转子实验台数据处理系统的设计.doc

济南大学毕业设计

--
1前言
1.1课题来源与背景
机械工程学院测试实验室现有的转子实验台是一种用来模拟旋转机械振动的试验装置，主要用于在实验室验证扰性转子轴系的强迫振动和自激振动特性。该装置包括试验台底座、直流电机、转子、联轴器、轴承座、涡电流传感器、光电转速传感器、电容传感器、支架等组成部分，转子实验台实物图如图1.1所示。

图1.1转子实验台实物图

当时，该实验台只能对转子振动信号进行采集后，才能进行数据处理，不能实时的对转子振动信号进行监测。振动信号的实时监测能够对工作设备进行早期的预防和护。现代科学技术的飞速发展为解决这一系列问题提供了可能，例如，济南重工150吨重的铸钢件加入了SSEON在线评定型振动时效装置，能有效的分析有效振型，对工件准确实效。天津东正测控技术发展有限公司的DZY-09液压振动压实仪具有液压夹紧、液压提升、及液压脱模功能等功能。南京东大测振仪器厂开发出了振动数据采集分析系统，该系统主要用于测量、分析和诊断大型的旋转机械设备。美国Michigan大学化工系创VRICHEL(VirtualRealityInChemicalEngineeringLaboratory)将虚拟实验技术应在化学实验领域，设计了很多著名虚拟实验。
1.2课题的意义
机械工程学院测试实验室现有的转子试验台是一种用来模拟旋转机械振动的试验装置，主要用于在实验室验证扰性转子轴系的强迫振动和自激振动特性。它能有效地再现大型旋转机械所产生的多种振动现象。生活中处处都有旋转机械，旋转机械主要由于振动故障而损坏，给社会造成了巨大的经济损失。旋转机械的管理和维护的主要手段就是对其振动信号进行监测和诊断，振动信号的频谱特性最能有效的反应旋转机械故障的原因。因此通过对振动信号的采集和处理，可以让我们更好的维护和管理旋转机械，为社会创造巨大的经济效益[1]。
1.3课题的设计内容
转子试验台是机电测控课程群测控实验建设的主要设备之一，是各大学与实验室进行教学与实验的重要工具。转子试验台可进行转速控制、振动测量等测控实验，将其用于教学实践中，可以很好地将理论与实践结合起来，加深学生对测控系统的理解。
本设计基于机械学院测试实验室的转子振动模拟试验台，由于该转子实验台不能对振动信号进行实时采集和检测。本设计主要解决的问题就是设计一套合理的数据采集模块和实时数据处理软件实现振动信号的实时检测和在线软件处理。
1.4课程的主要任务
课程的主要任务包括：
（1）设计合理的数据采集模块；
（2）数据处理软件实现数据的在线处理。
（3）绘制采集卡电路原理图和PCB图。
（4）程序流程图、程序清单、实验数据及运行性能指标。

2数据采集系统硬件电路的设计
2.1引言
数据采集系统是计算机周围环境连接的纽带，是获取外部信息的途径，数据采集技术已应用到工农业生产中，为生活和工作提供了便利，推动了社会生产自动化的进程。
数据采集就是将被测物体的各种参数通过传感器做适当的转换后，在经过数据的的调理、采集、量化、标定、传输等过程，再传送到控制器进行数据的存储和处理的过程[2]。
在测量系统应用中，数据采集卡以其价格低廉、高性能、易组态的特点深受使用者的欢迎，成为测控系统的主流产品，各大专业测控公司都生产各种基于ISA、Pcl的数据采集卡供用户选用。
本设计的目的是要设计一个数据采集系统，将采集到的振动信号在数据采集卡中进行处理后，再通过USB接口送到计算机上再进行数据处理，实现对振动信号的实时监测和诊断。根据设计的要求，该硬件系统由六部分构成：（1）测振动的传感器及其外围电路，（2）数据采集卡与传感器的接口电路，（3）USB最小系统电路，（4）电源管理电路等。
2.2数据采集卡的工作原理
一个实用数据采集系统的硬件组成一般有传感器、前置放大器、滤波器、多路模拟开关、采样/保持（S/H）器、模/数（A/D）转换器和计算机系统组成，根据采集的精度、速率、通道数等诸元素选择合适的芯片，设计时应充分注意抗干扰的性能，对A/D采集更为重要。数据采集系统的硬件组成如图2.1所示。

电容传感器1
前置放大器
滤波器
多路模拟开关
滤波器
前置放大器
光电传感器
S/H
A/D
计算机系统
滤波器
前置放大器
磁电传感器3

图2.1数据采集系统的硬件组成

本文设计的数据采集卡主要想实现的功能是实现对电容传感器、磁电传感器和光电传感器的记录以及对采集的一些简单控制。
2.3采集卡选用
2.3.1数据采集的特点
数据采集系统的主要特点
（1）数据采集系统一般都是有计算机或单片机控制，控制器多种多样，可以根据自己的需要，选择控制器。
（2）软件可以在数据采集系统代替一些硬件的功能，这样可以让用户灵活的进行设计。
（3）随着科学技术的飞速发展，电路的集中度越来越高