基于LabVIEW的時域積分的加速度信號的處理

王興明 王成軍

【摘 要】多維振動鑄造機的振動頻率和振幅大小影響鑄件的品質和力學性能，因而對振動頻率和振幅的研究是多維鑄造機設計中非常重要的內容，以此提高鑄件的質量。采用壓電式加速度傳感器對多維鑄造機振動進行在線測試，利用LabVIEW軟件開發平臺，采用擬合多項式消除趨勢項，實現多維鑄造機振動頻率信號和位移信號的處理和顯示。實驗表明，該試驗平臺結構簡單、響應速度快、抗干擾能力強，具有較高的可靠度。

【Abstract】The vibration frequency and the amplitude of multidimensional vibrating casting machine can influence the quality and mechanical properties of the casting， so， to research the vibration frequency and the amplitude is an important content of multidimensional vibrating casting machine design， to improve the quality of the casting. The vibration of multi dimensional casting machine is tested on-line by using piezoelectric accelerometer. LabVIEW software development platform is adopted to eliminate the trend items by fitting polynomial， and to realize the processing and display of vibration frequency signal and displacement signal of multidimensional casting machine. The experimental results show that the platform has the advantages of simple structure， fast response， strong anti-interference ability and high reliability.

【關鍵詞】多維振動鑄造機；時域積分；頻率；加速度；趨勢項；LabVIEW

【Keywords】multi-dimensional vibration casting machine； time domain integral； frequency； acceleration； trend term； LabVIEW

【中圖分類號】TP391 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）03-0156-02

1 引言

鑄造水平的高低能衡量一個國家的工業水平[1]。經實驗研究發現，振動的幅度和頻率會對鑄件的性能和質量產生顯著影響。振幅的大小及振動頻率的高低對鑄件的影響規律研究需要通過實驗裝置進行實時測量、分析，因此，需要開發專用的多維振動測試系統，對多維振動鑄造機的振動參數進行測試、分析，為多維振動鑄造機的產品開發和多維振動鑄造工藝設計提供參考。

2 編程語言

LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Work-bench） 是由美國NI公司（ National Instruments，國家儀器公司）開發出的一款功能強大且易于編程的儀器和分析軟件，編程語言為G語言（圖形化編程語言）。

3 測試對象

測試的對象是安徽理工大學自主開發研制的具有三個運動自由度的多維振動鑄造機，其激振機構采用一種完全解耦的混聯機構2PRRR—P（2R），能夠實現砂箱沿X、Y、Z三個方向進行直線往復運動。振動鑄造機的振動頻率和振動幅度與負載密切相關，為了更直觀地觀測砂箱在各方向上位移的大小，采取空載測試方式，優選Z軸方向。

4 測試條件

采用的是壓電式晶體三軸加速度傳感器測量；采用歸一化電荷放大器，且自帶低通濾波器；采集卡為NI USB-6242，采集信號為模擬電壓信號。由于實際的采樣振動加速度信號，在去直流信號后仍存在偏差， 因此對加速度信號積分后會產生趨勢項[2]。

5 信號處理

加速度求位移，常用的處理方法有頻域分析法和時域分析法兩種。對加速度信號直接在時域上進行積分可可避免傅里葉變換引起的截斷誤差。

6 加速度信號處理程序

7 結論

本文利用壓電式加速度傳感器、信號調理設備、數據采集卡、PC機組成測量振動位移信號的硬件系統，采用圖形化編程軟件LabVIEW開發數據采集程序及基于擬合多項式極值消除趨勢算法程序。在多維振動鑄造機試驗臺上完成了實際振動位移測量。結果證明了該方法可以有效地將振動加速度信號變換成振動位移信號，很好地抑制了積分過程中趨勢項的影響，能夠達到實際振動測試的任務要求。

【參考文獻】

【1】王成軍，何濤，陳蕾，等.三維并聯振動鑄造機的設計與運動性能分析[J].機械設計與研究，2012，28（5）：100-102.

【2】曾杰，黃河清，朱石沙，等.基于頻域積分的振動參量轉換的波形基線修正算法[J].機床與液壓，2010，38（11）：147-148.