虚拟动平衡测试系统的软件实现引言软件是虚拟仪器系统设计的关键，没有软件，虚拟仪器也就无从谈起了。
经过广泛的市场调研、对比，本系统采用LabVIEW8.2作为系统软件开发平台，设计了一套测试旋转机械动平衡的虚拟动平衡系统。
LabVIEW的软件功能具有层次化的特点，分为驱动层和应用层。
驱动层软件控制硬件设备的驱动程序，是连接计算机设备与硬件仪器设备的关键。
本系统的驱动层软件的驱动接口，是利用数据采集卡提供的库函数自行创建的。
应用层软件是根据仪器所要实现的功能，确定流程图以及算法。
本系统设计的虚拟仪器要求实现动平衡测试功能以及频谱分析等功能。
本文设计的虚拟动平衡测试系统分为以下几个模块：数据采集、数据分析、文件管理以及其他功能模块。
数据采集模块设计硬件平台是虚拟仪器的物理基础，编制程序之前，要配置好系统硬件。
配置数据采集硬件的主要工作是根据测试要求选择适当的设备，对设备正确安装，并且对采样频率、采样通道和采样点数等参数进行设置，然后才能进行数据采集。
这样就提高了测量系统的合理性和准确性。
最后，将电流、电压、温度、压力等模拟量转换为数字量，并传递到上位机。
数据采集子VI的主要功能是实现振动信号从模拟量到数字量的高精度转换，从而为后续的信号分析处理提供准确的原始量。
图为数据采集子VI程序框图。
图数据采集程序框图数据处理模块设计时域分析信号分析处理最常用的方法有频域分析法和时域分析法，这里对时域分析模块的编制过程做简单介绍。
虚拟动平衡测试系统的时域分析主要有自相关计算、任意两个相同采样频率信号的胡相关计算以及振动信号统计信息的计算。
自相关通过自功率谱的傅里叶逆变换求得。
首先根据振动信号数组和采样频率求出自功率谱，然后进行傅里叶逆变换得到正比于振动信号自相关函数的时域序列，再对该序列进行比例运算，这样就得到了振动信号的自相关函数。
自相关函数获取的流程图如图所示。
自相关函数的程序框图如图所示。
互相关函数的计算程序框图如图所示。
图自相关函数流程图图自相关函数程序框图图互相关函数程序框图频域分析判断振动信号是否是由于转子不平衡质量引起的振动的主要依据是对信号进行时域分析，观察采集到的基准信号的频率成分。
如果基准信号通过FFT变换由时域转换为频域后，它的基频幅值较之其余各次谐波频率较大，则为不平衡量引起的振动。
本模块的设计应用了相关原理来提取基准信号，求取振动信号的幅值和相位[110]。
实际信号往往比较复杂，如果只用时域来描述信号的各频率成分的幅值大小和频率结构是很困难的，所以在动态测试技术中广泛运用信号的频域描述，以显示信号内各频率成分的幅值、相位和频率的对应关系，这对研究诸如被测对象的振动特性、振型等问题十分重要[111]。
图求幅值和相位程序框图频谱分析中，精度是至关重要的。
但是，由于计算机只能对有限多个样本进行运算，就不可避免地存在由于时域截断产生的能量泄漏，使谱峰变小，精度降低。
为了解决频谱分析的精度问题，本文对虚拟动平衡测试系统进行了频谱校正[112]。
频谱校正采用的是相位差校正法，其流程图如图所示。
首先取原始振动信号2048点。
然后将该振动信号从中间平分为两个1024点的振动数组，并分别作快速傅立叶变换。
再利用其对应离散谱线的相位差，求取归一化频率校正量。
得到校正量以后，就可以直接进行频率和相位的校正[113]。
图相位差校正法流程图相位差校正法中，归一化频率校正量的正确求取，是进行频率、相位、幅值校正的基础。
傅里叶变换软件设计LabVIEW的信号处理子模块中的变换选项框中，有个处理信号的函数FFT，该子VI既可以用于实数FFT又可以用于复数FFT，FFT的结果有正频率也有负频率，为双边FFT。
但是为了便于理解和观察，我们只显示其中一半的信息，即单边FFT。
图为单边FFT的程序框图。
图单边傅里叶变换通过FFT变换可以计算并通过图形显示出不同频率下的幅值，观察不平衡量产生的频率是否和转速频率相同。
通过比较不同频率对应的幅值大小，可以判断出有没有必要做动平衡。
如果不平衡量产生的幅值，相对于其他频率很小，则引起振动的主要原因可能不是由不平衡量引起的。
单面动平衡测试系统单面动平衡是针对转子静不平衡的一种平衡方法。
如图所示，为单面动平衡试验简图。
加重位置测振器基准图单校正面试验简图单面动平衡是在转子的一个靠近中心的半径平面上进行平衡校正，精确地消除转子的静不平衡。
特别是在现场情况下，对已装配成整机的转子进行现场动平衡效果极佳。
在现场动平衡中，能用一个校正平面进行动平衡解决现场振动问题，达到平衡精度要求的，不要用两个校正平衡进行动平衡。
如果完全依赖动平衡测试仪一上来就进行双面动平衡，一般情况下不会有什么问题，但在一些特殊情况下，会出现虚假动平衡的问题。
所以，在进行现场动平衡要对测试的振动数据进行分析判断，用最少的配重达到最好的动平衡效果。
单面动平衡测试系统采用影响系数法实现不平衡量大小和相位的测量。
如图所示，为单面动平衡程序框图。
图单面动平衡程序框图双面动平衡测试系统双面动平衡是现场动平衡最常用的平衡方法，在现场环境中应用广泛。
一般所有长结构的刚性转子和所有不能通过单面动平衡达到所需平衡允差的转子，都需要用到双面动平衡法。
如图所示，为双面动平衡试验简图。
A图双校正面实验简图首先测量机器上支承转子的两个轴承的原始不平衡振动，然后在一个校正平面上加试验配重，测量在两个轴承是的不平衡振动响应，再进行分析判断。
双面动平衡是单面动平衡方法的扩展，只是双面动平衡需要两个校正平面和两个测量平面。
旋转测量平面最好选在两个轴承位置上，用速度传感器测量轴承振动或用非接触电涡流传感器测量转子轴振动。
选择发生最大振动的方向作为测量方向，一般是水平方，注意两个传感器的测量方向一定要相同。
选择校正平面应该选两个间距较大的平面，例如转子两端平面。
双面动平衡测试系统采用影响系数法实现不平衡量大小和相位的测量。
如图所示，为双面动平衡程序框图。
图双面动平衡程序框图数据存储模块的设计现场测试采集到的数据必须要存储起来，以供技术人员将来进行数据查阅和分析。
除此之外，动平衡测试结束后，测试结果往往需要以书面形式呈递给客户，这些要求使本系统需要具备存储功能。
本系统设计的数据存储模块既可以实时显示数据，又能将振动数据存储起来，以供后续分析处理使用。
其流程图如图所示。
图文件管理流程图如图是数据存储子VI，它已经成功应用于某煤矿矿用主通风机的故障诊断系统中，并且取得了良好的效果。
如想用于其他旋转机械，只需将变量稍作修改。
图 数据存储程序框图应用举例如图 所示是一个离心式鼓风机的简单结构示意图。
风机叶轮直径约600mm ，质量约90kg 。
用18.5kW 的异步电机驱动，工作转速为1470/min r 。
光电传感器A电机光标图 风机结构和传感器布置图因为风机叶轮的宽度相对于叶轮的直径很小，所以，可以认为是圆盘状转子。
采用单面动平衡就足以减少转子的不平衡和每个轴承的基频振动达到允许值。
选择安装测试仪器选用风机叶轮内侧背板作为校正平面，采用焊接方法把平衡配重加到这个平面上。
用具有磁力座的振动传感器直接吸附在电机上靠近风机的一侧，做为不平衡振动测量平面A 。
因为风机叶轮直径直接装在电机轴上，所以，可以通过测量电机的振动反映风机叶轮的不平衡。
测量方向选择水平方向，因为垂直方向的支撑刚度比水平方向高，所以垂直振动较小。
建立角度相位基准和测速光标，把一片自粘反光胶片粘在电机风扇轮端面上，并标记旋转方向。
用磁力座表架安装光电键相传感器，调整传感器使其能接收到反光胶片反射的光线。
然后把具有磁力座的振动传感器装在预定的测量平面A 上，用专用电缆把光电键相传感器和振动传感器连接到仪器上，接上电源调整好仪器启动风机运转。
测量风机原始不平衡振动风机在工作运行状态下，测量原始不平衡量。
测量数据如下：初始运转平衡转速：1470/min r测点A 的振动：40.5()354um P P - ∠说明：测量参数是振动位移，()P P -表示振动位移的峰—峰值。
在风机1平面加试验配重风机一般设有检修孔，现场动平衡就利用这个检修孔加试验配重。
当风机停止运转时，工作人员从这个检修孔钻到风机叶轮处，把一个重钢块焊接在风机叶轮侧板上，校正半径为300R mm =。
在试加重块时，不必把重块焊死，只要点焊牢固，风机试运转时重块不飞脱掉就可以。
因为在最终平衡配重时，有可能需要取下试重块。
在进行这项工作时，特别要注意安全，一定要把试重块点焊牢固。
所加试验质量为：:65.7g 15P W ∠试验运转加好试验质量后，把封装检修孔的盖板装好。
在同样的工作转速下，测量加重后的不平衡振动。
测量数据如下：平衡转速：1470/min r测点A 的振动：156()305um P P - ∠计算校正质量通过试验运转后得到的数据发现，试验配重加的不好，没有使振动减小反而使振动增大了。
所以，用去除试重的方法计算平衡配重。
计算得动平衡配重结果如图 所示：图 平衡配重测试界面检验运转最终不平衡校正精度要通过校验运转检测。
如果不能满足机器运转的要求达到所需要的平衡精度，有必要进行多次平衡校正。
在同样的工作转速下，测量加平衡配重后的不平衡振动。
测量数据如下：平衡转速：1470/min r测点A 的振动：5.4()19um P P - ∠计算在校正平面1的剩余不平衡配重：2.7g 272∠剩余不平衡量的评价进行现场动平衡时，目前的现场平衡仪给出的测量结果是以/mm s 、um 等为单位的振动值和剩余配重质量。
这样的值不能直接对照标准判断动平衡是否满足要求，需要进行计算才能判断平衡是否满足要求。
对于例中的风机类转子平衡的质量等级是 6.3G 。
风机的工作转速1470/min n r =，转子质量90m kg =，校正半径300R mm =。
计算最大允许剩余不平衡量是：*=1000*1000***30/(*)3683(*)per G mU G m n g mm πω==最大允许偏心（不平衡度）是：/3683/9040.92(*/)per per e U m g mm kg ===允许剩余不平衡质量：/3683/30012.3()per W U R g ===实际的剩余不平衡配重2.7g < 允许剩余不平衡质量12.3g 。
完全符合标准的要求。
达到剩余不平衡量 2.7*300810(*)per U g mm ==偏心810/909(*/)e g mm kg ==相当于 1.4G 的平衡精度。
这样的动平衡精度是相当高的，而且不平衡振动也很小，只有5.4um 完全满足鼓风机运行的要求。
本章小结本章介绍了如何用软件实现动平衡测试系统。
首先对LabVIEW 软件的功能作了简单介绍。
然后分别介绍了数据采集模块、信号处理模块、数据存储模块的程序原理及软件编程。
