工程测试技术实验

测试技术实验报告

指导教师：汪菲

专业：机械工程

姓名：姜海松

学号：2015201106

实验小组：第一组

实验时间：2016年6月24日

测试技术实验报告

——振动信号的采集及处理

一、实验目的

1.了解电涡流传感器的工作原理。

2.熟悉数据采集的过程及硬件的连接顺序。

3.运用Labview软件变成采集振动幅值信号，并利用MATLAB工具对数据进行处理。

4.掌握李沙育图形法的原理，并根据此估计所测振动的频率。

二、实验仪器及相关参数

实验仪器：洗衣机，电涡流传感器，各设备供电电源，计算机，NI数据采集卡。

相应硬件参数：

（1）电涡流传感器：编号：ST-2-U-08-00-15-2008502

电源电压：±15v

被测材料：45钢

测量范围：2mm

变换器输出：0-5v

灵敏度：2.5mv/um

绝对误差：2%（满量程）

（2）NI数据采集卡型号：NI9205，其详细规格如下表1所示：

产品NI9205

通道数32个单瑞或16个差分模拟输入通道

ADC分辨率16位

输入耦合DC

额定输入量程±10V，±5V,±1V，±0.2V 超量程最小值（量成为10v时）4%

模拟输入的最大工作电压每通道需保持在±10.4

输入偏置电流±100pA

模拟带宽370KHz

CMPR100dB

过压保护±30V

表1.NI数据采集卡9205详细规格

三、实验原理

（一）电涡流传感器的工作原理

电涡流传感器是一种相对式非接触式传感器，它通过传感器端部与被测物体之间的距离变化来测量物体的振动位移或幅值，本实验用电涡流传感器测量洗衣机滚筒的振动。

它是根据电磁场原理，在趋近传感器线圈中通入高频电流后，线圈周围会产生高频磁场，

该磁场穿过靠近它的转轴表面时，会在其中感应产生一个电涡流；这个变化的电涡流又会在它的周围产生一个电涡流磁场，其方向和原线圈磁场的方向相反，这个磁场叠加将改变原线圈的阻抗：线圈阻抗在导磁率、励磁电流强度、频率等参数不变时，可把阻抗看作是探头到金属表面见习的单值函数，即二者之间成比例关系；设置一测量变换电路，将阻抗的变化转换成电压或电流，通过显示仪器反映出间隙的变化，从而得到轴振动位移，其原理图如图1所示。

图1电涡流传感器的原理

（二）数据采集卡的功能

数据采集卡，用于IEPE传感器高精度和频率测量，并且结合了加速计的集成电路压电式（IEPE）信号调理功能，广泛用于振动噪声信号的测量过程中。数据采集器/掌上电脑具有中央处理器（CPU），只读存储器（ROM）、可读写存储器（RAM）、键盘、屏幕显示器与计算机接口，条码扫描器，电源等配置，手持终端可通过通讯与计算机相连用于接受或上传数据，手持终端的运行程序是由计算机编制后下载到手持终端中，可按照要求完成相应的功能。

图2数据采集卡

四、实验步骤

（一）采集程序的设计

用Labview软件编写了一个两通道的采集程序，程序设计流程如下：

1.插入DAQ采集模块，连接采集卡，设置两个通道、每个通道根据具体的传感器设置灵敏度、采样频率、采样点数等。

2.添加写入测量文件，并与DAQ相应接口连接，把所测信号数据存入指定路径。（Labview 的写入文件默认为txt文本）。

3.对采集到的数据进行拆分

1）第一通道显示信号的时域波形以及经过FFT变换的频谱图；

2）第二通道显示信号的时域波形以及自功率谱图。

4.整个过程加While循环，设置停止按钮，并加时间延迟，以减小计算机的CPU使用。

5.插入“系统选项卡”空间，把每个通道的时域波形和频域图放在一个选项内，以便观察。采集程序如图2所示：

图2（a）采集程序前面板

图2（b）采集程序框图

（二）硬件连接

本实验采用电涡流传感器进行洗衣机外壳振动幅值的测量。

首先将电涡流传感器固定在洗衣机外壳附近，使其端部和洗衣机距离在传感器的测量范

围之内，即距离小于等于2mm。然后把电涡流传感器连接在数据采集模块上，并将其通过变换器再与电脑连接，从而把数据存入计算机中。硬件连接如图3所示：

图3硬件连接图

（三）数据采集

硬件连接好后，启动程序进行数据采样，得到采集数据并把波形图表显示于面板上。

图4数据采集程序面板（无滤波）图

五、数据处理及结论

1.取采集到的数据，采样频率为1KHz，数据点为12000，用Matlab 对信号进行时域，频率

PC

LabVIEW 程序

数据采集卡电涡流传感器洗衣机外

壳

USB

电源模块

振幅和功率谱分析，得到时域波形、频谱图及功率谱图如图5所示。

图5信号的时域波形图、频谱图及功率谱图

由自功率谱图可以看出，采集到的信号在1.8Hz 处峰值较大，且旁峰较小，因此初步判定采集到的信号的频率为1.8Hz.其程序如下：clear all fs=1000;

fid =fopen('C:\Users\jhs\Desktop\firstgroup.txt');%时域信号

[x,N]=fscanf(fid,'%f');fclose(fid);n=0:N-1;t=n/fs;

subplot(221)

plot(t,x)

%时域图

xlabel('时间（s ）');ylabel('幅值');

title('洗衣机振动信号时域图');grid;

y=fft(x,N);%fft 运算Y=abs(y);

f=(0:N-1)*fs/N;subplot(222)

plot(f(1:N/8),Y(1:N/8)*2/N);%输出N/2点频域幅值谱图xlabel('频率(Hz)');ylabel('幅值');

title('洗衣机振动信号频域幅值谱');

时间（s ）

幅值

洗衣机振动信号时域图

频率(Hz)

幅值

洗衣机振动信号频域幅值谱

-3

频率(Hz)

幅值

频率(Hz)

幅值