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南京工程学院本科毕业设计（论文）题目：基于LabVIEW的振动信号采集处理系统设计专业：车辆工程（车辆电子电气）班级：车电气101学号：********* 学生姓名：***指导教师：王书林副教授起迄日期：2014.3～2014.6设计地点：车辆工程实验中心Graduation Design (Thesis)A LabVIEW-based Vibration Data Acquisition and SignalProcessing System DesignByGONG XUWEISupervised ByAssoc. Prof. WANG ShulinDepartment of Vehicle EngineeringNanjing Institute of TechnologyJune2014摘要仪器的技术、计算机的技术、总线的技术和软件的技术是由虚拟仪器构成并将它们紧密的联系在一起，仪器的极大一部分的功能是依靠计算机数据处理能力，不再需要传统仪器繁琐的结构，形成的一种新的仪器模式。
如今的虚拟仪器技术还存在许多的弱点。
首先，部分检测系统任处于相对比较落后的状态，将各种示波器连接至计算机。
通过一些繁琐的步骤对示波器的波形进行各种调整，有时候还需要同时显示多个波形时，需要连接多个示波器。
其工作不仅复杂，而且控件占用率也比较高。
在企业中，这也大大提高了企业的运营成本，在研究项目的过程中也会出现各种麻烦的步骤。
同时，现有的虚拟仪器技术也是仅仅停留在数据采集、数据分析的单独步骤上，没有将两者很好的结合在一起。
在系统运行的过程中，两者是独立分开工作的，增加了数据分析结果的时间，对应的工作效率也有所降低。
本设计采用了NI PCI-6024E采集卡进行数据采集，运用相关的虚拟技术知识将数据采集到电脑中，再用Labview软件设计的振动信号采集系统对采集卡所传来的数据信号进行存储、调整、显示波形、数据分析等一系列工作。
如何利用LabVIEW进行数据采集与分析数据采集和分析是科学研究和工程实践中至关重要的步骤。
LabVIEW是一种功能强大的图形化编程环境，广泛应用于科学实验、自动化控制、仪器测量等领域。
本文将介绍如何使用LabVIEW进行数据采集和分析，并提供一些实用的技巧和建议。
1. 数据采集数据采集是获取实验数据的过程，在LabVIEW中可以通过使用传感器、仪器等硬件设备来实现。
以下是一些常见的数据采集方法：1.1 传感器接口LabVIEW提供了许多传感器接口模块，可以方便地与各种传感器进行通信。
通过选择合适的传感器接口，您可以轻松地读取传感器的测量值，并将其保存到LabVIEW中进行进一步的分析和处理。
1.2 仪器控制如果您使用仪器进行实验，那么LabVIEW可以帮助您控制这些仪器并读取其输出数据。
LabVIEW提供了丰富的仪器控制工具包，支持各种常见的仪器通信接口，如GPIB、USB、Serial等。
1.3 数据采集卡对于一些需要高速采集的应用，可以使用数据采集卡来实现。
LabVIEW提供了专门的工具包，支持常见的数据采集卡，并提供了丰富的功能和接口，满足不同应用的需求。
2. 数据分析数据采集完成后，接下来需要对数据进行分析和处理。
以下是一些常见的数据分析方法：2.1 数据可视化LabVIEW提供了丰富的数据可视化工具，可以将采集到的数据以图表、图形等形式展示出来。
通过可视化，您可以更直观地了解数据的特征和趋势。
2.2 统计分析LabVIEW内置了众多统计分析函数，可以计算数据的平均值、标准差、最大值、最小值等统计量。
您可以利用这些函数对数据进行统计分析，进一步理解和描述数据的特征。
2.3 信号处理如果您需要对采集到的信号进行滤波、去噪或频谱分析，LabVIEW 提供了一系列的信号处理工具包。
您可以使用这些工具包对信号进行处理，提取有用的信息和特征。
3. 实用技巧和建议为了更好地利用LabVIEW进行数据采集和分析，以下是一些建议和技巧：3.1 模块化设计当您设计LabVIEW程序时，应尽量将其模块化，将不同功能实现的部分组织成不同的子VI(SubVI)。
《自动化技术与应用》2005年第24卷第3期仪器仪表与检测技术Instrumentation and Measurement基于LabV IEW 的旋转机械振动信号的采集与处理周德照,张进明,江志农(北京化工大学信息科学与技术学院,北京 100029)摘要:在分析旋转机械故障易造成重大损失的基础上,阐述了在工业生产中利用虚拟仪器构建状态监测与诊断系统的优越性。
提出了基于LabV IEW 的振动信号的采集与处理的硬件及软件解决方案,并给出了实例,完全可以满足方便地监测各类转子工况的要求。
关键词:虚拟仪器;LabV IEW ;信号采集;信号处理;数据分析中图分类号:TH11311;TP27412 文献标识码:A 文章编号:100327241(2005)0320062203LabVIEW -Bas e d Dat a Ac quisition and Proces singof t he Rot or Vibration SignalZH OU De-zhao ,ZHANG Jin-ming ,JIANG Zhi-nong(College of Information Science &Technology ,Beijing University of Chemical Technology ,Beijing 100029,China )Abstract :The advantages of the su pervising and diagnosis system for rotors using virtual instrument is discussed in this paper.The hardware and s oft 2ware of the data acquisition and processing of the vibration signal based on LabVIEW is presented.And an exam ple is given in the end.K ey w ords :Virtual Instrument ;LabV IEW ;Signal acquisition ;Signal processing ;Data analysis1 引言旋转机械是工业应用最广泛的机械,许多旋转机械是众多行业的关键设备,这些设备一旦发生故障,将造成巨大经济损失。
基于LabVIEW的振动信号采集与分析系统的实现杨群;邵强【摘要】介绍了一种利用LabVIEW软件,并结合LabSQL功能的振动信号采集与分析系统的设计方法。
以实验室仪器产生信号,经NI cR IO-9233输入模块信号调理后传入计算机。
此系统省去了复杂的仪器演示,结果也准确、直观,使实验教学更加方便。
【期刊名称】《黑龙江科技信息》【年(卷),期】2012(000)012【总页数】1页(P99-99)【关键词】LabVIEW;信号采集;数据分析【作者】杨群;邵强【作者单位】大连民族学院,辽宁大连116600;大连民族学院,辽宁大连116600【正文语种】中文【中图分类】TP2731 概述LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是美国国家仪器公司（NI）推出的用图标代码来代替编程语言创建应用程序的开发工具,主要用于仪器控制、数据采集、数据分析等领域。
它可以在最基本的硬件支持下，进行各种实际的工程测试。
机械工程测试课程是高等学校各种机械设计和机械制造类专业的一门技术基础课，该课程的实验部分要求学生掌握多种常用信号调节、信号处理和传感器的传输转换过程等。
如果能采用虚拟仪器进行实验，则既简单直观，又生动形象，可大大提高教学效率与教学质量，因此，选择LabVIEW作为开发平台，构建一个采集振动信号的虚拟仪器系统，进行数据采集和分析就显得十分有意义[1]。
2 系统硬件设计系统硬件[2]主要包括CA-YD-106电荷输出型压电式加速度传感器、YE5852A型电荷放大器、NI cRIO-9233采集卡、计算机。
通过对振动信号的采集、存储、滤波、时频分析、相关性分析，得到相应结果，最后输出图形、数据。
本系统需要完成的基本功能是信号采集、数据保存、信号分析。
整个实验振动信号采集与分析流程如图1所示。
3 主要模块设计系统应用LabVIEW8.2软件，采用模块化设计，设计有采集模块、数据保存模块、数据分析模块[3]。
基于虚拟仪器的振动信号采集分析系统陈会莲周桂红赵晓顺郑艳博聂彩丽刘淑霞摘要以PC机、数据采集板为主要硬件，以图形化编程语言LabVIEW为软件开发平台，设计并实现了振动信号采集分析虚拟仪器系统。
对该系统平稳和非平稳振动信号的采集、处理和分析各功能模块进行了具体介绍，并以信号发生器产生的噪声、三角波与正弦波混合波形为例，重点分析了非平稳信号的处理——小波分析的实现过程。
关键词虚拟仪器振动信号小波分析 LabVIEW随着工业生产的发展，设备现代化水平的不断提高，对设备的性能要求也越来越高，因此设备的状态监测和故障诊断也成为人们关注的焦点。
设备故障振动诊断是所有机械设备故障诊断使用最多的方法之一，振动信号蕴含了丰富的设备运行状态的信息，反映状态变化的灵敏度高。
此外，振动信号测试分析的手段、方法和理论比较成熟，且易于实现在线监控与实时诊断。
同时，随着虚拟仪器（Virtual Instrument）技术的高度发展，为组建设备状态监测和故障诊断仪器提供了全新的技术手段，它通过软件将计算机硬件资源与仪器硬件有机地融合为一体，从而把计算机强大的计算处理能力和仪器硬件的测量、控制能力结合在一起，实现振动信号采集分析虚拟仪器系统。
采集监测信号的特征信息是设备故障诊断的第一步，其次是通过软件实现对数据的显示、存储以及分析处理，最终对设备的当前工况及其发展趋势作出确切的判断。
一、虚拟仪器系统的总体结构振动信号采集分析虚拟仪器系统如图1所示。
该系统可根据用户的需要选择硬件，以LabVIEW作为开发平台，编制特定的软件和显示界面，并驱动硬件采集数据。
因此，同样的硬件系统由于SA件的不同可字嘴不同的任务。
本系统采用SG 1040信号发生器模拟机械设备振动信号，并将其输入PCI-9113A数据采集板，该板直接插入具备PCI插槽的PC机，构成模拟量、数字量电压信号的采集和输出及计数定时系统。
采用32路单端输入方式，对于其他不使用的输入通道，按要求对地短接，以避免造成通道间串绕和损坏通道。
利用LabVIEW进行电气设备振动分析与控制电气设备的正常运行对于工业生产以及生活的正常运转至关重要。
然而，由于长时间的使用以及外界环境的影响，电气设备在运行过程中可能会出现振动问题。
这些振动问题不仅会对设备的性能和寿命产生负面影响，还可能引发机械故障，甚至危及人员安全。
因此，进行电气设备振动分析与控制变得至关重要。
本文将介绍如何利用LabVIEW软件进行电气设备振动分析与控制。
一、引言电气设备振动分析与控制是指通过对电气设备的振动进行监测、分析和控制来确保其正常运行和性能稳定。
通过准确地监测振动信号，可以及时发现设备运行中的异常情况，并采取相应的控制措施，避免设备故障和损坏。
二、振动信号的采集与分析1. 信号采集装置的选择在进行振动分析前，需要选择适当的信号采集装置。
LabVIEW软件提供了丰富的硬件设备支持，可以选择合适的传感器和信号调理模块进行振动信号的采集。
2. 振动信号的采集与处理借助LabVIEW的图形化编程环境，可以轻松地实现振动信号的采集与处理。
通过配置合适的传感器和调理模块，可以将振动信号转化为数字信号，并进行滤波、增益调节等预处理工作。
3. 振动信号的频谱分析频谱分析是振动分析中的重要环节，可以通过分析振动信号的频谱，确定其频率成分以及存在的异常情况。
LabVIEW提供了丰富的信号处理函数和工具箱，可以实现高效准确的频谱分析。
三、电气设备振动控制1. 振动控制的基本原理电气设备振动控制的目标是降低或消除设备的振动水平，提高设备的运行质量和稳定性。
通过采用适当的控制策略和方法，可以实现对设备振动的有针对性控制。
2. 控制算法的选择与实现在LabVIEW软件中，可以根据实际的振动特性和控制需求选择合适的控制算法。
常用的控制算法包括PID控制、模糊控制、自适应控制等。
通过编程实现这些算法，可以对电气设备的振动进行精确控制。
3. 振动控制系统的建立与调试建立完善的振动控制系统是确保控制效果的关键。
基于LabVIEW的振动信号采集与分析系统的开发
刘鹏;郭智威
【期刊名称】《科技信息》
【年(卷),期】2010(000)018
【摘要】振动数据采集与分析作为监测机械工况的一种方式,早已使用于各类机械.随着计算机技术与信息技术的发展,虚拟仪器越来越广泛的应用于各项工程之中.本文开发了基于LabVIEW软件的监测机械振动信号采集与分析系统,它能良好地采集振动数据,并进行在线分析和离线分析,具有监测性能高、可移植性等特点,可以应用于工程实践.
【总页数】1页(P611)
【作者】刘鹏;郭智威
【作者单位】武汉理工大学能动学院;武汉理工大学能动学院
【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于LabVIEW2010的发动机振动信号采集系统的开发与研究
2.基于LabVIEW 的机电设备噪声信号采集分析系统开发
3.基于LabVIEW的机床振动信号采集与分析系统
4.基于LabVIEW的数控轧辊磨床振动信号采集分析系统
5.基于LabVIEW 的振动信号采集与分析系统的实现
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前言在现代工程技术领域,存在着大量的振动问题。
例如，车辆在凹凸不平的路面上行驶所引起的振动;旋转机械由于质量不平衡在运行中的振动等。
在绝大多数场合,振动都是有害的,它将影响设备的正常工作,引起机器构件的加速磨损,甚至导致急剧断裂而破坏。
为了解决工程振动问题,机械振动测试系统随着振动测试技术理论的发展和生产中对测试的需求与日俱增,并有着广泛的应用领域。
但性能优越、成本低廉的测试系统市场很难见到。
尤其在工程现场的振动测试,迫切需要低成本、高精度、高效率,同时方便灵活的测量仪器。
因此,笔者基于振动测试的这种需要,设计了一套以数据采集卡、信号调理电路和各类高精度的传感器为硬件，基于LabVIEW虚拟仪器软件开发平台的振动测试分析系统。
此系统不但节省了硬件成本，而且容易操作，同时大大缩短了整个测试周期。
系统的硬件虚拟振动测试分析系统（如图1所示）分硬件和软件两个部分。
硬件主要由传感器、信号调理器、数据采集卡和计算机构成，并有如下的关系。
图1 系统的硬件构成振动信号量经过传感器转变为模拟量（电压、电流等），再经过信号调理器的放大、隔离、滤波等处理进入数据采集卡完成采样和量化，转变成计算机所能识别的数字量。
然后经计算机进行进一步的处理，以便得到所需的信息。
图1是振动测试系统的硬件结构示意图，在实际的应用中，系统的硬件可根据振动测试要求的不同选择不同的装置。
系统的软件本系统的程序是在LabVIEW 8.20平台上开发的。
在系统的编制过程中采用了结构化和模块化编程的基本思路。
程序主要包括两大模块：数据采集和数据保存模块；数据读取和数据处理分析模块。
在程序的设计过程中，将每个模块做成一个子VI,然后在主程序中调用，这样就可以加强程序的可读性和可维护性。
系统的结构如图2所示。
图2 系统总体结构图1 数据采集模块的设计数据采集提供了整个测试系统的数据来源，是虚拟仪器的基本组成部分。
数据采集模块主要是实现振动信号的拾取及对各种参数的控制，例如对数据采集卡、采集通道的选择，以及采样频率、点数、段数的控制等。
基于LabVIEW 的陀螺仪振动信号采集与分析窦修朋，尤传富，欧阳国鑫（长春工业大学电气与电子工程学院，吉林长春130012）摘要：针对陀螺马达振动信号的微弱性，通过数据采集卡检测到的信号要进行大量复杂的线形系统分析，要求数据准确，根据虚拟仪器设计思想在PC 下利用图形化编辑语言LabVIEW 对陀螺马达的振动信号进行过采样数据采集、波形显示、时域分析、数字滤波、数据存储、频域分析，从而实现对振动信号的多通道信号采集和实时分析。
系统逻辑图形清晰，可以有效的防止波形失真，误差小，起到了很好的故障诊断分析作用，在工程应用中实用性强。
关键词：LabVIEW 系统；虚拟仪器；过采样；时域分析；频域分析中图分类号：TP311.52；TP274+.2文献标识码：A文章编号：1674-5124（2009）02-0064-03Acquisition and analysis of gyroscopic vibration signal based on LabVIEWDOU Xiu-peng ，YOU Chuan-fu ，OUYANG Guo-xin（School of Electric and Electricity Engineering ，Changchun University of Technology ，Changchun 130012，China ）Abstract:According to the weakness of the vibration signal of gyroscope motors ，a large number of complexlinear system analyses needed to process the signal detected by data acquisition card ，and the data must be precise ，those of the gyroscope motor vibration signal such as data acquisition ，waveform display ，time domain analysis ，digital filtering ，data storage and frequency -domain and so on were analyzed according to the virtual instrument design with graphical progamming software LabVIEW on PC to realize the multi -channel signal acquisition and real -time analysis of the vibration signal.The logic diagrams of this system are clear ，the waveform distortion can be effectively prevented ，and the error can be reduced.Thus ，this system can play a very important role in the fault diagnosis and has very practical impacts on engineering.Key words:LabVIEW ；Virtual instrument ；Over-sampling ；Time-domain analysis ；Frequency domain analysis收稿日期：2008-09-05；收到修改稿日期：2008-11-30作者简介：窦修朋（1982-），男，河北沧州市人，硕士研究生，专业方向为信号分析及处理。
1引言随着科学的不断发展，人们对惯性导航系统的陀螺仪要求越来越高。
陀螺马达是陀螺仪的心脏，要使陀螺定向精度高，必须保证陀螺马达在工作过程中正常工作，尽量减少无规则振动和噪声。
转子要保持高度的动态平衡，除此之外，马达轴承在高速旋转时也产生振动信号，转子高速旋转引起风阻和由此引起的噪声会诱导转子转动。
而信号往往淹没在机械本体几信号处理电路包含的大量噪声中[1]，这些振动和噪声都会影响陀螺罗盘的定向性能。
因此，在陀螺马达的设计和安装高度中，非常需要明确振源，是由转子不平衡引起，还是轴承振动或风阻噪声引起的。
振动测试及分析系统主要用来分析陀螺转子的振动情况。
引起陀螺转子振动的因素可分为质心偏移因素和非质心偏移因素，质心偏移因素可通过动平衡消除，而非质心偏移因素多数是由轴承（特别是滚珠轴承）引起的，无法通过动平衡消除。
振动大的陀螺在系统使用中会对系统性能产生较大影响。
因此，在陀螺总装前对陀螺马达进行振动测试和分析十分必要。
计算机和仪器的密切结合而成的虚拟仪器是目前仪器发展的一个重要方向。
虚拟仪器的最突出的特点可以发挥出计算机的能力，具有强大的数值处理功能，可以根据自己的需要创造出功能强大的仪器。
在这一领域内，使用较为广泛的计算机和开发环境的是美国NI 公司的LabVIEW 。
整个系统只有输入、输出端，其他仪器功能键都在可视软件板上完成，操作简单方便[2]，并且能进行远程控制[3]。
2系统硬件设计如图1所示，陀螺仪振动的信号由传感器接收，经信号调理、数据采集卡后传递到虚拟仪器控制面版，其主要功能如下。
第35卷第2期2009年3月中国测试CHINA MEASUREMENT &TEST Vol.35No.2Mar.2009第35卷第2期2.1数据采集卡数据采集卡的功能一般有模拟输入、模拟输出、数字I/O 、计数器/计时器等。
INV306U-5164数据采集卡是美国国家仪器公司设计的一种多功能数据采集卡（DAQ ），适用于PC 及兼容机，可用于各类电信号的采集、控制及处理后电信号输出。
2.2虚拟仪器控制面版利用LabVIEW 软件开发出具有形象按钮的前面板，利用其强大的图形化编程功能，可以实现各种显示和处理功能。
虚拟仪器的实质是利用计算机显示器的显示功能来模拟传统仪器的控制面板，以多种形式表达输出检测结果[4]。
只要对微机面板上的按钮进行操作就能完成监测与诊断任务。
3采用过采样方式进行AD 采集信号过采样技术就是指高于奈奎斯特采样频率的频率对模拟信号进行采样的技术。
过采样法是提高分辨率和信噪比的十分有效的方法[3]，获得与高分辨率ADC 相同的信噪比[4]。
过采样对量化噪声功率起到平均作用[5]，定由量化噪声引起的固定噪声功率后，可以计算增加有效分辨率所需要的过采样比。
（1）确定有效采样频率：选择一个略大于2Ωn 的有效采样频率ΩS sin ，视M 为整数时，2π/（MT ）=ΩS min 成立，且T 能被方便的设计。
采样率的选择M 实际采样频率Ωs =M ΩS min =2π/T ，M 取值一般较大。
每增加一位分辨率或每减小6dB 的噪声，需要以4倍的采样频率进行过采样[6]。
（2）采样长度的选择：对于振动信号，通常是每次采集1024个数。
出于某些特殊考虑，采样长度也可以取其他值，如2048、4096等，但都要取为2的整数次幂。
因为在进行快速傅里叶变换（FFT ）时，运算起来比较方便。
（3）多周期的平均计数方法：在数据采集的环境下，利用计数方法测量信号的频率。
可以对多个周期的采样信号进行记计数，然后以其平均值作为频率测量值。
假设采样频率为F ，共采集m 个周期信号，用计数的方法找到各个周期样本个数，分别为N 1，N 2，…N m ，那么对应于各周期的频率值分别为F/N 1，F/N 2，…F/N m ，考虑m 个周期的频率均值有f=F/m {1/N 1+1/N 2…+1/N/m }。
可以看出，所求的频率值实际上是在m 个周期范围内的加权平均值。
一般情况下该计数方法的频率误差小于1%[7].4系统软件设计LabVIEW 是一种图形化编程环境，采用它开发陀螺马达振动信号数据采集程，能够充分地利用图形化编程语言的优势，通过对数据采集卡的初始化设置和数据采集程序设计，就可以方便地构建数据采集系统。
本系统是根据美国国家仪器公司最新虚拟软件版本LabVIEW8.5进行设计。
系统软件结构设计流程图如图2所示。
其功能包括号信号输入、波形显示、频谱分析、波形存储与回放等。
LabVIEW 通过函数库或是控件的形式提供了大量的用于信号处理的函数，即滤波器函数、窗函数、信号发生函数、时域函数和频域函数5个子函数库。
系统必须滤出信号中高频成分，采用低通滤波方式，在实际应用中可以调用上述函数来实现各种信号处理功能。
频谱分析是振动信号处理的最重要的一种分析方法。
对于频谱分析，可以进行滤波窗口选择。
频谱分析可以选择傅里叶谱、功率谱（包括自功率谱、互功率谱）频率响应函数以及相位谱等。
把功率谱和频谱用波形图显示可以更直观的功率谱和频谱的变化，并且能测信号的最大幅值。
在陀螺转子振动频谱上，不同的频率分布往往对应着不同的振动原因。
在PC 上实现振动信号的频谱分析，通常的方法是对信号进行离散傅里叶变换（DFT），但是这种算法的计算量大，计算时间较长，所以采用快速傅里叶变换（FFT ）算法这样可以节省时间，也能达到所需要求。
FFT 算法把一个信号数组分解为奇数下标和偶数下标两个数组，然后利用指数函数（即旋转因子）的周期性消去多余操作[8]。
图3、图4为LabVIEW 下检测到的某一陀螺马达信号的频率谱和功率谱。
窦修朋等：基于LabVIEW的陀螺仪振动信号采集与分析652009年3月中国测试在本系统中通过数据采集卡（DAQ）采集到的马达信号进行分析处理后并将数据记录到一个特定的存储文件里，该路径可以根据需要自由设定。
LabVIEW中有一组功能强大、伸缩性强的文件处理工具，能够完成对信号数据读/写数据，完成测试数据的存取与回放功能。
在线检测和故障诊断时需要根据回放记录的数据进行数据触发的警报或事件判断是否合格。
设备的组件应当简单而且对于用户是透明的，在数据上实现不同类型的安全性应当非常方便。
可以用LabVIEW软件平台提供一个专用工具以快速和方便地构架检测应用。
5结束语本文针对陀螺马达振动信号的特点，对其振动信号进行适时采集、处理和分析，由此可知陀螺仪的工作状况，如果工作不正常则能分清是否由于质心原因或其他原因，可以随时调取标准信号或保存的信号进行比较。
由于陀螺马达属于保密器件所以只能在实验室内进行模拟防真实验，有一定的局限性。
利用LabVIEW强大的图形化编辑语言和高性能数据采集卡，构建先进的数据采集和分析处理系统，实际工作中状态良好，通过防真得到的可以改善和提高信号检测精度。
