基于LabVIEW的扭振测量仪开发

1 引 言

    扭振测量技术的发展[1]经历了从机械式到电子式，从接触式测量到非接触式测量的过程。目前应用较广的是以非接触式扭振仪[2-3]为代表的扭振测量仪器，如国产 FN-1 型扭振仪、英国 AETV-4 型扭振仪等，这类仪器受软硬件条件限制，分析功能有限，且价格昂贵。到 20 世纪 90 年代，人们开始研制数字式扭振测量仪，如比利时 LMS 公司的 QTV 扭振测量模块，这类仪器充分利用计算机的软硬件资源，把过去靠人工完成的角振动测量分析工作由计算机自动完成，但此类仪器硬件多，对数据采集卡的要求高，价格昂贵[4-5]。随着虚拟仪器技术的逐渐成熟，以其独特的优势被越来越多的应用到试验测量中。与传统测量仪器相比，减少了测量所需要的硬件，数据传输简单、现场调试方便，用户可根据个人需要开发相应的功能模块，大大降低成本。

    LabVIEW 是美国 NI 公司推出的虚拟仪器开发平台，具有直观简便的编程方式、众多源码级的设备驱动程序、多种多样的分析和表达等功能。用户可将原有的带有 RS232 接口的仪器、VXI 总线仪器以及 GPIB 仪器通过计算机联接在一起，组成各种各样新的仪器系统，由计算机统一管理和操作。基于 LabVIEW 的特点，选择其作为扭振测量仪的开发平台[6]。

2 扭振测量原理

    轴系瞬时转速的波动就是扭转振动的一种表现形式。轴系扭振相当于在轴系平均速度上叠加了转速波动，传感器输出的脉冲序列就是一个载波频率被扭振信号调制的调频信号。根据转速的波动量即可求出经过每一个齿轮分度的扭转角度，通过积分即可计算轴系角振动。设轴系旋转一周的时间为tc则平均转度为：

    测量原始信号如图 1 所示，准确的扭振计算结果依赖于确定原始信号准确过零点时刻。对图 1 进行局部放大后的原始信号如图 2 所示，需要对原始数据进行相应处理，使信号过零时刻与实际过零时刻的误差最小。

    根据原始数据确定信号“－”，“+”变化的位置，在此位置前后各取 m 点，用 2 m 个点构造插值函数，并在 t_i与 ti₊₁之间进行等间隔插值处理，如图 3所示，图中 t_i与 ti₊₁为“－”，“+”变化的时刻值，y_i与yi₊₁为这两个时刻所对应的纵坐标值，如果在 t_i与 t_i+1之间插入 n 个点，那么插值间隔为 Δt/n。对图 2 中的数据进行 32 点插值后局部原始波形如图 3 所示。

度的过零时刻。为了能够得到更准确的计算结果，对插值后的数据再进行过零时刻的寻找，即“-”，“+”变化的两个点，此时可认为这两个点间呈线性关系，采用两点插值法获得过零时刻，如图 4 所示。根据（t′_m，y′_m），（t′_m+1，y′_m+1）两点值，计算通过 T_i的值，从而求出经过每一个齿轮分度所经历的时间差 ΔT：