基于VR技術(shù)的離心泵振動(dòng)測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊曉珍

（懷化職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 懷化 418000）

基于VR技術(shù)的離心泵振動(dòng)測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊曉珍

（懷化職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 懷化 418000）

文章為了對(duì)離心泵振動(dòng)測試系統(tǒng)進(jìn)行研究，在基于VR技術(shù)的條件下，從離心泵振動(dòng)測試系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)方面入手，分別設(shè)計(jì)了離心泵振動(dòng)測試系統(tǒng)的循環(huán)回路裝置、數(shù)據(jù)采集處理裝置、數(shù)據(jù)采集模塊、信號(hào)處理與分析模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與輸出模塊等，希望促使離心泵振動(dòng)測試系統(tǒng)更具有實(shí)用性和準(zhǔn)確度。

VR技術(shù)；離心泵；振動(dòng)測試

離心泵屬于比較常見的一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械，在其運(yùn)行的過程當(dāng)中會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。一般情況下，離心泵的振動(dòng)對(duì)其工作效率以及使用壽命均會(huì)產(chǎn)生影響，更關(guān)系到離心泵的可靠性與安全性。離心泵在運(yùn)行中產(chǎn)生振動(dòng)的原因較復(fù)雜，因而需要設(shè)計(jì)良好的振動(dòng)測試系統(tǒng)做出分析和研究。在現(xiàn)今計(jì)算機(jī)技術(shù)獲得迅猛發(fā)展的時(shí)代，VR技術(shù)的出現(xiàn)使傳統(tǒng)振動(dòng)測試系統(tǒng)中檢測結(jié)果可靠性難以保證、成本較高、儀器復(fù)雜等制約均得到了改善，在硬件與軟件相結(jié)合的情況下，便于構(gòu)建具有良好穩(wěn)定性、成本較低、性能良好的測試系統(tǒng)，更能夠促使其得到廣泛應(yīng)用。

1 離心泵振動(dòng)測試系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 離心泵振動(dòng)測試系統(tǒng)循環(huán)回路裝置

離心泵振動(dòng)測試系統(tǒng)的循環(huán)回路裝置當(dāng)中主要包括了管路系統(tǒng)、穩(wěn)流罐、離心泵、汽蝕罐等，其構(gòu)成基本如圖1所示。其中，管路系統(tǒng)主要是指各個(gè)管路的接頭以及入孔蓋處均需要添加適當(dāng)?shù)哪z墊，以防止裝置漏水，保障其具有良好的密閉性。穩(wěn)流罐是能夠流入到流量計(jì)的液流，具有更加穩(wěn)定和均勻流速。汽蝕罐有助于降低離心泵入口的壓力，促使進(jìn)口的水流具有穩(wěn)定性。

圖1 離心泵振動(dòng)測試系統(tǒng)循環(huán)回路裝置

1.2 離心泵振動(dòng)測試系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集處理裝置

（1）振動(dòng)加速度傳感器。此處可以選取電量輸出與所測試加速度值呈正比的壓電式振動(dòng)加速度傳感器。該類型傳感器的性能參數(shù)如表1所示，具有較強(qiáng)的輸出信號(hào)抗干擾能力，能夠降低測試噪聲。振動(dòng)加速度傳感器主要與數(shù)據(jù)采集卡鏈接，通過設(shè)置將會(huì)促使電信號(hào)直接成為振動(dòng)加速度的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)快速、便捷的信號(hào)轉(zhuǎn)換。在振動(dòng)加速度傳感器設(shè)計(jì)中，需要重視選取振動(dòng)傳感器的測點(diǎn)，盡量使其能夠?qū)εc整個(gè)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行中的振動(dòng)狀態(tài)做出描述。一般認(rèn)為該測點(diǎn)應(yīng)該選取靠近設(shè)備電機(jī)一側(cè)的軸承座處，采用徑向測量獲得具有代表性的振動(dòng)測試信號(hào)。例如，振動(dòng)加速度傳感器可以對(duì)以下三個(gè)方向的振動(dòng)信號(hào)做出測試，如圖2、圖3所示。

表1 振動(dòng)加速度傳感器性能參數(shù)

圖2 振動(dòng)加速度傳感器測試離心泵振動(dòng)X、Y方向測試點(diǎn)布置

圖3 振動(dòng)加速度傳感器測試離心泵振動(dòng)Z方向測試點(diǎn)布置

（2）信號(hào)調(diào)理裝置。離心泵運(yùn)行產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)，經(jīng)由傳感器轉(zhuǎn)換而成的電信號(hào)能夠?qū)υ肼曌龀鰷y量，但是需要對(duì)該信號(hào)做出調(diào)整與處理，以便將電信號(hào)進(jìn)行形式的轉(zhuǎn)變，促使數(shù)據(jù)采集卡更加容易處理、接受與顯示。

（3）數(shù)據(jù)采集卡。離心泵振動(dòng)測試系統(tǒng)當(dāng)中，需要能夠向機(jī)械運(yùn)行時(shí)不同方向所產(chǎn)生的振動(dòng)做出多測點(diǎn)的信號(hào)采集，因而需要設(shè)計(jì)多方式和多渠道的數(shù)據(jù)采集模塊。依據(jù)當(dāng)前計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的狀態(tài)，已經(jīng)出現(xiàn)了全新的動(dòng)態(tài)信號(hào)采集模塊，通過軟件便能夠?qū)τ布龀鲈O(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，并不需要用戶根據(jù)需求改動(dòng)硬件的任何參數(shù)。此時(shí)，必須要通過數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集模塊的有效運(yùn)行。數(shù)據(jù)采集卡性能參數(shù)基本如表2所示：

表2 數(shù)據(jù)采集卡性能參數(shù)

（4）PXI機(jī)箱。PXI機(jī)箱在整個(gè)離心泵振動(dòng)測試系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)當(dāng)中能夠促使測試效果更加良好，因此需要重視PXI機(jī)箱的選擇。例如PXI-1042Q機(jī)箱，能夠提供較高的數(shù)據(jù)采集帶寬，促成更加良好的定時(shí)與同步測試，與此同時(shí)，該P(yáng)XI機(jī)箱能夠與整個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中現(xiàn)有的諸多軟件，以及其他PXI模塊兼容，由此，在對(duì)測量精度做出改進(jìn)，對(duì)吞吐量進(jìn)行增加后，整個(gè)機(jī)箱在數(shù)據(jù)采集方面具有更高的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。

2 離心泵振動(dòng)測試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

（1）數(shù)據(jù)采集模塊。數(shù)據(jù)采集可以說是整個(gè)虛擬儀器最重要的，亦是最基本的組成部分，能夠?yàn)檎麄€(gè)離心泵振動(dòng)測試系統(tǒng)提供必要的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集模塊所獲取的數(shù)據(jù)信號(hào)是否準(zhǔn)確，與整個(gè)系統(tǒng)的振動(dòng)分析存在著密切的關(guān)聯(lián)，即信號(hào)準(zhǔn)確，振動(dòng)分析比較可靠。根據(jù)著名學(xué)者奈奎斯特所做出的抽樣定理可以發(fā)現(xiàn)，在數(shù)據(jù)采集的頻率大于最高頻率2倍時(shí)，所收集到的數(shù)據(jù)信號(hào)頻譜并不會(huì)出現(xiàn)混疊。因此可以根據(jù)該定力對(duì)振動(dòng)測試的采集頻率做出調(diào)整。此外，數(shù)據(jù)采集模塊中的信號(hào)拆分功能，將系統(tǒng)所有通道內(nèi)的信號(hào)均實(shí)現(xiàn)分離，在應(yīng)用Waveform Graph函數(shù)后能夠形成離心泵振動(dòng)測試的加速度實(shí)時(shí)波形圖。上文測試系統(tǒng)中X方向的振動(dòng)加速度實(shí)時(shí)波形圖如圖4所示。

圖4 X方向的振動(dòng)加速度實(shí)時(shí)波形圖

（2）信號(hào)處理與分析模塊。對(duì)離心泵進(jìn)行振動(dòng)測試與分析，應(yīng)該做出準(zhǔn)確的振動(dòng)噪聲采集，因而需要抑制測量噪聲，將振動(dòng)信號(hào)當(dāng)中會(huì)高頻部分消除。此時(shí)，應(yīng)該相應(yīng)使用低通濾波器。基于VR技術(shù)的背景下，可以使低通濾波器對(duì)所數(shù)據(jù)采集其所獲取的機(jī)械振動(dòng)信號(hào)做出濾波。若在整個(gè)離心泵上選取3個(gè)通道，并且在每一個(gè)通道上均設(shè)置相應(yīng)的頻率采集，以及頻率截止，便能夠?qū)崿F(xiàn)基本的低通濾波。由此，LabView將能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)所獲取的信號(hào)數(shù)據(jù)做出實(shí)時(shí)處理，進(jìn)而形成離心泵的振動(dòng)信號(hào)頻譜，便于對(duì)其振動(dòng)作出分析。

（3）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與輸出模塊。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與輸出模塊亦是整個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中比較重要的組成部門，能夠通過LabView中的功能函數(shù)對(duì)振動(dòng)測試結(jié)果進(jìn)行記錄。對(duì)于一個(gè)采樣周期內(nèi)所獲得的多方面振動(dòng)測量數(shù)據(jù)，可以根據(jù)最初的設(shè)置將其安全存儲(chǔ)，進(jìn)而存放至指定文件中，便于后續(xù)對(duì)其進(jìn)行分析。由于整個(gè)振動(dòng)測試系統(tǒng)當(dāng)中存在不同模塊，若要將各個(gè)模塊進(jìn)行有效關(guān)聯(lián)，必須由主程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，進(jìn)而做出調(diào)換。

3 結(jié)語

綜上所述，當(dāng)前眾多學(xué)者均比較偏向于研究離心泵內(nèi)部流動(dòng)所有道的振動(dòng)噪聲，主要由于近年來我國國民經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，離心泵已經(jīng)成為了一項(xiàng)重要的通用機(jī)械。與此用時(shí)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，亦促使了虛擬儀器得以廣泛應(yīng)用?；谔摂M儀器產(chǎn)生與發(fā)展的背景下，結(jié)合數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，可以進(jìn)一步研發(fā)離心泵振動(dòng)測試與分析系統(tǒng)。同時(shí)，該系統(tǒng)具有擴(kuò)展性較強(qiáng)、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理、開發(fā)周期較短、測試性能優(yōu)良等特點(diǎn)，有效了改善了傳統(tǒng)離心泵在此方面存在的弊端。

［1］陳璐.基于虛擬儀器的高頻角振動(dòng)測試系統(tǒng)研制［J］.計(jì)測技術(shù)，2013，2（15）：32-36.

［2］陳俊強(qiáng)，張瑞洋，姚會(huì)玲.基于虛擬儀器的振動(dòng)測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.糧食與食品工業(yè)，2011，3（6）：42-44.

［3］龐爾軍，王曉龍，于虹.基于虛擬儀器技術(shù)的振動(dòng)測試分析系統(tǒng)［J］.機(jī)床與液壓，2014，7（11）：171-173.

湖南省教育廳資助項(xiàng)目（13C745）。

楊曉珍（1972-），女，湖南會(huì)同人，碩士研究生，副教授。