基于USB的便攜式動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀的設(shè)計(jì)

摘    要

人類已經(jīng)進(jìn)入信息時(shí)代，信息己經(jīng)成為人類生活和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日益重要的資源。動(dòng)態(tài)信號(hào)分析技術(shù)就是以捕捉和處理各種動(dòng)態(tài)信息為目的的一門綜合技術(shù)，它在當(dāng)代科學(xué)技術(shù)中占有相當(dāng)重要的地位。
本文在對(duì)數(shù)字信號(hào)處理算法和北京阿爾泰科公司的基于USB總線的數(shù)據(jù)采集卡USB2088軟硬件接口分析研究的基礎(chǔ)上，提出了基于USB的動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀的整體設(shè)計(jì)方案并完成了信號(hào)分析軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
在對(duì)數(shù)據(jù)采集卡USB2088硬件和軟件接口仔細(xì)介紹的基礎(chǔ)上，本文首先講述了如何才能更有效的來實(shí)施我們的數(shù)據(jù)采集，隨后對(duì)動(dòng)態(tài)信號(hào)分析系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)即數(shù)字信號(hào)與處理進(jìn)行了詳細(xì)論述，接下來介紹了系統(tǒng)的硬件和軟件的設(shè)計(jì)，最后結(jié)合機(jī)械故障產(chǎn)生的原因和故障信號(hào)的典型特征，為動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀的應(yīng)用指明了方向。
動(dòng)態(tài)信號(hào)分析系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，這次開發(fā)的基于USB的便攜式動(dòng)態(tài)信號(hào)分析系統(tǒng)，僅僅是在這方面的一種嘗試。在今后的科研工作中，將會(huì)對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的完善，使之能最終面向工業(yè)現(xiàn)場。

關(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài)信號(hào)分析，機(jī)械故障診斷，數(shù)字信號(hào)處理
 
 

ABSTRACT

In the epoch of information, it becomes the more and more important resource in the life and technology domain gradually. Dynamic signal test technology is the very integrated one in order to acquisition and process various dynamic signal.
This paper Introduces a systems solution of the portable dynamic signal analyzer based on USB and develop the software system based on the author’s study in the algorithm of data signal processing and the interface of the USB2088 which is made by Bei Jing Art Technology Development Co.  ,Ltd.
Based on the study of the interface of the DAQ, first of all, his paper introduces a method how to make the work of data acquisition become more efficient. Then this paper elaborate on the theory of the data signal processing and the design of the system's hardware and software was following. At last this paper list some characteristic of the mechanical failure and introduces the method to use the Dynamic Signal Analyzer.
The system of Dynamic Signal Analyzer is a very complicated system. So this system of portable dynamic signal analyzer based on USB just is a trial. I will develop this system in the future to make it use in occasion of industry.

Key words： Dynamic Signal Analysis, Mechanical Fault Diagnosis, Data Signal Processing

目   錄

中文摘要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
1緒論 1
  1.1課題的目的及意義 1
    1.1.1課題的目的和意義 1
    1.1.2國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀 2
  1.2 論文任務(wù)和主要內(nèi)容 4
    1.2.1 論文任務(wù) 4
    1.2.2論文主要內(nèi)容 5
2 數(shù)據(jù)采集 6
  2.1 采集卡選型 6
  2.2 采集卡AD函數(shù)介紹 6
  2.3 AD采集函數(shù)的ADBuffer緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)排放規(guī)則 7
  2.4關(guān)于基于USB總線的大容量連續(xù)數(shù)據(jù)采集技術(shù) 9
  2.5本章小結(jié) 11
3 數(shù)字信號(hào)處理基礎(chǔ) 12
  3.1傅立葉變換 12
    3.1.1 離散時(shí)間傅立葉變換 12
    3.1.2 離散傅立葉變換 12
    3.1.3 快速離散傅立葉變換 14
    3.1.4 快速傅立葉逆變換 15
   3.1.5 頻譜泄露和加窗效應(yīng) 15
  3.2 相關(guān)分析方法 16
  3.3 功率譜估計(jì) 18
  3.4 信號(hào)倒頻域分析 19
  3.5 小結(jié) 20
4 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 21
  4.1 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) 21
  4.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 21
    4.2.1 計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)的選擇 22
    4.2.2 傳感器選擇 22
    4.2.3 采集卡的選擇 22
  4.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 23
    4.3.1 操作系統(tǒng)選擇 23
    4.3.2 開發(fā)平臺(tái)選擇 23
    4.3.3 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法 23
    4.3.4軟件系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)和功能設(shè)計(jì) 24
  4.4 小結(jié) 27
 5 信號(hào)分析儀在機(jī)械故障診斷領(lǐng)域的應(yīng)用 28
  5.1 信號(hào)在機(jī)械故障診斷的應(yīng)用概述 28
  5.2 機(jī)械設(shè)備震動(dòng)的形式和原因 29
  5.3 震動(dòng)分析的幾種方法 30
    5.3.1 注意發(fā)展和變化 30
    5.3.2 分析振動(dòng)的頻率成分 30
    5.3.3 分析振動(dòng)的方向性和幅值穩(wěn)定性 31
    5.3.4 邊頻分析 31
    5.3.5 分析波形變化 32
    5.3.6 觀察隨轉(zhuǎn)速的變化 33
 5.4 常見故障原因及其特征 33
    5.4.1 不平衡 33
    5.4.2 不對(duì)中 34
    5.4.3  機(jī)械松動(dòng) 35
    5.4.4  轉(zhuǎn)子或軸裂紋 35
    5.4.5  滾動(dòng)軸承 36
    5.4.6  滑動(dòng)軸承 36
5.5  小結(jié) 38
6  總結(jié)與展望 39
  6.1 工作總結(jié) 39
  6.2 不足與展望 39
參考文獻(xiàn) 40
附錄A：程序中主要功能的C++代碼 42