精度和便利性。
设计原理基于虚拟仪器的震源定位软件主要通过计算机模拟出多台地震仪的工作，并利用三角定位法计算出地震震源的位置。
首先，需要设置多台虚拟地震仪，将地震仪的位置和参数设置成与实际的地震仪相同，包括地震仪的灵敏度、采样频率和地震波形数据的存储位置。
然后，当发生地震时，虚拟地震仪将开始记录地震数据，并将数据存储在本地计算机上。
接下来，需要对多个虚拟地震仪收集到的数据进行处理。
为了获得更准确的地震定位结果，可以利用多台地震仪收集到的地震波进行联合处理。
通过计算不同地震仪接收到的地震波传播时间差，可以通过三角定位法计算出地震震源的位置。
设计步骤1. 确定需求和目标：由于地震硬件设备成本较高，设计虚拟地震仪，并通过多个虚拟地震仪的工作数据计算地震震源位置，实现地震数据的高效处理和地震震源定位的高精度和快速性。
2. 确定技术路线和功能模块：利用LabVIEW软件设计虚拟地震仪，包括地震仪的位置和参数设置、地震波形数据采集和存储等。
通过多个虚拟地震仪收集到的数据进行联合处理，计算地震震源位置。
3. 实现功能模块：通过LabVIEW软件设置软件界面、地震仪参数设置、数据采集和数据处理等模块，实现虚拟地震仪的工作和地震数据的处理。
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基于虚拟仪器的多点随机振动试验控制系统的设计应用领域研发
挑战设计并实现多点随机振动试验控制系统。
应用方案使用公司的软件配合动态信号分析卡-4551和动态数据采集卡-4472以及其他硬件快速开发一个基于的多点随机振动试验控制系统。
使用的产品，-4551，-2140，-4472。
介绍
多点激励振动试验控制技术是对大型复杂试件开展可靠性和环境试验的关键技术，对产品可靠性的考核有着重要的意义。
本文将给出多点随机振动试验的控制方案和控制系统的设计方案，在平台上结合-4551和-4472板卡开发一个双振动台随机振动控制系统，并进行了实际连台试验。
试验结果表明在一定试验条件下，本文给出的控制方案是可行的，且所设计的控制系统具有较好的控制结果，达到了试验规范要求。
引言
随着对产品设备安全性、可靠性和环境适应性要求的不断提高，推动了考核产品耐振动应力的振动试验技术的发展，同时被试产品覆盖面也进一步扩宽，从元器件到部件、组合件乃至整机都要求进行振动试验，以便在更高层次上充分暴露大系统可能存在的薄弱环节和设计缺陷。
随着被试产品结构复杂化，体积大型化及产品重型化，单点激励振动试验已不能提供足够的推力或是达到特定的运动水平来较真实地模拟产品实际工作环境，并达到规定的试验要求。
而国军标、美军标及其它许多国际标准对振动试验中的被试产品所施加应力都有严格要求，应使其尽量符合实际的产品工作环境，因此，对于无法用单点激励来形成的振动环境，则需要通过多点激励振动来解决。
而目前在国内，多点激励振动控制技术还处于起步阶段，多点振动控制系统更是没有研制出来。
本文将介绍多点随机振动试验控制技术和基于虚拟仪器技术的控制系统的设计开发，并对实际连台试验结果进行分析讨论，希望能够为多点激励振动控制
技术的进一步研究奠定一个良好的基础。
系统设计
1、系统组成
系统由控制计算机、-4551、-4472、-2140、功率放大器、电荷放大器、传感器、激振器、试件、夹具及连接电缆等组成见图1。
系统使用仪器设备见表1。
其基本工作原理为控制计算机生成驱动信号由-4551卡输出经功率放大器放大后给激振器来产生随机振动，同时由安装在试件或夹具上的加速度传感器拾振，经电荷放大器后通过-4472采集输入到控制计算机，从而形成闭环控制。
在实际试验过程中，由于外界干扰或系统特性的影响，控制过程应反复进行，以使控制点处的振动能够达到并保持试验规范要求。
图1系统组成框图
表1系统仪器设备使用列表
仪器名称
型号
使用数量
激振器
-2
2个
功率放大器
5870
2个
电荷放大器
5857
2个
传感器
--106
2个
板卡
-4551
1块
板卡
-4472
1块
控制计算机
20
1台
2、控制方案
随机振动试验目的是要求控制点的响应谱与参考谱在误差容许范围内保持一致。
多点激励随机振动控制方案如图2所示。
控制方案的第一步是由参考谱密度阵来得到下三角阵[]的初始值；第二步估计被控系统的频响特性矩阵[]，对被控系统进行解耦得到解耦矩阵[]，即控制器；第三步是利用[]的初始值，系统的解耦矩阵[]及独立不相关白噪声频谱向量{}开始试验。
闭环控制的基本原理是白噪声源{}通过下三角阵[]得到{}，然后经过解耦矩阵[]得到驱动信号频谱向量{}，对其进行逆变换得到时域驱动信号{}，用驱动信号激励被控系统得到时域响应信号{}，计算响应谱密度阵，利用和来修正下三角阵[]从而实现闭环控制。
在进行闭环控制时，如果驱动谱密度矩阵是非奇异的，则可以利用驱动谱密度矩阵和响应谱密度矩阵来修正被控系统的频响特性矩阵[]和解耦矩阵[]。
如果驱动谱密度阵是奇异的，则无法修正，不过可以根据控制误差大小来对解耦矩阵进行逐步部分修正。
3、控制软件设计
控制软件是整个控制系统的核心部分。
其是在平台上结合-及-4551和-4472卡开发的。
提供了控制软件开发所需的几个很关键的库——用于驱动数据采集卡完成数据输入输出的库和进行信号处理的高级分析库，且编程简单快捷，因此采用作
为本控制系统的软件开发平台给整个控制软件的实现过程带来很大的方便。
控制软件主要由参数数据的输入和确认，随机振动试验的运行控制和试验信息及结果的显示、存储和打印输出等部分组成。
试验运行控制部分包括系统自检、系统传递函数估计、闭环控制和开环试验部分。
本控制软件的关键是闭环控制模块的设计。
闭环控制要考虑控制的实时性，驱动信号发送的连续性、同步性和响应信号采集的同步性。
同步性由于采集卡本身特性基本能够满足，连续性可以通过双缓冲发送技术得到解决，对于闭环控制的实时性问题，解决办法是采用多线程技术，为了确保驱动信号的连续发送，则为其开辟一个线程，并设为主线程，配合双缓冲技术可以达到连续发送；为响应信号采集和处理及结果实时显示开辟两个线程。
真随机试验闭环控制流程见图3。
从用户角度考虑，友好的人机界面是最重要的。
控制软件需要显示的数据有试验信息、参考谱、控制谱、驱动谱、互谱相位及系统传递函数矩阵等。
由于其中包括文本和图形显示方式，所以为了便于用户查看，采用多文档界面。
主界面如图4所示，其他参数设置界面及自检界面等采用对话框形式，由于参数设置界面太多，只给出参考谱参数设置界面见图5和公共参数设置界面见图6。
图3闭环控制流程图图图4控制软件主界面
图5参考谱参数设置界面
图6公共参数设置界面
结果分析
根据上文的控制方案设计了一个两点随机振动控制系统，并进行了实际连台试验，验证控制算法是否可行，并对结果进行了分析讨论。
1、开环试验结果及分析
开环试验不进行反馈修正。
其试验结果可以用来考察解耦控制环节的设计好坏。
图7所示的就是开环试验结果。
从图中可以看出被控系统的共振点处和反共振点处的试验结果较差。
这说明被控系统在共振点处，很小的驱动都会产生很大的响应，而且在该处同频率的干扰或噪声会被放大，从而不好控制；对于反共振点来说，为了能够在这些频率点上达到试验要求，则驱动信号在对应的频率点上的能量较大。
即使对本控制点不会产生太大的响应，也可能通过系统的耦合性使其他控制点在对应的频率点上产生很大的响应。
通过以上分析可以看出对于实际系统，由于存在各种干扰或噪声，以及系统频响特性估计存在误差，所以只通过设计开环控制器解耦矩阵是很难达到试验规范要求的。
因此，必须在开环试验的基础上加上反馈修正环节形成闭环控制，以此来不断修正控制偏差，从而达到试验要求。
2、闭环控制试验结果及分析
图8所示的是闭环控制试验结果。
对比开环试验结果可以明显地看出在开环试验中超差频段上的控制谱基本被修正到报警限范围内了。
通过对上述两点激励随机振动试验结果的分析可知，本文研究的控制方案是可行的，在一定的条件下可以得到较好的控制结果。
结论
由于具有库和高级信号分析库等函数库，再结合-4551和-4472卡的优良性能，使得本人在设计开发时，把主要精力放在了控制方案和反馈修正算法的研究上，从而一旦确定了控制方案和算法就能很快设计出控制系统，然后进行实际的连台调试，验证控制算法的可行性，并发现问题改进算法，最终得到了较好的控制效果，满足了试验规范要求。
因此，
虚拟仪器技术使得仪器设备的设计开发具有很强的灵活性和扩展性，而且缩短了开发周期和节省了开发费用。