基于虛擬儀器技術(shù)的錠子振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、武漢科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文題目：基于虛擬儀器技術(shù)的錠子振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)院系：機(jī)電工程系專業(yè)：_姓名：指導(dǎo)老師：2004年6月10日目錄武漢科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書4畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告8摘要12ABSTRACT131概述141.1紡紗錠子的發(fā)展概況141.2錠子的結(jié)構(gòu)141.3錠子的振動(dòng)162振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)172.1錠子振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)具備的功能172.2.1 傳感器的主要技術(shù)指標(biāo)182.2.2 傳感器及其調(diào)理電路192.3虛擬儀器硬件平臺(tái)192.3.1 虛擬儀器192.3.2 數(shù)據(jù)采集卡202.3.3 數(shù)據(jù)采集卡的基本性能指標(biāo)213細(xì)紗錠子振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)223.1 錠子振動(dòng)測(cè)試實(shí)

2、驗(yàn)臺(tái)223.1.1 總體方案233.1.2 升降臺(tái)233.1.3 錠子安放臺(tái)233.2 硬件設(shè)計(jì)233.2.1 傳感器的選擇233.2.2 數(shù)據(jù)采集卡的選擇263.3 軟件設(shè)計(jì)部分273.3.1 3.1通道選擇283.3.2 數(shù)據(jù)存盤283.3.3 波形運(yùn)算293.3.4 模擬輸入模塊314細(xì)紗錠子軸心軌跡測(cè)量實(shí)驗(yàn)324.1 實(shí)驗(yàn)及其結(jié)果分析324.1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?324.1.2 實(shí)驗(yàn)原理324.1.3 實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備324.1.4 實(shí)驗(yàn)步驟及其內(nèi)容334.1.5 注意事項(xiàng)334.1.6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析335小結(jié)34參考文獻(xiàn)35附錄37夕卜文資料38中文翻譯50致謝58武漢科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論

3、文）任務(wù)書題目：基于虛擬儀器技術(shù)的錠子振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成期限：2003年12院系武漢科技學(xué)院專業(yè)班級(jí)機(jī)設(shè)004班學(xué)生 陳小蘭接受任務(wù)日期 2003.12.1、原始依據(jù)（資料）月1日至2004年6月10日指導(dǎo)教師梅順齊職 稱教授院（系）主任梅順齊批準(zhǔn)日期2003.12.1本課題是湖北省省教育廳科研項(xiàng)目之一，是在傳統(tǒng)紡紗錠子振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)的。錠子是紡紗工業(yè)的象征，通常以擁有的細(xì)紗錠子數(shù)量來(lái)衡量紡紗廠的設(shè)備規(guī)模錠子的作用是卷繞成形，即將紡成的細(xì)紗按一定的成形要求卷繞在筒管上，便于運(yùn)輸儲(chǔ)藏和加工。以往的錠子機(jī)電測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試采用傳統(tǒng)儀器示波器。傳統(tǒng)儀器的功能是通過(guò)硬件電路或固化軟件實(shí)現(xiàn)的

4、，而且由儀器生產(chǎn)廠家給定，其功能和規(guī)模一般都是固定的，用戶無(wú)法隨意改變其結(jié)構(gòu)和功能。另外，傳統(tǒng)儀器的價(jià)格昂貴，技術(shù)更新慢，開發(fā)費(fèi)用高。本課題采用先進(jìn)的虛擬儀器技術(shù)，在虛擬儀器原理的基礎(chǔ)上，利用電渦流傳感器測(cè)量并轉(zhuǎn)換錠子振動(dòng)的位移信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡采集該信號(hào)，在虛擬儀器平臺(tái)上通過(guò)Labview軟件設(shè)計(jì)虛擬示波器，從而在虛擬示波器上顯示出錠子振動(dòng)的軸心軌跡。虛擬儀器以計(jì)算機(jī)為中心，充分利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形界面和數(shù)據(jù)處理能力，提供對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的分析和顯示。二、設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容和要求錠子振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)是從測(cè)試系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)來(lái)完成的。硬件部分主要是傳感器和數(shù)據(jù)采集卡的選擇，軟件部分是選用合適的編程語(yǔ)

5、言，完成測(cè)試。本課題選的是Labview軟件，在虛擬儀器平臺(tái)上設(shè)計(jì)虛擬示波器，從而顯示出錠子軸心振動(dòng)的軌跡。如果時(shí)間和條件允許的情況下，進(jìn)行具體的實(shí)驗(yàn)操作。整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的任務(wù)和要求具體如下：1、選擇合適的傳感器，了解傳感器的有關(guān)性能，掌握其測(cè)試原理。2、選擇合適的數(shù)據(jù)采集卡，了解數(shù)據(jù)采集卡的性能指標(biāo)。3、設(shè)計(jì)合適的測(cè)試軟件（本課題選的是Labview軟件），熟悉并掌握軟件的應(yīng)用，設(shè)計(jì)虛擬示波器。4、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)并完成具體實(shí)驗(yàn)5、翻譯一篇與本論文相關(guān)的外文資料，語(yǔ)言文字表達(dá)要準(zhǔn)確到位。6、論文按院系要求的格式撰寫。三、主要參考資料1 陳瑞琪，馬潑林，楊正中等紡紗錠子的理論與實(shí)踐M北京：紡織工業(yè)出版

6、社，1990：186192.2 陸再生.棉紡設(shè)備M.中國(guó)紡織出版社，1996.3 曾光奇，胡均安工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)M.華中科技大學(xué)出版，2002.4 張易知，肖嘯張喜斌衛(wèi)躍春等.虛擬儀器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)M.西安電子科技出版社，2002年.5 應(yīng)懷樵，劉進(jìn)明.微機(jī)智能自動(dòng)化動(dòng)靜態(tài)測(cè)試分析技術(shù)的研究R.全國(guó)八屆振動(dòng)技術(shù)會(huì)議（1994）.現(xiàn)代振動(dòng)與噪聲技術(shù).航空工業(yè)出版社.1997年:33-36.測(cè)試儀器從硬件到軟件J.振動(dòng)、測(cè)試與診斷6秦樹人.虛擬儀器2000(1):1-6.四、同組設(shè)計(jì)者華曉弘設(shè)計(jì)(論文)進(jìn)度計(jì)劃表序號(hào)起止日期計(jì)劃完成內(nèi)容實(shí)際完成內(nèi)容檢查日期檢查人簽名12003.12春節(jié)前收集資料完成

7、開題報(bào)告并翻譯外文完成計(jì)劃內(nèi)容梅順齊2.202選擇傳感器并熟悉傳感器完成計(jì)劃內(nèi)容梅順齊3.113選擇數(shù)據(jù)采集卡并熟悉數(shù)據(jù)采集卡完成計(jì)劃內(nèi)容梅順齊4.14選擇編程語(yǔ)言熟悉Labview軟件完成計(jì)劃內(nèi)容梅順齊4.115初步完成設(shè)計(jì)并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)完成計(jì)劃內(nèi)容梅順齊5.16修正論文并通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證完成計(jì)劃內(nèi)容梅順齊5.217完成論文并準(zhǔn)備答辯完成計(jì)劃內(nèi)容梅順齊6.108準(zhǔn)備答辯指導(dǎo)教師批準(zhǔn)日期2003年12月1日簽名：梅順齊畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告課題名稱基于虛擬儀器技術(shù)的錠子振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)院系名稱機(jī)電工程系專業(yè)名稱機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化學(xué)生姓名陳小蘭指導(dǎo)教師梅順齊、課題的意義在紡織行業(yè)中，錠子是一個(gè)重

8、要的專件，錠子性能的優(yōu)劣對(duì)生產(chǎn)效率和紗線質(zhì)量具有決定性的影響。由于錠子本身和卷裝都存在高速回轉(zhuǎn)時(shí)引起劇烈的振動(dòng)、沖擊和噪聲，并使其功率及磨損大大增加，最后導(dǎo)致錠子的壽命迅速下降。為了研究和掌握錠子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，選擇合適的結(jié)構(gòu)參數(shù)和支承條件，控制其運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性，以達(dá)到高速，低噪音，低功率及壽命長(zhǎng)的目的，有必要借助各種新的測(cè)試手段來(lái)研究其振動(dòng)規(guī)律，以改善錠子的振動(dòng)特性。二、錠子及其振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r隨著紡織技術(shù)的發(fā)展，各種新型的紡紗方法不斷出現(xiàn)，但傳統(tǒng)的環(huán)錠紡紗方法在紡織生產(chǎn)中仍然占有很重要的地位。1987年在意大利米蘭舉行的國(guó)際紡織機(jī)械展覽會(huì)（ITMA87）上，世界各國(guó)有八家紡織機(jī)械制造公司展出

9、了環(huán)錠紡紗設(shè)備，展出情況表明，環(huán)錠紗將仍占主要，環(huán)錠紗在高質(zhì)量和細(xì)號(hào)紗線市場(chǎng)仍獨(dú)具特點(diǎn)。在我國(guó)到1988年為止，新型紡紗頭數(shù)約占所有紡紗頭數(shù)的1%直到目前為止，環(huán)錠紗仍處于統(tǒng)治地位。而在環(huán)錠紡紗中又大量使用錠子，所以錠子在紡織工業(yè)中仍占有極其重要的地位。羅拉、錠子以及鋼零是紡織機(jī)械中的重要零部件，也是紡織機(jī)械中的容易磨損的零件，錠子卻又是最易磨損件，而且關(guān)系到紡紗產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，有必要對(duì)錠子進(jìn)行新的研究與開發(fā)，改進(jìn)錠子結(jié)構(gòu)和制造工藝，提高紡紗質(zhì)量與產(chǎn)量。，5、制造、錠子的改進(jìn)方向主要是提高其承載能力和減小振動(dòng)。反映改進(jìn)優(yōu)劣的考核指標(biāo)是：（1）運(yùn)轉(zhuǎn)速度，國(guó)內(nèi)最高達(dá)22000W/分左右。國(guó)外介紹

10、錠速有的高達(dá)30000W/分。（2）空錠振幅，國(guó)內(nèi)規(guī)定0.08mm實(shí)際國(guó)內(nèi)外均力求控制在0.05mm；內(nèi)。（3）嗓音，整機(jī)噪音的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)又85分貝，單錠空錠噪音，當(dāng)錠速為16000$專/分時(shí)，在距離測(cè)頭1米測(cè)定約在70分貝左右。隨著錠速的不斷提高，錠子結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)，由平面軸承的舊式錠子逐步發(fā)展到滾柱軸承剛性支承的普通錠子，而當(dāng)前廣泛采用的是彈性支承高速錠子。以往的錠子機(jī)電測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試采用傳統(tǒng)儀器示波器。傳統(tǒng)儀器的功能都是通過(guò)硬件電路或固化軟件實(shí)現(xiàn)的，而且由儀器生產(chǎn)廠家給定，其功能和規(guī)模一般都是固定的，用戶無(wú)法隨意改變其結(jié)構(gòu)和功能。另外，傳統(tǒng)儀器的價(jià)格昂貴，技術(shù)更新慢，開發(fā)費(fèi)用高。采用VC編程

11、，雖然可以利用其強(qiáng)大的圖形功能創(chuàng)建可視化的虛擬儀器前面板，使用先進(jìn)的DLL和ActiveX實(shí)現(xiàn)軟件的模塊化設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了軟件的維護(hù)性和擴(kuò)展性，也提高了開發(fā)效率，但用其編程，程序既冗長(zhǎng)又復(fù)雜.可讀性和可維護(hù)性較差.這對(duì)于提高設(shè)備監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性和有效性、故障診斷的可靠性和準(zhǔn)確性是非常不利的。隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，出現(xiàn)了虛擬儀化，集成化模塊化，參數(shù)整定與修改實(shí)時(shí)化，硬件平臺(tái)通用化等技術(shù)。虛擬儀器技術(shù)是90年代發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù).主要應(yīng)用于自動(dòng)測(cè)試、過(guò)程控制、儀器設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域，其基本思想就是在測(cè)試系統(tǒng)或儀器設(shè)計(jì)中盡可能地用軟件代替硬件，即“軟件就是儀器”。虛擬儀器是現(xiàn)代儀器技術(shù)

12、和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。虛擬儀器是在以通用計(jì)算機(jī)為核心、配置有I/O接口設(shè)備的硬件平臺(tái)上，由用戶設(shè)計(jì)定義，具有虛擬面板，測(cè)控功能由測(cè)控軟件實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。虛擬儀器的關(guān)鍵技術(shù)是其總線技術(shù)和以圖形化編程方法為核心的軟件技術(shù)。從虛擬儀器的定義來(lái)說(shuō)，它更多地強(qiáng)調(diào)軟件在儀器中的應(yīng)用，但虛擬儀器仍離不開硬件技術(shù)的支持，信息的獲取仍需要通過(guò)硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)。目前，虛擬儀器的類型主要取決于儀器所采用的接口總線類型。從儀器與計(jì)算機(jī)采用的總線連接方式的不同，可分為內(nèi)插卡式和外接機(jī)箱式兩大類。內(nèi)插卡式就是將各種數(shù)據(jù)采集卡插入計(jì)算機(jī)擴(kuò)展槽，再加上必要的連接電纜或探頭，就可形成一個(gè)儀器。外接機(jī)箱式采用背板總線結(jié)構(gòu)，所有

13、儀器都連接在總線上或采用外總線方式，用外部主控計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。這種類型的虛擬儀器以VXI儀器為典型代表。無(wú)論哪種虛擬儀器，都離不開數(shù)據(jù)采集硬件的支持。?虛擬儀器應(yīng)用程序的開發(fā)環(huán)境主要有兩種：一種是基于傳統(tǒng)的文本語(yǔ)言的軟件開發(fā)環(huán)境，常用的有LabWindows/CVI、VisualBASIDC/VC+等：一種是基于圖形化語(yǔ)言的軟件開發(fā)環(huán)境，常用的有LabVIEWSHPVEE其中圖形化軟件開發(fā)系統(tǒng)是用工程人員所熟悉的術(shù)語(yǔ)和圖形化符號(hào)代替常規(guī)的文本語(yǔ)言編程，界面友好，操作簡(jiǎn)便，可大大縮短系統(tǒng)開發(fā)周期，深受專業(yè)人員的青睞。三、研究?jī)?nèi)容本課題是在傳統(tǒng)錠子振動(dòng)測(cè)試的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)的，是設(shè)計(jì)測(cè)量高速回轉(zhuǎn)錠

14、子軸心的軌跡的振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。錠子高速回轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)縱向振動(dòng)和橫向振動(dòng)，縱向振動(dòng)是指錠子和筒管的上下竄動(dòng)，而橫向振動(dòng)表現(xiàn)為錠子的擺頭。所謂的錠子擺頭是只錠端軌跡在水平面內(nèi)的投影程原形、橢圓形或其他不規(guī)則的復(fù)合曲線。本課題研究的正是設(shè)計(jì)這樣一個(gè)振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，即通過(guò)這個(gè)系統(tǒng)測(cè)量出高速回轉(zhuǎn)錠子錠端的振幅，在計(jì)算機(jī)上顯示出來(lái)。錠子振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)是由傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)以及相應(yīng)的軟件組成。錠子機(jī)電測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試的軟件部分采用LABVIEW軟件。以往的錠子機(jī)電測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試都是采用傳統(tǒng)儀器示波器。傳統(tǒng)儀器的功能都是通過(guò)硬件電路或固化軟件實(shí)現(xiàn)的，而且由儀器生產(chǎn)廠家給定，其功能和規(guī)模一般都是固定的，用戶無(wú)法隨意改

15、變其結(jié)構(gòu)和功能。本課題在傳統(tǒng)錠子振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的基礎(chǔ)上采用先進(jìn)的虛擬儀器技術(shù)，打破了以往只能在實(shí)驗(yàn)室里才能完成的實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了脫離實(shí)驗(yàn)室的研究目的。四、研究手段與方法對(duì)于錠子振動(dòng)的測(cè)試，采用的是先進(jìn)的虛擬儀器技術(shù)。研究方法上，采用精密電渦流傳感器測(cè)定錠端振動(dòng)，由傳感器調(diào)理電路經(jīng)過(guò)放大、濾波之后轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡采集該模擬信號(hào)，在虛擬示波器上顯示出測(cè)試的錠端軌跡。五、研究步驟1收集資料，了解錠子及其振動(dòng)的原因。2查閱有關(guān)資料，了解傳統(tǒng)錠子的振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，并找出其所存在的缺陷。3初步擬定本課題的設(shè)計(jì)方案，包括硬件軟件部分的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)。4選擇合適的傳感器及數(shù)據(jù)采集卡。5選擇合適的La

16、bview測(cè)試軟件。6完成整個(gè)設(shè)計(jì)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。7翻譯外文資料。8按照院規(guī)定的模板要求撰寫說(shuō)明書。參考文獻(xiàn)：1陳瑞琪，馬潑林，楊正中，等.紡紗錠子的理論與實(shí)踐M.北京：紡織工業(yè)出版社，1990:186192.2陸再生.棉紡設(shè)備M.中國(guó)紡織出版社，1996.3張易知，肖嘯張喜斌衛(wèi)躍春等.虛擬儀器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)M.西安電子科技出版社，2002年.4曾光奇，胡均安.工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)M.華中科技大學(xué)出版社,2002.5應(yīng)懷樵虛擬儀器與PC卡泰技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展J.計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)量與控制.2000(4).6秦樹人虛擬儀器一一測(cè)試儀器從硬件到軟件J.振動(dòng)、測(cè)試與診斷.2000(3).7黃曉晴，于盛林.基于PXI的

17、虛擬測(cè)試系統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)J.南京航空航天大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，2003,25(4):70-87.8張文苑，秦志英.虛擬式振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的研發(fā)和應(yīng)用J.2003(8):68-70.9武新華，歐陽(yáng)運(yùn)芳.混合編程方法在振動(dòng)信號(hào)分析中的應(yīng)用J.哈爾濱工業(yè)大學(xué)能源學(xué)院，2002,44(3):173-175.10黃曉晴，于盛林.基于PXI的虛擬測(cè)試系統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)J.南京航空航大大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，2003,25(4):70-87.摘要在紡織行業(yè)中，錠子是一個(gè)重要的專件，錠子性能的優(yōu)劣對(duì)生產(chǎn)效率和紗線質(zhì)量具有決定性的影響。在使用過(guò)程中，錠子高速旋轉(zhuǎn)，極小的加工誤差或變形都可能引起強(qiáng)烈的振動(dòng)。過(guò)大的振動(dòng)是導(dǎo)致錠子不能正

18、常工作的主要原因之一。以往的錠子機(jī)電測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試采用傳統(tǒng)儀器示波器。傳統(tǒng)儀器的功能都是通過(guò)硬件電路或固化軟件實(shí)現(xiàn)的，而且由儀器生產(chǎn)廠家給定，其功能和規(guī)模一般都是固定的，用戶無(wú)法隨意改變其結(jié)構(gòu)和功能。本課題采用先進(jìn)的虛擬儀器技術(shù)，在虛擬儀器原理的基礎(chǔ)上，分析測(cè)試高速回轉(zhuǎn)的細(xì)紗錠子的振幅和軸心的軌跡。虛擬儀器主要應(yīng)用于自動(dòng)測(cè)試、過(guò)程控制、儀器設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域，其基本思想就是在測(cè)試系統(tǒng)或儀器設(shè)計(jì)中盡可能地用軟件代替硬件，即“軟件就是儀器”。虛擬儀器以計(jì)算機(jī)為中心，充分利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形界面和數(shù)據(jù)處理能力，提供對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的分析和顯示。本課題利用電渦流傳感器測(cè)量并轉(zhuǎn)換錠子振動(dòng)的位移信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)采

19、集卡采集該信號(hào)，在虛擬儀器平臺(tái)上通過(guò)虛擬示波器顯示出錠子振動(dòng)的軸心軌跡。關(guān)鍵詞：錠子；振動(dòng)；測(cè)試；虛擬儀器；數(shù)據(jù)采集ABSTRACTIntextileindustry,spindleisanespeciallyimportantcomponent,theperformanceofspindlehasdecisiveinfluenceontheefficiencyofproductionandthequalityofyarn.Whileworking,spindlerotatesatahighspeed,littleprocessingerrororoutofshapemightcausestr

20、ongvibrationextremely.Toobigvibrationisthemainreasonthatcausesspindlesunabletoworknormally.Inthepast,thetestingelectro-mechanicssystemofspindleadoptsthetraditionalinstrumentoscillograph.Functionsofthetraditionalinstrumentsareallrealizedthroughthehardwarecircuitorthesolidificationsoftware,andaregiven

21、definitelybytheinstrumentmanufacturer,andthefunctionandscalearegenerallyallregular,usersareunabletochangetheirstructureandfunctionatwill.Thissubjectadoptsadvancedvirtualinstrumenttechnology,andmainlyonthebasisofvirtualinstrumentprincipal,analysesandtestshigh-speedspunyarnspindleamplitudeandorbitofit

22、saxis.Thevirtualinstrumentappliesinmanyfields,suchasautomaticaltest,processcontrol,instrumentdesignanddataanalysis,etc.Itsmainlybasicthoughtistoreplacethehardwarewiththesoftwareasmuchaspossibleindesignofthetestsystemortheinstrument,namely"thesoftwareisaninstrument".Thevirtualinstrumentrega

23、rdscomputerasthecenter,fullyutilizesthestrongfigureinterfaceofcomputeranddataprocessability,andoffersanalysisanddisplayforthemeasureddata.Thissubjectutilizeselectricwhirlpoolspreadsensedevicetochangespindledisplacementsignalofvibration,acquiringthissignalthroughdatacollectingcardanddemonstratingspin

24、dleaxisorbitofvibrationthroughvirtualoscillographatvirtualinstrumentplatform.Keywords:spindle;vibration;testing;virtualinstrument;dataacquisition1 概述1.1 紡紗錠子的發(fā)展概況在紡織工業(yè)中，錠子是紡紗工業(yè)的象征，通常以擁有的細(xì)紗錠子數(shù)量來(lái)衡量紡紗廠的設(shè)備規(guī)模。錠子的作用是卷繞成形，即將紡成的細(xì)紗按一定的成形要求卷繞在筒管上，便于運(yùn)輸儲(chǔ)藏和加工。隨著紡織技術(shù)的發(fā)展，各種新型的紡紗方法不斷出現(xiàn)，但傳統(tǒng)的環(huán)錠紡紗方法在紡織生產(chǎn)中仍然占有很重要的地位。19

25、87年在意大利米蘭舉行的國(guó)際紡織機(jī)械展覽會(huì)（ITMA87）上，世界各國(guó)有八家紡織機(jī)械制造公司展出了環(huán)錠紡紗設(shè)備，展出情況表明，環(huán)錠紗將仍占主要，環(huán)錠紗在高質(zhì)量和細(xì)號(hào)紗線市場(chǎng)仍獨(dú)具特點(diǎn)。在我國(guó)到1988年為止，新型紡紗頭數(shù)約占所有紡紗頭數(shù)的1%。直到目前為止，環(huán)錠紗仍處于統(tǒng)治地位。而在環(huán)錠紡紗中又大量使用錠子，所以錠子在紡織工業(yè)中仍占有極其重要的地位。羅拉、錠子以及鋼零是紡織機(jī)械中的重要零部件，也是紡織機(jī)械中的容易磨損的零件，錠子卻又是最易磨損件，而且關(guān)系到紡紗產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，有必要對(duì)錠子進(jìn)行新的研究與開發(fā)，改進(jìn)錠子結(jié)構(gòu)和制造工藝，提高紡紗質(zhì)量與產(chǎn)量。D1200型高速錠子，就是針對(duì)上述錠子的缺

26、陷而設(shè)計(jì)的新型錠子，即分離式彈性支承錠子，由于它上下支承分離，且上支承壓配于錠腳內(nèi)，就減小了受外力干擾而產(chǎn)生的浮動(dòng)。另外它的下支承具有適當(dāng)?shù)膹椥裕瑰V子在高速回轉(zhuǎn)時(shí)能自調(diào)中心，從而消除了自激振動(dòng)，吸振卷簧借助油的粘性阻尼來(lái)吸收能量，故能非常有效地減小振幅，使錠尖磨損得到改善，適應(yīng)了高速的要求。經(jīng)驗(yàn)證明Dl200型合離式錠子能適應(yīng)高速，減少跳管，降低細(xì)紗斷頭，已為我國(guó)棉紡細(xì)紗提高勞動(dòng)生產(chǎn)率起了一定的作用，但從生產(chǎn)實(shí)踐及對(duì)棉紗的質(zhì)量和產(chǎn)量提出了更高的要求來(lái)看，也反應(yīng)出它還存在著一定的缺陷，如軸承壽命短，耐磨性能不理想、維護(hù)保養(yǎng)工作量大，大紗承裁能力半生差等。錠子的改進(jìn)方向主要是提高其承載能力和減小

27、振動(dòng)。反映改進(jìn)優(yōu)劣的考核指標(biāo)是：（1）運(yùn)轉(zhuǎn)速度，國(guó)內(nèi)最高達(dá)22000轉(zhuǎn)分左右。國(guó)外介紹錠速有的高達(dá)30000轉(zhuǎn)分。（2）空錠振幅，國(guó)內(nèi)規(guī)定0.08mm實(shí)際國(guó)內(nèi)外土§力求控制在0.05mm；內(nèi)。（3）嗓音，整機(jī)噪音的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)又85分貝，單錠空錠噪音，當(dāng)錠速為16000轉(zhuǎn)分時(shí)，在距離測(cè)頭1米測(cè)定約在70分貝左右。隨著錠速的不斷提高，錠子結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)，由平面軸承的舊式錠子逐步發(fā)展到滾柱軸承剛性支承的普通錠子，而當(dāng)前廣泛采用的是彈性支承高速錠子。1.2 錠子的結(jié)構(gòu)錠子是由錠桿、錠盤、錠膽、錠腳和錠鉤組成，如下圖1-1所示。錠桿作為高速回軸要求精度很高，堅(jiān)韌而有彈性，其彎曲偏心必須控制在允許

28、范圍內(nèi)。在錠桿全長(zhǎng)上共有四個(gè)錐度，上錐度用來(lái)插放筒管，所以這部分的直徑和錐度大小，既要有足夠的摩搽力來(lái)帶動(dòng)筒管，又要使拔管方便。錐度太大時(shí)筒管插不牢，太小時(shí)則拔管困難。錠桿的軸承檔（與滾柱軸承配合）為圓柱體。錠桿次下錐度和下錐度用以保證在錠子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，潤(rùn)滑油能適量上升而潤(rùn)滑上軸承。錠桿底部做成60°的錐形，錠尖有一很小的圓球面，使其承受軸向載荷時(shí)減少磨損。錠盤緊套于錠桿中部，是錠子的傳動(dòng)件，由鑄鐵制造呈鐘鼓形。錠膽是錠桿的支承。本實(shí)驗(yàn)采用的是分離式錠膽結(jié)構(gòu)。它的上支承由上軸承連同軸承座壓配在錠腳中，錠底裝配在中心套筒內(nèi)，借彈簧元件組合裝在錠腳內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)形式可以減少上軸承座受外力干擾而

29、產(chǎn)生浮動(dòng)，減少了錠膽與錠腳間隙而造成的振動(dòng)。錠腳是整個(gè)錠子的支座，并兼作貯油裝置。錠鉤是由一個(gè)鐵鉤和鐵板組成的，其作用是防止高速運(yùn)轉(zhuǎn)的錠子上跳，并可防止拔管時(shí)將錠桿拔出錠腳。1-錠桿2-上支承3-錠腳4-彈性圈5-中心套管6-卷簧7-錠底8-隔離圈圖1-1錠子1.3錠子的振動(dòng)錠子高速回轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)縱向振動(dòng)和橫向振動(dòng)，縱向振動(dòng)是指錠子和筒管的上下竄動(dòng)，而橫向振動(dòng)表現(xiàn)為錠子的擺頭。所謂的錠子擺頭是指錠端軌跡在水平面內(nèi)的投影程圓形、橢圓形或其他不規(guī)則的復(fù)合曲線。橫向振動(dòng)實(shí)質(zhì)是三種振動(dòng)現(xiàn)象的復(fù)合，即自然振動(dòng)、強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)。自然振動(dòng)是由于錠子受到錠帶接頭或外界突然的作用力沖擊而產(chǎn)生的振動(dòng)，其出現(xiàn)無(wú)一

30、定規(guī)律，但有一定頻率，并由于外界阻尼作用而逐漸消失。強(qiáng)迫振動(dòng)是由于錠盤偏心、錠桿彎曲、筒管偏心等造成的振動(dòng)，是由于周期性干擾力而引起的一種周期性振動(dòng)，其頻率與錠速相同，一般情況下隨錠速增大而增大。引起自激振動(dòng)的能量是由系統(tǒng)本身產(chǎn)生或控制，當(dāng)運(yùn)動(dòng)停止時(shí)，引起振動(dòng)的能量也就消失。這種振動(dòng)頻率低于強(qiáng)迫振動(dòng)頻率，并接近于第一臨界轉(zhuǎn)速頻率。強(qiáng)迫振動(dòng)頻率就是錠子的自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，自激振動(dòng)就是繞錠子旋轉(zhuǎn)中心軸線的兜圈子運(yùn)動(dòng)稱為進(jìn)動(dòng)。產(chǎn)生進(jìn)動(dòng)的速度大約8000轉(zhuǎn)分左右，在高速時(shí)進(jìn)動(dòng)的方向與錠子旋轉(zhuǎn)的方向相同，在低速時(shí)進(jìn)動(dòng)的方向與錠速旋轉(zhuǎn)的方向相反，自激振動(dòng)是研究錠子振動(dòng)的主要對(duì)象。棉紡細(xì)紗錠子的錠速一般為8000轉(zhuǎn)

31、/分-16000轉(zhuǎn)/分，在適當(dāng)?shù)墓に嚄l件和質(zhì)量?jī)?yōu)良的筒管配合下,錠速可達(dá)到18000轉(zhuǎn)/分。觀察錠子的振動(dòng)軌跡，當(dāng)僅有強(qiáng)迫振動(dòng)時(shí)錠端的軌跡是一個(gè)簡(jiǎn)單的橢圓。如在強(qiáng)迫振動(dòng)之外伴有自激振動(dòng)，錠端的軌跡是兩種不同頻率振動(dòng)組成的復(fù)合曲線。它的高頻部分是強(qiáng)迫振動(dòng)，低頻部分是自激振動(dòng)。當(dāng)錠速恰是自激振動(dòng)頻率的整數(shù)倍時(shí)，錠端的軌跡為穩(wěn)定的帶內(nèi)環(huán)的外擺線。如下圖1-2所示，外才i線環(huán)數(shù)K（K=?n®/n自激-1）不同時(shí)的帶內(nèi)環(huán)的外擺線。當(dāng)K不是整數(shù)倍時(shí)，錠端的軌跡并不封閉。在自激振動(dòng)的情況下，錠子振動(dòng)的振幅較僅有強(qiáng)迫振動(dòng)時(shí)為大。K=4K=3K=2圖1-2帶內(nèi)環(huán)的外擺線下圖1-3是兩種型號(hào)錠子振動(dòng)的軌

32、跡。不同型號(hào)在不同的轉(zhuǎn)速下有不同的軌跡。型號(hào)D3203型號(hào)HA25錠速2960轉(zhuǎn)/分錠速8090轉(zhuǎn)/分負(fù)載加偏心0.15mm負(fù)載加偏心0.15mm圖1-3錠子的振動(dòng)軌跡現(xiàn)有的高速錠子一般都采用彈性錠膽及油膜阻尼吸振，速度愈高，阻尼作用愈強(qiáng)，運(yùn)動(dòng)也愈穩(wěn)定，此時(shí)的軌跡就會(huì)呈現(xiàn)穩(wěn)定的圓形或橢圓。反之，如運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定，出現(xiàn)自激振動(dòng)或分諧共振，則振動(dòng)軌跡就呈現(xiàn)不穩(wěn)定的內(nèi)或外擺線圖形。減小錠盤紗管的偏心，錠子安裝的歪斜度,控制紡紗橫向卷繞張力都可減小錠子的強(qiáng)迫振動(dòng)及自激振動(dòng).研究錠子就是研究錠子的振動(dòng)。振程值是影響紡紗質(zhì)量的重要指標(biāo)，是制造廠的出廠標(biāo)準(zhǔn)，也是使用廠的失效標(biāo)準(zhǔn)。錠子的外部持性固然很重要，但這是

33、在一種特定的條件下振程值才能改善，如果不掌握內(nèi)在特性，錠子在使用上將受到限制，如在臨界轉(zhuǎn)速附近工作，錠桿太細(xì)等，即使外部特性掌握得很好，也將使振程值增加。由于錠子本身和卷裝都存在高速回轉(zhuǎn)時(shí)引起劇烈的振動(dòng)、沖擊和噪聲，并使其功率及磨損大大增加，最后導(dǎo)致錠子的壽命迅速下降。為了研究和掌握錠子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，選擇合適的結(jié)構(gòu)參數(shù)和支承條件，控制其運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性，以達(dá)到高速，低噪音，低功率及壽命長(zhǎng)的目的，有必要借助各種新的測(cè)試手段來(lái)研究其振動(dòng)規(guī)律，以改善錠子的振動(dòng)特性。本課題設(shè)計(jì)的目的主要是研究設(shè)計(jì)測(cè)試錠子的振動(dòng)系統(tǒng)的方案。2振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)是由傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)以及相應(yīng)的軟件組成。錠子機(jī)電測(cè)試

34、系統(tǒng)測(cè)試的軟件部分采用LABVIEW軟件。整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)由兩大部分構(gòu)成：傳感器及其調(diào)理電路和虛擬儀器平臺(tái)。2.1 錠子測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)具備的功能隨著計(jì)算機(jī)與數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的高速發(fā)展，基于計(jì)算機(jī)的測(cè)試技術(shù)在各個(gè)行業(yè)都得到了廣泛的應(yīng)用。為了方便、有效地對(duì)錠子的振動(dòng)特性進(jìn)行測(cè)試、分析，并給出一個(gè)符合實(shí)際的評(píng)價(jià)，錠子測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能：1. 數(shù)據(jù)采集與存貯。振動(dòng)數(shù)據(jù)的采集是錠子振動(dòng)特性分析與故障診斷的第一步。根據(jù)不同的測(cè)試目的與要求選用不同的傳感器，采用不同的采樣頻率，這就要求系統(tǒng)具有可調(diào)節(jié)采樣頻率的功能。另外，不同的分析方法對(duì)采樣方式有不同的要求，因而，系統(tǒng)應(yīng)該具有可選擇的連續(xù)采集和單次采集功能。為了

35、隨后處理方便，應(yīng)采用不同的格式對(duì)數(shù)據(jù)加以存貯。2. 信號(hào)處理。根據(jù)錠子振動(dòng)信號(hào)的特點(diǎn)，采用不同的信號(hào)處理方法，提取可以反映錠子狀態(tài)的數(shù)字化特征。3. 信號(hào)顯示。對(duì)信號(hào)在時(shí)域或頻域采用不同的分辨率和放大倍數(shù)進(jìn)行顯示。2.2 傳感器傳感器完成信號(hào)的獲得，它將被測(cè)參量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的可用輸出信號(hào)。被測(cè)參量可以是各種非電氣參量，如壓力、溫度、加速度等，也可以是電氣量，如電力輸電線路電網(wǎng)電壓及電流等。高壓電網(wǎng)通過(guò)高壓互傳感器將電網(wǎng)高壓變?yōu)?00V,通過(guò)電流互傳感器將電網(wǎng)大電流變?yōu)?A電流后再用采用電壓、電流傳感器或變送器將100V、5V分別轉(zhuǎn)換成5V低電壓送到虛擬儀器。2.2.1 傳感器的主要技術(shù)指標(biāo)1、精

36、確度精確度是指精密度和準(zhǔn)確度二者意義的總和。在工程測(cè)試中，為表示儀器測(cè)量結(jié)果的可靠程度，引入表示儀器精確度程度等級(jí)的概念精確度等級(jí)，用A表示。A以系列百分比數(shù)值表示。A通常是儀器在規(guī)定工作條件下其最大允許誤差y相對(duì)于儀器示值全程（FS）的百分?jǐn)?shù)，表示為：A%=Ay*100%/yFs（2-1）式中：Ay可以是儀器的非線性、重復(fù)性、回滯等各單向的最大誤差值。2、輸入/輸出特性1）靈敏度（S）靈敏度表示傳感器在穩(wěn)定工作時(shí)輸出增量對(duì)輸入增量的比值，即S=Y/X（2-2）S用輸出、輸入量的實(shí)際單位表示（如mV/mm）。分辨率也是表示輸入/輸出關(guān)系特性的指標(biāo)之一。2）線性度線性傳感器測(cè)出的輸入/輸出曲線與

37、某一規(guī)定直線的不吻合程度，稱為非線性誤差或線性度。在輸出特性曲線與規(guī)定直線間，垂直方向上的最大偏差相對(duì)于最大輸出的百分?jǐn)?shù)，即為非先行誤差E,表示為E=Lmax/YFS（2-3）3）回滯回滯是指輸入量在進(jìn)程和回程時(shí)輸入與輸出的關(guān)系特性不一致的程度。4）量程量程是指?jìng)鞲衅鳒y(cè)量信號(hào)的上、下限值范圍。3、穩(wěn)定性穩(wěn)定性是指在工作條件不變的情況下，傳感器工作性能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)保持不變的能力。4、動(dòng)態(tài)特性1）頻響頻響是指?jìng)鞲衅髟诒３指黜?xiàng)性能指標(biāo)的情況下，工作的最高頻率。2）穩(wěn)定時(shí)間穩(wěn)定時(shí)間是指從輸入信號(hào)階躍變化起，到輸出信號(hào)進(jìn)入并不再超過(guò)對(duì)最終穩(wěn)態(tài)值Ys規(guī)定的允許誤差區(qū)時(shí)的時(shí)間間隔。5、可靠性可靠性表示對(duì)于規(guī)

38、定條件，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成所要求功能的能力。2.2.2 傳感器及其調(diào)理電路只有那些數(shù)值大小合適的電壓信號(hào)可以直接進(jìn)入虛擬儀器平臺(tái)外，大多數(shù)被測(cè)信號(hào)要經(jīng)由傳感器及其調(diào)理電路才能進(jìn)入虛擬儀器系統(tǒng)，也可以說(shuō)虛擬儀器的輸入信號(hào)大多數(shù)來(lái)自傳感器及其調(diào)理電路。來(lái)自傳感器的輸出信號(hào)通常是含有微弱信號(hào)或者是非電壓信號(hào)，如電流、電荷、電參量（電阻、電容、電感等）信號(hào)，故調(diào)理電路的基本作用有三個(gè)：1） 放大。將微弱電壓信號(hào)放大。2） 轉(zhuǎn)換。將非電壓輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。3）濾波。濾除高頻干擾，限制信號(hào)的最高頻率fmax,避免產(chǎn)生混淆。2.3 虛擬儀器平臺(tái)虛擬儀器平臺(tái)包括硬件和軟件平臺(tái)。下面分別介紹一下硬件和軟件平

39、臺(tái)。虛擬儀器的硬件平臺(tái)由PC計(jì)算機(jī)與數(shù)據(jù)采集卡（DAQ）組成。軟件平臺(tái)是指所選的測(cè)試軟件。本課題選的是Labview軟件。2.3.1 虛擬儀器以往的錠子機(jī)電測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試采用傳統(tǒng)儀器示波器。傳統(tǒng)儀器的功能都是通過(guò)硬件電路或固化軟件實(shí)現(xiàn)的，而且由儀器生產(chǎn)廠家給定，其功能和規(guī)模一般都是固定的，用戶無(wú)法隨意改變其結(jié)構(gòu)和功能。另外，傳統(tǒng)儀器的價(jià)格昂貴，技術(shù)更新慢，開發(fā)費(fèi)用高。采用vc®程，雖然可以利用其強(qiáng)大的圖形功能創(chuàng)建可視化的虛擬儀器前面板，使用先進(jìn)的DLL和ActiveX實(shí)現(xiàn)軟件的模塊化設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了軟件的維護(hù)性和擴(kuò)展性，也提高了開發(fā)效率，但用其編程，程序既冗長(zhǎng)又復(fù)雜可讀性和可維護(hù)性較差這對(duì)

40、于提高設(shè)備監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性和有效性、故障診斷的可靠性和準(zhǔn)確性是非常不利的。隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，出現(xiàn)了虛擬儀化，集成化模塊化，參數(shù)整定與修改實(shí)時(shí)化，硬件平臺(tái)通用化等技術(shù)。虛擬儀器技術(shù)是90年代發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)主要應(yīng)用于自動(dòng)測(cè)試、過(guò)程控制、儀器設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域，其基本思想就是在測(cè)試系統(tǒng)或儀器設(shè)計(jì)中盡可能地用軟件代替硬件，即“軟件就是儀器”。虛擬儀器是現(xiàn)代儀器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。虛擬儀器是在以通用計(jì)算機(jī)為核心、配置有I/O接口設(shè)備的硬件平臺(tái)上，由用戶設(shè)計(jì)定義，具有虛擬面板，測(cè)控功能由測(cè)控軟件實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。虛擬儀器的關(guān)鍵技術(shù)是其總線技術(shù)和以圖形化編程方法為核心的

41、軟件技術(shù)。從虛擬儀器的定義來(lái)說(shuō)，它更多地強(qiáng)調(diào)軟件在儀器中的應(yīng)用，但虛擬儀器仍離不開硬件技術(shù)的支持，信息的獲取仍需要通過(guò)硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)。目前，虛擬儀器的類型主要取決于儀器所采用的接口總線類型。從儀器與計(jì)算機(jī)采用的總線連接方式的不同，可分為內(nèi)插卡式和外接機(jī)箱式兩大類。內(nèi)插卡式就是將各種數(shù)據(jù)采集卡插入計(jì)算機(jī)擴(kuò)展槽，再加上必要的連接電纜或探頭，就可形成一個(gè)儀器。外接機(jī)箱式采用背板總線結(jié)構(gòu)，所有儀器都連接在總線上或采用外總線方式，用外部主控計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。這種類型的虛擬儀器以VXI儀器為典型代表。無(wú)論哪種虛擬儀器，都離不開數(shù)據(jù)采集硬件的支持。?虛擬儀器應(yīng)用程序的開發(fā)環(huán)境主要有兩種:一種是基于傳統(tǒng)的文本語(yǔ)言

42、的軟件開發(fā)環(huán)境，常用的有LabWindows/CVI、VisualBASIDC/VC+等：一種是基于圖形化語(yǔ)言的軟件開發(fā)環(huán)境，常用的有LabVIEWF口HPVEE其中圖形化軟件開發(fā)系統(tǒng)是用工程人員所熟悉的術(shù)語(yǔ)和圖形化符號(hào)代替常規(guī)的文本語(yǔ)言編程，界面友好，操作簡(jiǎn)便，可大大縮短系統(tǒng)開發(fā)周期，深受專業(yè)人員的青睞。因此本實(shí)驗(yàn)錠子機(jī)電測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試部分的虛擬示波器采用LABVIEW次件。2.3.2 數(shù)據(jù)采集卡被測(cè)信號(hào)的實(shí)時(shí)采集，要使用數(shù)據(jù)采集卡。下面框圖說(shuō)明了被測(cè)信號(hào)的實(shí)時(shí)采集原理。如上圖所示，計(jì)算機(jī)對(duì)采集卡發(fā)出指令，啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集卡，采集卡將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，計(jì)算機(jī)對(duì)采集的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理和顯

43、示。數(shù)據(jù)采集卡（DAQ卡）由以下幾個(gè)部分組成：1）多路開關(guān)。將各路信號(hào)輪流切換到放大器的輸入端，實(shí)現(xiàn)多參數(shù)多路信號(hào)的分時(shí)采集。2）放大器。將前一級(jí)多路開關(guān)切換進(jìn)入待采集信號(hào)放大（或衰減）至采樣環(huán)節(jié)的量程范圍內(nèi)。通常實(shí)際系統(tǒng)中放大器做成增益可調(diào)的放大器，設(shè)計(jì)者根據(jù)輸入信號(hào)不同的幅值選擇不同的增益倍數(shù)。3）采樣/保持器。取出待測(cè)信號(hào)在某一瞬間的值（即實(shí)現(xiàn)信號(hào)的時(shí)間離散化），并在A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程中保持信號(hào)不變。如果被測(cè)信號(hào)變化很緩慢，也可以不用采樣/保寸寸4）A/D轉(zhuǎn)換器。將輸入的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出，并完成信號(hào)幅值的量化。2.3.3數(shù)據(jù)采集卡的基本性能指標(biāo)1模擬信號(hào)輸入部分1）模擬輸入通道數(shù)。該參

44、數(shù)表明數(shù)據(jù)采集卡所能夠采集的最多的信號(hào)路數(shù)。2）信號(hào)的輸入方式。一般待采集信號(hào)的輸入方式有： 單端輸入：即信號(hào)的其中一個(gè)端子接地。 差動(dòng)輸入：即信號(hào)兩端均浮地。 單極性：信號(hào)幅值范圍為0,A,A為信號(hào)最大幅值。 雙極性：信號(hào)幅值為-A,A。3）模擬信號(hào)的輸入范圍（量程）一般根據(jù)信號(hào)輸入特性的不同（單極性輸入還是雙極性輸入）有不同的輸入范圍。4）放大器增益。5）模擬輸入阻抗。2 A/D轉(zhuǎn)換部分1）采樣速率。指在單位時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)采集卡對(duì)模擬信號(hào)的采集次數(shù)，是數(shù)據(jù)采集卡的重要技術(shù)指標(biāo)。由采樣定理，為了使采樣后輸出的離散時(shí)間序列信號(hào)能無(wú)失真地復(fù)原輸入信號(hào)，必須使采樣頻率fs至少為輸入信號(hào)最高有效頻率fm

45、ax的兩倍，否則會(huì)出現(xiàn)頻率混淆誤差。實(shí)際系統(tǒng)中，為了保證數(shù)據(jù)采樣精度，一般有下列關(guān)系：fs=(7-10)fmaxN(2-4)式中：N為多通道數(shù)據(jù)系統(tǒng)的通道數(shù)；fs為采樣頻率；fmax為信號(hào)最高有效頻率。2）位數(shù)bo是指A/D轉(zhuǎn)換器輸出二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)。當(dāng)輸入電壓由U=0增至滿量程值U=UH時(shí)，一個(gè)八位（b=8）A/D的數(shù)字輸出由八個(gè)“0”變?yōu)榘藗€(gè)“1”，共計(jì)變化2Ab個(gè)狀態(tài)，故A/D轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生一個(gè)最低有效數(shù)字量的輸出改變量，相應(yīng)的輸入量Umin=1LSB=q可由下式計(jì)算：1LBS=q=UH/2Ab（2-5）式中q為量化值；UH>A,為滿量程輸入電壓，通常等于A/D轉(zhuǎn)換器的電源電壓。3）分辨

46、率與分辨力。指數(shù)據(jù)采集卡可分辨的輸入信號(hào)最小變化量。分辨率一般以A/D轉(zhuǎn)換器輸出的二進(jìn)制數(shù)或BCD碼位數(shù)表示。分辨力為1LBS（最低有效位數(shù)）。精度。一般用量化誤差表示，量化誤差e為L(zhǎng)BS/2。3 D/A模數(shù)轉(zhuǎn)換器部分1）分辨率。指當(dāng)輸入數(shù)字發(fā)生單位碼變化即1LBS時(shí)，所對(duì)應(yīng)輸出模擬量的變化量。通常用D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換位數(shù)b表示。2）標(biāo)稱滿量程。指相當(dāng)于數(shù)字量標(biāo)稱值2b的模擬輸出量。3）響應(yīng)時(shí)間。指數(shù)字量變化后，輸出模擬量穩(wěn)定到相應(yīng)數(shù)值范圍內(nèi)（LBS/2）所經(jīng)歷的時(shí)間。3細(xì)紗錠子振動(dòng)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)虛擬儀器平臺(tái)離不開硬件和軟件的支持。錠子振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)是設(shè)計(jì)硬件部分和軟件部分的。3.1 錠子振動(dòng)測(cè)

47、試實(shí)驗(yàn)臺(tái)錠子振動(dòng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)是由升降臺(tái)、錠子、錠子安放臺(tái)、帶輪以及蝸桿蝸輪等組成。其總體設(shè)計(jì)外觀圖詳見附錄的圖紙。圖3-1軸心軌跡測(cè)量總框圖3.1.1 總體方案?jìng)鞲衅餮b在升降臺(tái)上。升降臺(tái)由蝸輪蝸桿，齒輪圓柱導(dǎo)桿來(lái)實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的上下移動(dòng)。從而來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量錠子不同部位的軸心運(yùn)動(dòng)軌跡，以達(dá)到測(cè)量振動(dòng)的目的。錠子裝在錠子安放臺(tái)上。帶輪帶動(dòng)錠子做10000r/min轉(zhuǎn)動(dòng)。3.1.2 升降臺(tái)升降臺(tái)由蝸輪蝸桿，齒輪圓柱導(dǎo)桿來(lái)實(shí)現(xiàn)其上下移動(dòng)，從而來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量錠子不同部位的軸心運(yùn)動(dòng)軌跡，達(dá)到測(cè)量錠子振動(dòng)軌跡的目的。3.1.3 錠子安放臺(tái)將錠子安放于錠子安放臺(tái)上，以實(shí)現(xiàn)其無(wú)干擾的振動(dòng)，便于其軸心軌跡的測(cè)量和分析。3.2

48、硬件設(shè)計(jì)硬件電路主要由傳感器、接收電路、CPUS其放大電路和數(shù)據(jù)采集卡電路組成。傳感器、接收電路用于檢測(cè)錠子振動(dòng)值，CPUS其放大電路和數(shù)據(jù)采集卡電路采集各傳感器的輸出信號(hào)并顯示出來(lái)。硬件方面的設(shè)計(jì)是傳感器和數(shù)據(jù)采集卡的選擇。3.2.1 傳感器的選擇傳統(tǒng)測(cè)量位移的傳感器有以下幾種：電阻式傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、電渦流傳感器、光電傳感器以及光纖傳感器等。電阻式傳感器的動(dòng)態(tài)特性受運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量的限制，只能測(cè)量頻率較低的位移信號(hào)，而且測(cè)量的位移較小。電感式傳感器輸出功率較大，測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍受鐵芯運(yùn)動(dòng)部分質(zhì)量-彈簧特性和電源激勵(lì)頻率的限制，常用于靜態(tài)和低頻率信號(hào)的測(cè)量。電容式傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，

49、可靠，靈敏度高，動(dòng)態(tài)特性好，能實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量。但由于連接導(dǎo)線的寄生電容影響，其測(cè)量的精度不高。光電傳感器測(cè)量的范圍、測(cè)量的精度、靈敏度都能滿足各種要求，但是受到光的影響，穩(wěn)定性不夠高。錠子的振動(dòng)屬于微幅振動(dòng)，要求較高的測(cè)量精度和靈敏度。如果用接觸式測(cè)振儀，則由于傳感器與振動(dòng)體直接接觸，就會(huì)影響到錠桿的正常運(yùn)動(dòng)，從而使測(cè)定結(jié)果失真。非接觸性傳感器中，如電感式，電容式，由于電氣元件的精度及外界干擾的影響，使調(diào)整及操作不便，測(cè)量結(jié)果也不穩(wěn)定，效果不好。本實(shí)驗(yàn)所選的是電渦流式位移振動(dòng)傳感器。由于渦流檢測(cè)不需要改變?cè)嚰男螤睿膊粫?huì)影響試件的使用性能，因此，是一種無(wú)損地評(píng)定試件有關(guān)性能和發(fā)現(xiàn)試件有無(wú)缺損

50、等的檢測(cè)方法。電渦流傳感器就是能靜態(tài)和動(dòng)態(tài)地非接觸，高線性度，高分辨力地測(cè)量被測(cè)金屬導(dǎo)體距探頭表面的距離。它能夠準(zhǔn)確地測(cè)量被測(cè)物體與探頭之間的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)距離變化。下面將詳細(xì)介紹電渦流傳感器的一些參數(shù)及使用。1、基本組成電渦流傳感器主要是由探頭、延伸電纜和前置器三部分組成。前置器中高頻振蕩電流通過(guò)延伸電纜流入探頭線圈，在探頭頭部的線圈中產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)。下面是前置器的主要性能指標(biāo)。如下表3-1所示：表3-1前置器的主要性能指標(biāo)輸出特性輸出電壓供電電壓?jiǎn)蜗虮壤妷贺?fù)（正）±2V士18V±15V單向比例限幅負(fù)（正）±1V±5V±15V雙向比例電壓8V+

51、8V±15V2、用途與特點(diǎn)電渦流傳感器是以高頻電渦流效應(yīng)為原理的非接觸式位移、振動(dòng)傳感器?？蓪?duì)進(jìn)入尤其測(cè)量范圍內(nèi)的金屬物體的運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行精密地非接觸測(cè)量。用于機(jī)械中的振動(dòng)和位移、轉(zhuǎn)子與機(jī)殼的熱膨脹量的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)；生產(chǎn)線的在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)控制；科學(xué)研究中的多種微小距離和微小運(yùn)動(dòng)的測(cè)量等。3、工作原理電渦流傳感器利用金屬的電渦流效應(yīng)，電渦流產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)，根據(jù)楞次定律，其方向與線圈原磁場(chǎng)方向相反，因此這兩個(gè)磁場(chǎng)相互疊加，改變了原線圈的阻抗。線圈阻抗的變化即與電渦流效應(yīng)有關(guān)又與靜磁學(xué)效應(yīng)有關(guān)、即與金屬導(dǎo)體的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、幾何形狀、線圈的幾何參數(shù)、激勵(lì)電流頻率以及線圈到金屬導(dǎo)體的距離等參

52、數(shù)有關(guān)。電渦流傳感器正是利用這個(gè)定律將傳感器與被測(cè)金屬導(dǎo)體之間距離的變化轉(zhuǎn)換成線圈品質(zhì)因數(shù)、等效阻抗和等效電感三個(gè)參數(shù)的變化。在通過(guò)測(cè)量、檢波、校正等電路變?yōu)榫€性電壓（電流）的變化。由于渦流是電磁感應(yīng)產(chǎn)生的，在檢測(cè)時(shí)，不必要求在線圈和試件之間充填滿合劑，從而容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢驗(yàn)。4、主要參數(shù)電渦流傳感器主要是由探頭、延伸電纜和前置器三部分組成，如上圖2所示。它的一些主要性能參數(shù)如下表3-2所示：表3-2ST-1-03型號(hào)的電渦流傳感器的主要性能參數(shù)探頭直徑線性量程線性區(qū)電壓中點(diǎn)電壓靈敏度分辨率穩(wěn)定度線性度43mm1mm-2V-12V-7V10mV/am0.1心0.05%1.5%5、安裝方法被測(cè)物

53、體的表面要光滑、平坦。非鋼材被測(cè)體和小于三倍傳感器直徑的被測(cè)表面影響傳感器輸出特性。傳感器出廠時(shí)使用45#鋼標(biāo)定，被測(cè)對(duì)象不符合規(guī)定時(shí)應(yīng)重新標(biāo)定（型號(hào)不同的鋼材靈敏度誤差小于10%）。應(yīng)當(dāng)保持傳感器探頭周圍有足夠的空間，在3倍探頭直徑范圍內(nèi)，不應(yīng)由金屬體，傳感器安裝應(yīng)遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)動(dòng)體臺(tái)階面，這樣可避免周圍金屬結(jié)構(gòu)的干擾，準(zhǔn)確測(cè)量振動(dòng)值。傳感器可在有酸堿腐蝕的環(huán)境中使用。安裝兩個(gè)鄰近傳感器時(shí)應(yīng)保證傳感頭之間有足夠的距離以防止交叉失真（如圖a）,一般應(yīng)保留40mm的間隙。在徑向軸承附近安裝傳感器時(shí)（如圖b）,傳感器中心線與軸承座表面的距離應(yīng)大于三倍傳感頭直徑，同時(shí)避免把傳感器安裝在不顯示任何振動(dòng)的結(jié)點(diǎn)上

54、（如圖c）。(a)（b）（c）3-3 渦流傳感器的安裝3.2.2 數(shù)據(jù)采集卡的選擇本課題選用的是DYPCI200縱據(jù)采集卡。PCI2003卡是一種基于PCI總線的數(shù)據(jù)采集卡，主要應(yīng)用于電子產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)，信號(hào)采集，過(guò)程控制，伺服控制等場(chǎng)合。它可直接插在IBM-PC/AT或與之兼容的計(jì)算機(jī)內(nèi)的任一PCI插槽中，構(gòu)成實(shí)驗(yàn)室、產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)中心等各種領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集、波形分析和處理系統(tǒng)。也可構(gòu)成工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)。PCI2003板上裝有12Bit分辨率的A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器。為用戶提供了8雙/16單的模擬輸入通道和2路模擬輸出通道。輸入信號(hào)幅度可以經(jīng)程控增益儀表放大器調(diào)到合適的范圍，保證最佳轉(zhuǎn)換精

55、度。程控增益可選擇1、2、4、8（PGA203或1、10、100、1000（PGA202倍，A/D轉(zhuǎn)換器輸入信號(hào)范圍：±5V、±10M010V,D/A轉(zhuǎn)換器輸入信號(hào)范圍：±5V、±10M010M它的主要性能指標(biāo)如下：1. PCI局部總線性能PCI總線寬度32位，同步工作頻率可達(dá)到33MHz最高傳輸速率為132MB/S使用方便，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)配置，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的即插即用?？煽啃愿?標(biāo)準(zhǔn)中考慮了負(fù)載容限，即使擴(kuò)展卡超過(guò)了負(fù)載的最大值，系統(tǒng)也能正常工作。PCI提供的數(shù)據(jù)和地址奇偶校驗(yàn)功能，保證了數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性。2. 模擬信號(hào)輸入部分 模擬通道輸入數(shù):16路單端或8路雙端輸入。 模擬輸入阻抗：100MQ 模擬輸入共模電壓范圍：>±2V程控放大器增益范圍：1、2、4、8（PGA203或1、10、100、1000倍（PGA20）2 放大器建立時(shí)間：2us 放大器增益誤差性：0.05%3. A/D轉(zhuǎn)換電路部分 A/D分辨率：12Bit（4096） 非線性誤差：±1LSB（最大）