測試系統硬件設計系統結構圖系統結構框，它包括了被測對象、數據采集部分、振動激勵部分及計算機。其中被測對象為機械工程測試實驗臺上的懸臂梁。通過激振器使其產生振動，從而得到它的動態特性。

　　系統硬件包括傳感器、電荷放大器、數據采集卡、激振器和計算機。

　　（1）傳感器和電荷放大器：選用壓電加速度傳感。壓電加速度傳感器是一種機電傳感器，在其輸出端會產生與它所受加速度成正比的電壓或電荷。電荷放大器是針對壓電式加速度計的測量電路，是一種前置放大器，它的輸出電壓正比于輸入電荷。

　　（2）數據采集卡：用來將傳感器的電信號采集到計算機的一種裝置。一個典型的數據采集卡的功能有模擬輸入（簡稱模入）、模擬輸出（簡稱模出）數字I/O、計數器/計時器等。本設計中選用了美國NI公司的Lab-PC-1200數據采集卡作為數據采集設備。它適用于PCAT及其兼容機的數據采集和控制設備。它可以直接插在計算機的ISA擴展槽中。

　　（3）本系統對計算機沒有特別的要求，為了降低系統成本，選擇性能比較穩定、可以與Lab-PC-1200數據采集卡相配套使用的通用計算機。軟件設計軟件編程采用LabVIEW軟件，它是一種32位編譯型的圖形化編程語言，使用數據流的編程方法描述程序的執行，用圖標和連線編寫程序。其應用程序由三部分組成：前面板、框圖程序和圖標連接器。

　　本測試系統適用于機械工程振動測試實驗，為了便于每一個學生參與實驗，本系統基于計算機網絡，振動實驗測試的計算機是校園網的一部分，當振動測試主機進行振動實驗，在校園網的其他計算機上就可通過網絡采集到的實驗數據進行振動測試實驗。所以軟件分成兩大部分，即數據采集部分和振動測度實驗部分。

　　教師在數據采集端上進行振動測試，學生在分機上進行振動測試實驗時，為得到測試數據必須正確填寫主機的IP地址。

　　振動測試數據采集軟件設計測試系統數據采集前面板數據采集部分前面板設計如所示。

　　軟件程序框圖設計如所示，主要功能包括數據采集、傳輸數據、加窗處理、圖形顯示等功能。在進行測試前，首先要對系統進行參數設置，包括采樣頻率的設定、采樣通道的選擇、緩存區和采樣數的選定。

　　數據采集主要功能如下：（1）首先是設置采樣頻率。采樣頻率是信號處理的重要參數，為了使軟件具有通用性，采樣頻率由用戶明確。用戶可按動數值欄左邊的上下鍵，或直接輸入數值測試系統數據采集程序框圖來確定采樣參數，采樣頻率的單位是Hz.

　　信號采樣使用循環緩沖區設置，實現對信號連續采集，實時分析。根據采樣定理，測量的采樣頻率應該滿足fs2fc.

　　其中fs為采樣率（單位Hz），fc為信號頻率（單位為Hz）。

　　（2）選擇采樣通道以及緩存區和采樣數，通道選擇通過在數據采集前面板上直接輸入數值來選定。

　　（3）數據采集使用實用函數AIContinuousScan，使用循環緩沖方式輸入。帶緩存設置的連續采集每次讀出一個二維數組的數據。數組列數是設定的信道數目，數組行數是設定的每次讀取數據數目。

　　（4）在服務器端設置電荷放大器增益參數和采樣率，各數據通過Datasocketwrite函數傳輸到計算機網絡上。振動測試實驗系統軟件設計測試實驗系統前面板振動測試實驗系統部分前面板設計如示。軟件程序框圖設計如示。

　　軟件的各功能模塊調用了LabVIEW中相關的子VI，通過數據流的正確連接即可實現各功能。如：（1）數據采集是調用的DatasocketRead函數從網絡上接收數據，數字濾波部分采用Analyze-SignalProcessing-filters函數子模板的巴特沃斯濾波函數ButterworthFilter，設置為低通濾波，濾除測試實驗系統程序框圖信號中的噪聲和不需要的頻率成分。（2）窗函數選用了LabVIEW的Analyze-SignalProcessing-Windows子模板中用于處理寬帶隨機信號的漢寧窗。

　　（3）頻譜分析選用了Analyze-SignalProcessing-FrequencyDomain函數子模板中的三個函數。AutoPoewrspectrum函數用快速傅立葉變換計算出時域信號的自功率譜；SpectrumUnitConversion函數將自功率譜轉換為需要的格式；PowerFrequencyEstimate函數計算出自功率譜中的頻率峰值。

　　（4）本系統中構造了一個DetrendVI消除趨勢項。DetrendVI調用了以最小二乘法擬合直線的LinearFit函數擬合趨勢項，然后在數據中減去趨勢項。這也是目前工程上消除趨項最常用的方法。

　　（5）數據存取應用Function-FileI/O子模板中的WritetoSpreadsheetFile函數，把測試數據作為一個電子表格格式文件存盤，可以用Excel程序打開進行打印、分析、制作曲線圖等。

　　結束語傳統的振動測試中使用示波器顯示振動加速度的電壓波形，測試其時域信號，使用頻譜儀顯示其頻域信號。而本文介紹的虛擬振動測試系統充分發揮了計算機與軟件設計的靈活性。改變了傳統的儀器操作方式，儀器界面直觀易用，儀器功能還可擴展。測試數據可以統一顯示、記錄。提高了測試效率，降低了測試成本，性價比高。

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