æ‡‰ç”¨é ˜åŸŸï¼šé™¢æ ¡
使用產å“:LabVIEW5.1 完全開發版,PCI-6024E 多功能數據采集å¡ç‰ã€‚
æŒ‘æˆ°ï¼šåœ¨ä¸€èˆ¬å·¥ç§‘é™¢æ ¡ä¸ï¼Œé…ç½®å¤šå¥—åƒ¹æ ¼æ˜‚è²´ï¼Œæ“作復雜的動態信號分æžå„€å™¨ï¼Œç”¨äºŽã€Šè¨å‚™æ•…éšœè¨ºæ–·æŠ€è¡“ã€‹çš„å¯¦é©—æ•™å¸æ˜¯ä¸å¯èƒ½çš„。
應用方案: 使用NationalInstruments å…¬å¸çš„LabVIEW 圖形化編程平臺,PCI-6024E 多功能數據采集å¡ï¼Œå¤–åŠ ç›¸æ‡‰çš„å‚³æ„Ÿå™¨åŠæŒ¯å‹•計ã€å™ªè²è¨ˆç‰æ¸¬é‡å„€å™¨ï¼Œå®Œæˆã€Šè¨å‚™æ•…障診斷技術》課程的實驗教å¸ã€‚
ä»‹ç´¹ï¼šè™›æ“¬å„€å™¨æŠ€è¡“å…·æœ‰é«˜æ•ˆã€æ˜“用ã€é–‹æ”¾ã€éˆæ´»ã€æ›´æ–°å¿«ã€åŠŸèƒ½å¼·å¤§ã€æ€§åƒ¹æ¯”高ã€ç”¨æˆ¶å®šç¾©ç‰è«¸å¤šå„ªé»žã€‚用于開è¨è¨å‚™æ•…障診斷技術的實驗課,æé«˜äº†å¯¦é©—效率,é™ä½Žäº†å¯¦é©—æˆæœ¬ï¼Œå¢žå¼·äº†å¸ç”Ÿå¸ç¿’çš„ç©æ¥µæ€§ï¼Œå–å¾—äº†è‰¯å¥½çš„æ•™å¸æ•ˆæžœã€‚如果使用功能固定的臺å¼å„€å™¨ï¼Œå¦‚é »èœåˆ†æžå„€ã€æ¨¡æ“¬æ¿¾æ³¢
å™¨ã€æ•¸å—å˜å„²ç¤ºæ³¢å™¨ã€å‹•態信號分æžå„€ç‰ã€‚ä¸åƒ…åƒ¹æ ¼æ˜‚è²´ï¼Œè€Œä¸”æ“ä½œæŠ€è¡“å¾©é›œã€‚åœ¨é™¢æ ¡å¯¦é©—å®¤é€²è¡Œå¤šå¥—é…ç½®ï¼Œç”¨äºŽå¯¦é©—æ•™å¸æ˜¯ä¸å¯èƒ½çš„。
一:用虛擬儀器å–代功能固定的臺å¼å„€å™¨,完æˆçœ¾å¤šå…§å®¹çš„æ•™å¸å¯¦é©—,是《è¨å‚™æ•…障診斷技術》課程實驗教å¸çš„æœ€ä½³é¸æ“‡ã€‚
《è¨å‚™æ•…障診斷技術》(MachineCondition Diagnosis technique 縮寫為CDTï¼‰æ˜¯è¿‘æœŸèˆˆèµ·çš„ä¸€é–€åŒ…å«æœ‰å¾ˆå¤šæ–°æŠ€è¡“å…§å®¹çš„ç¶œåˆæ€§æŠ€è¡“。我院把它作為工æ¥é›»æ°£è‡ªå‹•化專æ¥çš„必修課。這是一門應用性ã€å¯¦è¸æ€§å¾ˆå¼·çš„課程。å°é«˜è·å±¤æ¬¡çš„å¸ç”Ÿè€Œè¨€ï¼Œå¸å¥½é€™é–€èª²ï¼Œå°ä»–們的求è·ã€å°±æ¥å…·æœ‰ä¸€å®šçš„實際æ„ç¾©ã€‚æ‰€ä»¥å¯¦é©—æ•™å¸æ°´å¹³çš„高低就æˆç‚ºæ•™å¸è³ªé‡çš„é—œéµç’°ç¯€ä¹‹ä¸€ã€‚
CDT 有è±å¯Œçš„實驗內容,如隨機ã€çž¬æ…‹å’Œå¾©é›œå‘¨æœŸä¿¡è™Ÿçš„采集ã€é¡¯ç¤ºèˆ‡è˜åˆ¥ï¼Œæ™‚域-é »åŸŸè®Šæ›åŠèœåˆ†æžï¼Œæ™‚域信號模擬和數å—處ç†ï¼Œç›¸é—œåˆ†æžï¼Œå¸¶å¯¬åˆ†æžï¼Œæ¨¡æ…‹åˆ†æžï¼Œæ¦‚率統計ç‰ã€‚但是,這些實驗內容ä¸åŒäºŽä¸€èˆ¬çš„æ•™å¸å¯¦é©—,需è¦å¤šé¡žã€å¤šè‡ºåƒ¹æ ¼æ˜‚貴的儀器作為支æŒã€‚如一臺HP3562A動態信號分æžå„€ï¼Œåƒ¹å€¼äººæ°‘幣近20è¬å…ƒï¼Œä¸€è‡ºB&K çš„2010B é »çŽ‡åˆ†æžå„€ï¼Œåƒ¹å€¼äººæ°‘å¹£16 è¬å…ƒã€‚å³è¦é–‹å¥½å¯¦é©—,åˆä¸å¯èƒ½æŠ•入超常的資金,這是一個å分çªå‡ºçš„矛盾。我們的實驗室åªé…備了一套相應實驗è¨å‚™ï¼Œå¯ä»¥é–‹è¨å¤§éƒ¨åˆ†å¯¦é©—。但å¸ç”Ÿåšå¯¦é©—åªèƒ½åˆ†çµ„輪æµé€²è¡Œã€‚建立虛擬儀器技術實驗室之åŽï¼Œæƒ…æ³å°±å¤§ç‚ºæ”¹è§€ã€‚ä¸åƒ…å¯å®Œæˆé›»å·¥ã€é›»åå¸ã€é›»æ°£æ¸¬é‡ç‰åŸºç¤Žèª²ç¨‹çš„實驗,還為CDT æ•™å¸å¯¦é©—æä¾›äº†å»£æ³›çš„發展天地。真æ£é«”ç¾äº†è™›æ“¬å„€å™¨æŠ€è¡““軟件就是儀器â€ï¼Œâ€œä¸€è‡ºè¨ˆç®—機就是一個實驗室â€çš„特殊優勢。
通éŽè¿‘一年的教å¸å¯¦è¸ï¼Œæˆ‘們體會到,借助虛擬儀器技術完æˆCDTæ•™å¸å¯¦é©—的主è¦ç‰¹é»žæœ‰ä¸‹è¿°å¹¾å€‹æ–¹é¢ã€‚
1ã€å¯¦é©—è¨å‚™çš„æŠ•資å¯é¡¯è‘—地é™ä½Žï¼Œä½¿é–‹è¨CDT實驗æˆç‚ºå¯èƒ½ã€‚
ç›®å‰ï¼Œæˆ‘們的虛擬儀器技術實驗室é…備了å三個教å¸å·¥ä½ï¼Œå…¶ä¸å二個å¸ç”Ÿå·¥ä½ï¼Œä¸€å€‹æ•™å¸«å·¥ä½ã€‚æ¯è‡ºè¨ˆç®—機é…置了LabVIEW 開發系統和PCI-6024E 多功能數采å¡ã€‚教師機上還é…置了示波器å¡ã€è¬ç”¨è¡¨å¡å’ŒGPIB å¡ã€‚包括計算機在內總投資為人民幣二å三è¬å…ƒã€‚而如果采用功能固定的臺å¼å„€å™¨ï¼Œä¸»è¦ç”±æ•¸å—å˜å„²ç¤ºæ³¢å™¨ã€å‹•態信號分æžå„€ã€å‡½æ•¸/ä»»æ„æ³¢ç™¼ç”Ÿå™¨ã€æ¨¡æ“¬æ¿¾æ³¢å™¨ã€è¨˜éŒ„å„€ç‰æ§‹æˆã€‚以上儀器按å…套計算,約需資金人民幣二百è¬å…ƒã€‚å°ä¸€å€‹é«˜è·å·¥ç§‘é™¢æ ¡è€Œè¨€ï¼Œå°ˆé–€æŠ•è³‡å»ºè¨CDT 實驗室是ä¸å¯èƒ½çš„,åªèƒ½ä¾é 虛擬儀器技術完æˆç›¸é—œå¯¦é©—。
2.實驗內容更è±å¯Œï¼Œæ›´ç”Ÿå‹•,更易于ç†è§£ã€‚
在LabVIEW開發平臺上,用戶å¯ä»¥åˆ©ç”¨å¼·å¤§çš„圖形化編程功能,生æˆè‡ªå®šç¾©çš„CDT 實驗所需的儀器,也å¯ä»¥åˆ©ç”¨è»Ÿä»¶è‡ªå¸¶çš„例å,直接調用。這些儀器包括:多通é“示波器ã€é »èœåˆ†æžå„€ã€ä»»æ„å‡½æ•¸ç™¼ç”Ÿå™¨ã€æ•¸æ“šè¨˜éŒ„å„€ã€å„ç¨®åŠŸèƒ½çš„æ¿¾æ³¢å™¨ã€æ›²ç·šæ“¬åˆã€æ¦‚率統計直方圖ã€å™ªè²è™•ç†ã€æŒ¯å‹•分æžå„€ï¼ˆä»¿çœŸï¼‰ã€å‹•態信號分æžï¼ˆä»¿çœŸï¼‰ç‰ã€‚內容å分è±å¯Œï¼Œäººæ©Ÿç•Œé¢å‹å¥½ã€‚通éŽé€™äº›è™›æ“¬å„€å™¨ï¼Œå¯ä»¥å®ŒæˆCDTæ•™å¸å¤§ç¶±æ‰€è¦å®šçš„å‘¨æœŸã€æŒ¯å‹•ã€å™ªè²ã€éš¨æ©Ÿç‰å„種信號的時域éŽç¨‹é‡‡é›†ã€åƒæ•¸æ¸¬é‡åŠå…¶èœåˆ†æžï¼Œå„種濾波器功能觀察åŠåƒæ•¸è¨å®šç‰å多個實驗。å¦å¤–,由于高è·å±¤æ¬¡å¸ç”Ÿæ•¸å¸åŸºç¤Žå’Œæ•™å¸æ™‚數的é™å®šï¼Œå¸ç”Ÿå°è«¸å¦‚相關分æžã€æ¿¾æ³¢å™¨ã€æ¦‚çŽ‡çµ±è¨ˆã€æ›²ç·šæ“¬åˆç‰æ•¸å¸åˆ†æžæ–¹æ³•很難ç†è§£ã€‚但是借助虛擬儀器的功能,就生動直觀地展示了其物ç†å¯¦è³ªã€‚在教師的指導下,就比較容易ç†è§£äº†ï¼Œé€™æ˜¯èª²å ‚講授很難作到的。
3ï¼Žæœ‰æ›´é«˜çš„å¯¦é©—æ•ˆçŽ‡ï¼Œè€Œä¸”å¯¦é©—æˆæœ¬å¾ˆä½Žã€‚
用虛擬儀器完æˆCDT實驗,實驗效率大為æé«˜ã€‚主è¦é«”ç¾åœ¨äºŒå€‹æ–¹é¢ï¼Œä¸€æ˜¯è™›æ“¬å„€å™¨ä½œå¯¦é©—,å¯ä»¥åˆ†æˆå二個組(æ¯çµ„äºŒäººï¼‰åŒæ™‚作。而用臺å¼å„€å™¨ï¼Œç”±äºŽåªæœ‰ä¸€å¥—測試è¨å‚™ï¼Œæ¯æ¬¡åªèƒ½ä¸€å€‹çµ„(æ¯çµ„四人)。å¦ä¸€æ–¹é¢ï¼Œç”¨è™›æ“¬å„€å™¨ä½œå¯¦é©—,æ“作簡單,用臺å¼å„€å™¨ä½œå¯¦é©—,æ“作復雜。以時域信號的èœåˆ†æžç‚ºä¾‹ï¼Œèª¿ç”¨è™›æ“¬å„€å™¨ç”Ÿæˆçš„é »èœåˆ†æžå„€åŽï¼Œåªéœ€è¦ä¸€æ¬¡è¨å®šå¥½è¨å‚™è™Ÿå’Œé€šé“å—符å³å¯é‹è¡Œï¼Œå…¶å®ƒåƒæ•¸å¯åœ¨é¡¯ç¤ºä¸è¨å®šã€‚而HP3562A動態信號分æžå„€å‰‡ä¸ç„¶ï¼Œéœ€è¦ç¶“éŽæ¸¬é‡æ–¹å¼ã€é¸æ“‡æ¸¬é‡ã€çª—å£ã€å¹³å‡ã€é »çŽ‡èŒƒåœã€é‡ç¨‹ã€é¡¯ç¤ºæ–¹å¼ã€å標ç‰å多個åèœå–®çš„æ£ç¢ºè¨å®šåŽï¼Œæ‰èƒ½å•Ÿå‹•èœåˆ†æžåŠŸèƒ½ 。å¸ç”Ÿå¾ˆç”Ÿç–,很難熟練掌æ¡ã€‚éŽåŽ»ï¼Œåš5-6 個實驗需è¦è¿‘20 叿™‚,效果也ä¸ç†æƒ³ã€‚ç¾åœ¨ï¼Œåšå多個實驗åªè¦6-8 個叿™‚,å¸ç”Ÿå°±æ¯”較熟悉了。å¦å¤–,用臺å¼å„€å™¨ä½œå¯¦é©—,按åå¹´å£½å‘½ä¼°ç®—ï¼Œä¸€å€‹å¸æ™‚çš„å¯¦é©—è¦æ¶ˆè€—ä¸Šç™¾å…ƒã€‚è€Œç”¨è™›æ“¬å„€å™¨ä½œå¯¦é©—ï¼Œæˆæœ¬ä½Žå»‰çš„多,ç¶ä¿®é‡ä¹Ÿå¾ˆä½Žã€‚ä¸åƒæ˜‚貴的臺å¼å„€å™¨é‚£æ¨£ï¼Œç”Ÿæ€•出å•題,ç¶ä¿®è²»ä¹Ÿå分昂貴。
4ï¼Žåˆ©ç”¨å¤šåª’é«”ã€æ ¡åœ’ç¶²ã€å› 特網ç‰è¨ˆç®—æ©ŸæŠ€è¡“ï¼Œå¯¦ç¾æ•™å¸æ‰‹æ®µçš„ç¾ä»£åŒ–。
在CDT的教å¸å¯¦è¸ä¸ï¼Œå€ŸåŠ©è™›æ“¬å„€å™¨æŠ€è¡“ï¼Œå°±æŠŠå„€å™¨æŠ€è¡“èˆ‡è¨ˆç®—æ©ŸæŠ€è¡“ç›¸çµåˆï¼Œå¯ä»¥å……分地利用計算機的軟硬件資æºï¼Œç·Šè·Ÿä¿¡æ¯æ™‚代的å‰é€²æ¥ä¼ã€‚在實驗進行éŽç¨‹ä¸ï¼Œè²ã€å…‰ã€å‹•ç•«ç‰å„種手段相çµåˆï¼Œä½¿æ•™å¸æ›´ç”Ÿå‹•ã€æ›´å½¢è±¡ï¼Œç†è«–和實際相çµåˆçš„æ›´ç·Šå¯†ã€‚將來實ç¾ç¶²çµ¡åŒ–æ•™å¸åŽï¼Œåœ¨æ•¸æ“šå‚³è¼¸ã€è³‡æºå…±äº«ã€ä¿¡æ¯ä¸‹è¼‰å’Œé 程教å¸å„æ–¹é¢ï¼Œå°±æœƒæä¾›æ›´å¤§çš„æ–¹ä¾¿ã€‚如果ä¸ä½¿ç”¨è™›æ“¬å„€å™¨æŠ€è¡“,這些都是ä¸å¯èƒ½çš„。
二.虛擬儀器技術應用于CDTå¯¦è¸æ•™å¸çš„實例
例一:在åŒä¸€å¯¦é©—æ¢ä»¶ä¸‹ç”¨è™›æ“¬é »èœåˆ†æžå„€å’ŒHP3562A 動態信號分æžå„€æ•æ‰é›»æ©Ÿåº§çš„æŒ¯å‹•速度功率èœã€‚如圖一ã€åœ–二所示。
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[/align]
說明:這是一個典型的電機振動èœåœ–,å¯ä»¥æ˜Žé¡¯çœ‹å‡ºï¼Œå…©åœ–的功率èœç·šåˆ†å¸ƒè¶¨å‹¢æ˜¯åŸºæœ¬ç›¸åŒçš„。二者的功率èœåˆ†å¸ƒä¸»è¦é›†ä¸åœ¨500HZ 以下èœå€å…§ã€‚峰值èœç·šå°æ‡‰çš„é »çŽ‡éƒ½æ˜¯ç‚º60~70(HZ),功率å‡ç‚º-37dB å·¦å³ã€‚在1KHZ~1.6KHZ 和接近3KHZ 都有相åŒçš„功率èœç·šçš„èµ·ä¼è¶¨å‹¢ã€‚在4.6KHZ 處尖峰,由于èœç·šåˆ†è¾¨çŽ‡çš„é—œç³»ï¼Œè™›æ“¬é »èœåˆ†æžå„€é›–有表ç¾ï¼Œä½†ä¸æ˜Žé¡¯ã€‚應該說,用于教å¸å¯¦é©—還是完全å‹ä»»çš„。æ³ä¸”è™›æ“¬é »èœåˆ†æžå„€é‚„æœ‰åŽŸå§‹çš„æ™‚åŸŸæ³¢å½¢åœ–åŒæ™‚é¡¯ç¤ºã€‚é€™å°±ç‚ºå¯¦é©—æ•™å¸æä¾›äº†å¾ˆå¤§æ–¹ä¾¿ã€‚
例二:在åŒä¸€å¯¦é©—æ¢ä¸‹ï¼Œç”¨å‰µå»ºçš„自相關分æžè™›æ“¬å„€å™¨å’ŒHP3562A 動態信號分æžå„€å°åŒä¸€å€‹æ··æœ‰éš¨æ©Ÿå™ªè²çš„電機座振動信號進行自相關測é‡ã€‚æå–復雜周期振動信號,如圖三ã€åœ–四所示。
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[/align]
èªªæ˜Žï¼šæŠŠåœ–ä¸‰å’Œåœ–å››ç›¸æ¯”è¼ƒï¼Œè‡ªç›¸é—œåŽæå–的振動波形為兩個形狀,周期,相ä½éƒ½å分相似的復雜周期振動信號。都有效地消除了隨機噪è²ã€‚而且,虛擬儀器還有一個顯示原始混有噪è²çš„æŒ¯å‹•波形圖。相比之下,比HP3562A更方便。這種分æžï¼Œåœ¨CDT ä¸å分有用,講解起來很困難。但借助虛擬儀器技術真是åˆç›´è§€ï¼Œåˆæ–¹ä¾¿ã€‚
三ã€çµèªž
通éŽä¸€å¹´å¤šçš„實è¸ï¼Œäº‹å¯¦è‰æ˜Žï¼šå€ŸåŠ©è™›æ“¬å„€å™¨æŠ€è¡“å®Œæˆã€Šè¨å‚™æ•…障診斷技術》課程ä¸çš„相關實驗,具有實驗效率高ã€è¨å‚™è²»ç”¨ä½Žã€å¯¦é©—內容è±å¯Œã€ä½¿ç”¨æ–¹ä¾¿ã€ç•Œé¢å‹å¥½ã€é›†æˆæ€§å¼·ã€èˆ‡è¨ˆç®—æ©ŸæŠ€è¡“åŒæ¥ç™¼å±•ç‰æ˜Žé¡¯å„ªå‹¢ã€‚這就為é™ä½Žå¯¦é©—æˆæœ¬ï¼Œæ›´æ–°æ•™å¸æ–¹æ³•,æé«˜æ•™å¸è³ªé‡èµ·äº†éžå¸¸é‡è¦çš„作用。å¯ä»¥è‚¯å®šåœ°èªªï¼Œåˆ©ç”¨è™›æ“¬å„€å™¨æŠ€è¡“,進行《è¨å‚™æ•…障診斷技術》的教å¸å¯¦é©—,相å°äºŽé›»å·¥æŠ€è¡“,電åå¸æŠ€è¡“çš„å¯¦é©—è€Œè¨€ï¼Œæ¯”ä½¿ç”¨åŠŸèƒ½å›ºå®šçš„è‡ºå¼å„€å™¨æœ‰æ›´å¤§çš„å„ªå‹¢ã€‚ç•¶ç„¶ï¼Œåœ¨åˆ†è¾¨çŽ‡ã€æ¸¬é‡ç²¾åº¦ã€å‹•態范åœã€é•·æœŸç©©å®šæ€§è«¸æ–¹é¢ï¼Œç›¸å°äºŽè‡ºå¼å„€å™¨è€Œè¨€ï¼Œè™›æ“¬å„€å™¨çš„æ€§èƒ½é‚„éœ€é€²ä¸€æ¥æ”¹å–„(這主è¦èˆ‡æˆ‘們的硬件é…置相關)。但是,就教å¸å¯¦é©—è¨å‚™æŠ•資和ä¿è‰æ•™å¸è³ªé‡è€Œè¨€ï¼Œè™›æ“¬å„€å™¨æœ‰æ›´é«˜çš„æ€§èƒ½åƒ¹æ ¼æ¯”,這是確定無疑的。
綜上所述,我們èªç‚ºï¼šåœ¨ã€Šè¨å‚™æ•…障診斷技術》課程ä¸ï¼Œä½¿ç”¨è™›æ“¬å„€å™¨æŠ€è¡“完æˆç›¸é—œå¯¦é©—,是必è¦å’Œå¯è¡Œçš„,是實驗教å¸çš„首鏿–¹æ¡ˆï¼Œä¹Ÿæ˜¯ç›¸é—œå¯¦é©—室建è¨çš„必由之路。
åƒè€ƒæ–‡ç»
<1>labVIEW Use Manual National Instruments Corporation 1999
<2>馬法æˆï¼Œç‰. 虛擬儀器技術在實驗教å¸ä¸çš„æ‡‰ç”¨.第å屆VXI æŠ€è¡“ç ”è¨Žæœƒè«–æ–‡é›†ï¼Œå»£è¥¿åŒ—æµ·ï¼Œ2001.4 ,105-109