粱召華　李智

摘 要： 為了適應(yīng)轉(zhuǎn)子現(xiàn)場動平衡的需要，提高測試精度，開發(fā)了基于虛擬儀器技術(shù)的現(xiàn)場動平衡測試系統(tǒng)，它利用相關(guān)法準(zhǔn)確提取出振動信號的幅值和相位，采用基于影響系數(shù)法的單面動平衡和雙面動平衡的方法進(jìn)行動平衡實(shí)驗(yàn)。通過在多功能轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺上做了多次轉(zhuǎn)子動平衡試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：轉(zhuǎn)子在加適當(dāng)?shù)脑囍睾蟛黄胶庹駝拥玫搅擞行У囊种疲駝臃让黠@減小。這對于減小機(jī)器噪聲和軸承磨損，提高機(jī)器的性能和壽命有著重要意義，同時也有助于提高機(jī)器的工作效率和保障機(jī)械加工操作者的安全。

關(guān)鍵詞： 現(xiàn)場動平衡測試系統(tǒng)； 虛擬儀器技術(shù)； 相關(guān)法； 影響系數(shù)法

中圖分類號： TN964?34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）06?0110?04

0 引 言

旋轉(zhuǎn)機(jī)械在日常的機(jī)械中非常的常見，隨著人們要求和技術(shù)的不斷提升，人們對旋轉(zhuǎn)的速度也有了較高要求，但是，由于高速運(yùn)轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的機(jī)械故障也越來越多，這引起了人們的密切注意，這其中由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動不平衡引起的機(jī)械故障占到所有故障總數(shù)的70%以上[1]。

虛擬儀器技術(shù)是一種程序開發(fā)環(huán)境，它可以充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的能力，創(chuàng)造出功能更強(qiáng)的儀器，用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器。自問世以來， 虛擬儀器大大的降低人工操作帶來的不確定性，在全自動化的測試和分析中提高了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性[2]。該系統(tǒng)將虛擬儀器技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)與現(xiàn)場動平衡技術(shù)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)測試、分析、現(xiàn)場動平衡一體化。主要采用影響系數(shù)法，構(gòu)建了該動平衡測試系統(tǒng)。

1 現(xiàn)場動平衡方法

1.1 動平衡原理

轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布不均是造成不平衡的主要原因。轉(zhuǎn)子的質(zhì)心不在回轉(zhuǎn)軸線上，在轉(zhuǎn)動時其偏心質(zhì)量就會產(chǎn)生離心慣性力，該離心慣性力會在運(yùn)動副中產(chǎn)生附加動壓力。當(dāng)前在平衡轉(zhuǎn)動中平衡不平衡轉(zhuǎn)子的最主要方法是在轉(zhuǎn)子上增加或除去一部分質(zhì)量，使轉(zhuǎn)子的質(zhì)心與回轉(zhuǎn)軸心重合，盡量避免在轉(zhuǎn)動過程中產(chǎn)生離心慣性力?，F(xiàn)場動平衡的分析過程分為：

（1） 首先測量出不加試重之前的不平衡振動量，并分析出該振動量的幅值以及相位；

（2） 加載能夠使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生明顯振動的試重，得到不平衡和振動之間的關(guān)系；

（3） 測量此時該轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的不平衡振動量的參數(shù)；

（4） 對比分析加載試重前后轉(zhuǎn)子的振動量，通過分析和計(jì)算來確定消除該不平衡量所需的校正質(zhì)量以及校正的角度；

（5） 在轉(zhuǎn)子上加載計(jì)算所得出的校正量，并測得此時轉(zhuǎn)子的不平衡量的大小，重復(fù)操作直到測量結(jié)果符合要求則本次實(shí)驗(yàn)結(jié)束 [3]。

1.2 影響系數(shù)法

基于影響系數(shù)法的單面動平衡：設(shè)在某一校正平面上未加試重時測得的的原始振動為[A0]（是矢量，包括幅值和相位），且在該校正平面上某一測點(diǎn)上測得的振動響應(yīng)為[B0]；然后在該校正平面上加一試重[Q0]（也是矢量，包括幅值和相位），并測得其不平衡量為[At]，在同一轉(zhuǎn)速下且在同一測點(diǎn)測得的振動響應(yīng)為[B1]，則由試重[Q0]引起的振動響應(yīng)為[Bt=B1-B0]，于是計(jì)算得到影響系數(shù)為[α=BtAt]，然后列出方程解出校正幅值和相位?；谟绊懴禂?shù)法的雙面動平衡：

（1） 在實(shí)驗(yàn)儀器上選定兩個測點(diǎn)分別為A和B。用合適的振動測量儀測得這兩點(diǎn)的平衡前的振動值分別為[A0，B0]（是矢量，它包括幅值A(chǔ)0，B0和相位角[γA0，γB0]）。

（2） 根據(jù)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)選取適當(dāng)?shù)膬蓚€校正平面分別為Ⅰ，Ⅱ，加重半徑分別為r1，r2。先在平面I上加試重[Q1]（也是矢量，其質(zhì)量為[Q1]，相位角為[γB0]）。并在同一平衡轉(zhuǎn)速下測得A，B兩點(diǎn)的振動值分別為[A1，B1]。

影響系數(shù)分別為：

（3） 取走[Q1]，并在平面Ⅱ上加試重[Q2]。用同樣的方法測得A，B點(diǎn)的振動值分別為[A2，B2]。

影響系數(shù)分別為：

（4） 列方程，校正平面Ⅰ，Ⅱ上所需的校正質(zhì)量[P1，P2]可由下式求得：

用解析法或幾何法解此矢量方程組得到平衡量[P1，P2]。得到校正質(zhì)量后，在轉(zhuǎn)子上加上計(jì)算出的校正質(zhì)量，重新啟動轉(zhuǎn)子并測量振動量；如果振動量已達(dá)到了所需要求，則平衡結(jié)束；否則可再進(jìn)行一次修正平衡。

1.3 基于相關(guān)法的振動幅值和相位的計(jì)算

運(yùn)用相關(guān)法可準(zhǔn)確地提取出振動信號中基頻的幅值以及相位。在x（t），y（t）都為實(shí)能量信號的前提下互相關(guān)函數(shù)可定義為：

互相關(guān)函數(shù)可以描述出兩個信號所存在的相似度，能夠有效地在有多個頻率成分的信號中分離出有用信號。在測試時，提取到的振動信號有多個頻率成分，主要包括：轉(zhuǎn)速基頻，倍頻，亞倍頻，隨機(jī)振動成分，見式（3）：

式中：a0為直流分量；ωi為各信號的頻率；[αi]為各頻率信號的相位值；s（t）為干擾信號參數(shù)；設(shè)頻率為ω、相位為0時的標(biāo)準(zhǔn)正弦信號和余弦信號分別為：

分別與式（3）所示的輸入信號進(jìn)行互相關(guān)

于是可以得到振動基頻信號的幅值及相位，分別為：

2 基于LabVIEW 的動平衡測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 測試系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框架

本系統(tǒng)的研究對象是多功能轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺，本文選用北京京儀北方儀器儀表有限公司的ZHS?2型多功能轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺，其實(shí)物圖見圖1。

動平衡測試系統(tǒng)的總體框架如圖2所示，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時，在線采集信號。通過電渦流傳感器采集轉(zhuǎn)子的振動位移信號，電磁式速度傳感器采集軸承座的振動速度信號，壓電式加速度傳感器采集軸承座的振動加速度信號，通過光電式傳感器采集轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。

通過前置器、變送器等信號調(diào)理模塊及數(shù)據(jù)采集卡，將位移、速度、加速度等振動信號及轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量并傳遞到計(jì)算機(jī)中，然后通過計(jì)算機(jī)的虛擬儀器平臺對采集到的信號進(jìn)行分析和處理，并顯示和保存不平衡量的幅值和相位。

2.2 測試系統(tǒng)的硬件組成

硬件部分由前置器、變送器、模擬濾波器等調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)組成，前置器主要是將渦流傳感器的信號進(jìn)行放大，變送器是將傳感器獲得的非標(biāo)準(zhǔn)電信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號，模擬濾波器能有效濾除高頻干擾信號。數(shù)據(jù)采集卡選用美國NI公司的PCI?6251 型號產(chǎn)品（如圖3），數(shù)據(jù)采集卡的主要作用是將傳感器采集到的信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后給計(jì)算機(jī)軟件以供分析。

該數(shù)據(jù)采集卡的主要性能參數(shù)及特點(diǎn)如下：

（1） 最高采樣率為1.25 MS/s；

（2） A/D轉(zhuǎn)換芯片的分辨率為16 b；

（3） 16路模擬輸入通道，可任意設(shè)定通道采樣數(shù)，通道自動掃描采集；

（4） 最小模擬輸入電壓范圍為-5～5 V，最大模擬輸入電壓范圍為-10～10 V；

（5） 2路模擬輸出通道，更新速率2.8 MS/s；

（6） 滿量程精度為0.003%；

（7） 2個32位80 MHz定時器和計(jì)數(shù)器。

2.3 測試系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

本次實(shí)驗(yàn)選用的是美國NI公司的LabVIEW軟件平臺，LabVIEW的全稱是（Laboratory Virtual Instrument Engineering bench），這是一種同時具有數(shù)據(jù)的采集、儀器控制、測量分析和數(shù)據(jù)顯示功能于一體的圖形化開發(fā)環(huán)境，該軟件能夠很好地為用戶提供簡明、直觀、易用的圖形化編程方式[4]。LabVIEW 是目前發(fā)展速度最快、功能最強(qiáng)大、應(yīng)用最廣泛的圖形化軟件開發(fā)集成環(huán)境，是一種標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集及儀器控制軟件[5]。測試軟件模塊的組成如圖4所示，本文主要從數(shù)據(jù)采集和信號的分析處理這2個主要的模塊來完成實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行分析說明[6]。

（1） 數(shù)據(jù)采集。NI?DAQmax數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以對采集到的有關(guān)參數(shù)和操作進(jìn)行準(zhǔn)確封裝。本系統(tǒng)在NI?DAQmax數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，同時實(shí)現(xiàn)對5個通道的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與管理，程序框圖如圖5所示。

（2） 數(shù)據(jù)的分析和處理。能否準(zhǔn)確完成動平衡測試的關(guān)鍵因素是數(shù)據(jù)的分析和處理這兩個過程，主要可分為：

① 測量轉(zhuǎn)速；

② 準(zhǔn)確計(jì)算基頻幅值和相位；

③ 正確運(yùn)用影響系數(shù)法計(jì)算動平衡的校正質(zhì)量和相位。

測量基準(zhǔn)信號，本文利用的是LabVIEW中單頻測量VI來得到所需要的轉(zhuǎn)速以及基頻相位這2個參數(shù)，所需程序的框圖如圖6所示?；l轉(zhuǎn)速產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的正弦及余弦信號。之后將之前測到的信號與標(biāo)準(zhǔn)的正弦及余弦信號做互相關(guān)，通過這種方法就可以得到振動信號的基頻幅值及相位，該程序框圖如圖7所示。

計(jì)算影響系數(shù)，從而確定出不平衡量的幅值以及相位。本文在試驗(yàn)和分析中運(yùn)用影響系數(shù)法來對單面動平衡得到的幅值和相位進(jìn)行校正計(jì)算，程序框圖見圖8。

通過在多功能轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺上進(jìn)行多次試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：轉(zhuǎn)子在加適當(dāng)?shù)脑囍睾蟛黄胶庹駝拥玫搅擞行У囊种?，振動幅度明顯減小。因此本測試系統(tǒng)性能指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。該測試系統(tǒng)不僅在單面動平衡過程中效果比較理想，同時亦可推廣到雙面動平衡測試中去。

3 該測試系統(tǒng)和傳統(tǒng)的儀器之間的對比分析

虛擬儀器對比傳統(tǒng)儀器來說有以下幾個方面的優(yōu)點(diǎn)：性能高；擴(kuò)展性強(qiáng)；開發(fā)時間少；無縫集成[7?8]。目前利用虛擬儀器來完成測試、工業(yè)I/O控制以及產(chǎn)品設(shè)計(jì)已成為主流，伴隨著虛擬儀器技術(shù)正在不斷的完善和提高，虛擬儀器已經(jīng)在許多的應(yīng)用中代替了傳統(tǒng)的儀器。伴隨著相關(guān)軟件的不斷革新，虛擬儀器的使用前景也將更加的廣闊，能夠使使用者在使用起來有更多的靈活性和更加強(qiáng)大的功能[9?10]。

4 結(jié) 語

該系統(tǒng)將虛擬儀器技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)與現(xiàn)場動平衡技術(shù)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)測試、分析、現(xiàn)場動平衡一體化。虛擬儀器能夠大大降低人工操作帶來的不確定性，在全自動化的測試和分析中提高了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，比傳統(tǒng)的動平衡測量儀器有更好的發(fā)展前景，性價比也更高。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊建剛.旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動分析與工程應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，2007.

[2] 豈興明，周建興，矯津毅.LabVIEW8.2 中文版入門與典型實(shí)例（修訂版）[M].北京：人民郵電出版社，2010.

[3] 安勝利，楊黎明.轉(zhuǎn)子現(xiàn)場動平衡技術(shù)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2007.

[4] 劉松強(qiáng).數(shù)據(jù)流編程的圖形軟件LabVIEW及其應(yīng)用[J].小微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，1994，15（10）：30?34.

[5] 王磊，陶梅.精通LabVIEW8.x[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[6] 賀世正，余鵬飛，蔡伯春.虛擬儀器技術(shù)在碟式分離機(jī)動平衡測試中的應(yīng)用[J].流體機(jī)械，2003，31（6）：23?26.

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[8] ALICI G，SHIRINZADEH B. Oprimum dynamic balancing of planar parallel manipulators based on sensitivity analysis [J]. Mechanism and Machine Theory， 2006 （41）： 1520?1532.

[9] 趙科.基于虛擬儀器的現(xiàn)場動平衡測試儀的開發(fā)[D].杭州：浙江大學(xué)，2002.

[10] 金彥，鄭建榮，吳清.基于虛擬儀器技術(shù)的信號處理實(shí)現(xiàn)方法比較[J].機(jī)械與電子，2003（2）：55?58.

2.2 測試系統(tǒng)的硬件組成

硬件部分由前置器、變送器、模擬濾波器等調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)組成，前置器主要是將渦流傳感器的信號進(jìn)行放大，變送器是將傳感器獲得的非標(biāo)準(zhǔn)電信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號，模擬濾波器能有效濾除高頻干擾信號。數(shù)據(jù)采集卡選用美國NI公司的PCI?6251 型號產(chǎn)品（如圖3），數(shù)據(jù)采集卡的主要作用是將傳感器采集到的信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后給計(jì)算機(jī)軟件以供分析。

該數(shù)據(jù)采集卡的主要性能參數(shù)及特點(diǎn)如下：

（1） 最高采樣率為1.25 MS/s；

（2） A/D轉(zhuǎn)換芯片的分辨率為16 b；

（3） 16路模擬輸入通道，可任意設(shè)定通道采樣數(shù)，通道自動掃描采集；

（4） 最小模擬輸入電壓范圍為-5～5 V，最大模擬輸入電壓范圍為-10～10 V；

（5） 2路模擬輸出通道，更新速率2.8 MS/s；

（6） 滿量程精度為0.003%；

（7） 2個32位80 MHz定時器和計(jì)數(shù)器。

2.3 測試系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

本次實(shí)驗(yàn)選用的是美國NI公司的LabVIEW軟件平臺，LabVIEW的全稱是（Laboratory Virtual Instrument Engineering bench），這是一種同時具有數(shù)據(jù)的采集、儀器控制、測量分析和數(shù)據(jù)顯示功能于一體的圖形化開發(fā)環(huán)境，該軟件能夠很好地為用戶提供簡明、直觀、易用的圖形化編程方式[4]。LabVIEW 是目前發(fā)展速度最快、功能最強(qiáng)大、應(yīng)用最廣泛的圖形化軟件開發(fā)集成環(huán)境，是一種標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集及儀器控制軟件[5]。測試軟件模塊的組成如圖4所示，本文主要從數(shù)據(jù)采集和信號的分析處理這2個主要的模塊來完成實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行分析說明[6]。

（1） 數(shù)據(jù)采集。NI?DAQmax數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以對采集到的有關(guān)參數(shù)和操作進(jìn)行準(zhǔn)確封裝。本系統(tǒng)在NI?DAQmax數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，同時實(shí)現(xiàn)對5個通道的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與管理，程序框圖如圖5所示。

（2） 數(shù)據(jù)的分析和處理。能否準(zhǔn)確完成動平衡測試的關(guān)鍵因素是數(shù)據(jù)的分析和處理這兩個過程，主要可分為：

① 測量轉(zhuǎn)速；

② 準(zhǔn)確計(jì)算基頻幅值和相位；

③ 正確運(yùn)用影響系數(shù)法計(jì)算動平衡的校正質(zhì)量和相位。

測量基準(zhǔn)信號，本文利用的是LabVIEW中單頻測量VI來得到所需要的轉(zhuǎn)速以及基頻相位這2個參數(shù)，所需程序的框圖如圖6所示?；l轉(zhuǎn)速產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的正弦及余弦信號。之后將之前測到的信號與標(biāo)準(zhǔn)的正弦及余弦信號做互相關(guān)，通過這種方法就可以得到振動信號的基頻幅值及相位，該程序框圖如圖7所示。

計(jì)算影響系數(shù)，從而確定出不平衡量的幅值以及相位。本文在試驗(yàn)和分析中運(yùn)用影響系數(shù)法來對單面動平衡得到的幅值和相位進(jìn)行校正計(jì)算，程序框圖見圖8。

通過在多功能轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺上進(jìn)行多次試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：轉(zhuǎn)子在加適當(dāng)?shù)脑囍睾蟛黄胶庹駝拥玫搅擞行У囊种?，振動幅度明顯減小。因此本測試系統(tǒng)性能指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。該測試系統(tǒng)不僅在單面動平衡過程中效果比較理想，同時亦可推廣到雙面動平衡測試中去。

3 該測試系統(tǒng)和傳統(tǒng)的儀器之間的對比分析

虛擬儀器對比傳統(tǒng)儀器來說有以下幾個方面的優(yōu)點(diǎn)：性能高；擴(kuò)展性強(qiáng)；開發(fā)時間少；無縫集成[7?8]。目前利用虛擬儀器來完成測試、工業(yè)I/O控制以及產(chǎn)品設(shè)計(jì)已成為主流，伴隨著虛擬儀器技術(shù)正在不斷的完善和提高，虛擬儀器已經(jīng)在許多的應(yīng)用中代替了傳統(tǒng)的儀器。伴隨著相關(guān)軟件的不斷革新，虛擬儀器的使用前景也將更加的廣闊，能夠使使用者在使用起來有更多的靈活性和更加強(qiáng)大的功能[9?10]。

4 結(jié) 語

該系統(tǒng)將虛擬儀器技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)與現(xiàn)場動平衡技術(shù)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)測試、分析、現(xiàn)場動平衡一體化。虛擬儀器能夠大大降低人工操作帶來的不確定性，在全自動化的測試和分析中提高了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，比傳統(tǒng)的動平衡測量儀器有更好的發(fā)展前景，性價比也更高。

參考文獻(xiàn)

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[7] YU Y Q，JIANG B. Analytical and experimental study on the dynamic balancing offlexible mechanisms [J]. Mechanism and Machine Theory， 2007 （42）： 626?635.

[8] ALICI G，SHIRINZADEH B. Oprimum dynamic balancing of planar parallel manipulators based on sensitivity analysis [J]. Mechanism and Machine Theory， 2006 （41）： 1520?1532.

[9] 趙科.基于虛擬儀器的現(xiàn)場動平衡測試儀的開發(fā)[D].杭州：浙江大學(xué)，2002.

[10] 金彥，鄭建榮，吳清.基于虛擬儀器技術(shù)的信號處理實(shí)現(xiàn)方法比較[J].機(jī)械與電子，2003（2）：55?58.

2.2 測試系統(tǒng)的硬件組成

硬件部分由前置器、變送器、模擬濾波器等調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)組成，前置器主要是將渦流傳感器的信號進(jìn)行放大，變送器是將傳感器獲得的非標(biāo)準(zhǔn)電信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號，模擬濾波器能有效濾除高頻干擾信號。數(shù)據(jù)采集卡選用美國NI公司的PCI?6251 型號產(chǎn)品（如圖3），數(shù)據(jù)采集卡的主要作用是將傳感器采集到的信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后給計(jì)算機(jī)軟件以供分析。

該數(shù)據(jù)采集卡的主要性能參數(shù)及特點(diǎn)如下：

（1） 最高采樣率為1.25 MS/s；

（2） A/D轉(zhuǎn)換芯片的分辨率為16 b；

（3） 16路模擬輸入通道，可任意設(shè)定通道采樣數(shù)，通道自動掃描采集；

（4） 最小模擬輸入電壓范圍為-5～5 V，最大模擬輸入電壓范圍為-10～10 V；

（5） 2路模擬輸出通道，更新速率2.8 MS/s；

（6） 滿量程精度為0.003%；

（7） 2個32位80 MHz定時器和計(jì)數(shù)器。

2.3 測試系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

本次實(shí)驗(yàn)選用的是美國NI公司的LabVIEW軟件平臺，LabVIEW的全稱是（Laboratory Virtual Instrument Engineering bench），這是一種同時具有數(shù)據(jù)的采集、儀器控制、測量分析和數(shù)據(jù)顯示功能于一體的圖形化開發(fā)環(huán)境，該軟件能夠很好地為用戶提供簡明、直觀、易用的圖形化編程方式[4]。LabVIEW 是目前發(fā)展速度最快、功能最強(qiáng)大、應(yīng)用最廣泛的圖形化軟件開發(fā)集成環(huán)境，是一種標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集及儀器控制軟件[5]。測試軟件模塊的組成如圖4所示，本文主要從數(shù)據(jù)采集和信號的分析處理這2個主要的模塊來完成實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行分析說明[6]。

（1） 數(shù)據(jù)采集。NI?DAQmax數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以對采集到的有關(guān)參數(shù)和操作進(jìn)行準(zhǔn)確封裝。本系統(tǒng)在NI?DAQmax數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，同時實(shí)現(xiàn)對5個通道的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與管理，程序框圖如圖5所示。

（2） 數(shù)據(jù)的分析和處理。能否準(zhǔn)確完成動平衡測試的關(guān)鍵因素是數(shù)據(jù)的分析和處理這兩個過程，主要可分為：

① 測量轉(zhuǎn)速；

② 準(zhǔn)確計(jì)算基頻幅值和相位；

③ 正確運(yùn)用影響系數(shù)法計(jì)算動平衡的校正質(zhì)量和相位。

測量基準(zhǔn)信號，本文利用的是LabVIEW中單頻測量VI來得到所需要的轉(zhuǎn)速以及基頻相位這2個參數(shù)，所需程序的框圖如圖6所示?；l轉(zhuǎn)速產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的正弦及余弦信號。之后將之前測到的信號與標(biāo)準(zhǔn)的正弦及余弦信號做互相關(guān)，通過這種方法就可以得到振動信號的基頻幅值及相位，該程序框圖如圖7所示。

計(jì)算影響系數(shù)，從而確定出不平衡量的幅值以及相位。本文在試驗(yàn)和分析中運(yùn)用影響系數(shù)法來對單面動平衡得到的幅值和相位進(jìn)行校正計(jì)算，程序框圖見圖8。

通過在多功能轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺上進(jìn)行多次試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：轉(zhuǎn)子在加適當(dāng)?shù)脑囍睾蟛黄胶庹駝拥玫搅擞行У囊种?，振動幅度明顯減小。因此本測試系統(tǒng)性能指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。該測試系統(tǒng)不僅在單面動平衡過程中效果比較理想，同時亦可推廣到雙面動平衡測試中去。

3 該測試系統(tǒng)和傳統(tǒng)的儀器之間的對比分析

虛擬儀器對比傳統(tǒng)儀器來說有以下幾個方面的優(yōu)點(diǎn)：性能高；擴(kuò)展性強(qiáng)；開發(fā)時間少；無縫集成[7?8]。目前利用虛擬儀器來完成測試、工業(yè)I/O控制以及產(chǎn)品設(shè)計(jì)已成為主流，伴隨著虛擬儀器技術(shù)正在不斷的完善和提高，虛擬儀器已經(jīng)在許多的應(yīng)用中代替了傳統(tǒng)的儀器。伴隨著相關(guān)軟件的不斷革新，虛擬儀器的使用前景也將更加的廣闊，能夠使使用者在使用起來有更多的靈活性和更加強(qiáng)大的功能[9?10]。

4 結(jié) 語

該系統(tǒng)將虛擬儀器技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)與現(xiàn)場動平衡技術(shù)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)測試、分析、現(xiàn)場動平衡一體化。虛擬儀器能夠大大降低人工操作帶來的不確定性，在全自動化的測試和分析中提高了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，比傳統(tǒng)的動平衡測量儀器有更好的發(fā)展前景，性價比也更高。

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