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多通道光电振测仪振动信号处理系统研制

施金金  
【摘要】:机械设备的使用是现代工业生产的标志之一。而随着工业技术越来越发达,大型、精密、综合性、自动化、重载化、系统化旋转机械设备的使用正越来越频繁。正因为如此,设备不可避免会出现各种各样的故障,以致失去了预定的功能,甚至造成灾难性后果。美空军对产品故障调查表明,振动引起的故障占27%,在工业生产中振动所带来的危害不容忽视。为了保证旋转机械设备的正常运行,及时准确地对机械设备的各种异常或故障状态做出诊断,预防甚至消除故障,显得越来越重要。本文针对振动源振动的复杂性,设计研发了一套专门用于光纤张力筛选机振动导轮检测的多通道光电振测仪振动信号处理系统,将多种时域、频域信号处理方法运用其中。本文的主要研究成果如下:(1)开发了一套多通道光电振动监控系统本课题设计了硬件信号采集模块、USB数据通信模块、上位机软件、以及信号时域、频域分析模块,实现旋转振动源的振动信号分析从采集到传输到处理到应用的完整系统。(2)开发基于USB 2.0的高速传输模块对于下层采集及数字化模块采集到的信号信息,通过USB 2.0接口协议高速、准确的传输到上层软件系统中,侧重在固件程序、驱动程序、应用程序的设计。(3)上层软件的设计及实现主要是系统软件开发原则及功能需求分析,并在此基础上,基于Visual Studio2013和Qt 5.1进行易用性软件界面及软件功能模块的一一设计及实现。(4)重点研究设计数字信号预处理算法、时域处理算法及频域处理算法预处理算法下,对比分析了预滤波、零均值化、错点剔除、趋势项消除等几种常用的信号预处理流程,并最终采用除错点剔除以外的另外三种预处理方法,保证信号的有效性;时域算法下,采用及对比多种原函数提取方式:拉格朗日插值法、样条插值法、最小二乘法,并最终采用最小二乘法;采用及对比多重方式的数值积分方法,最终获得需要监测的位移原函数数据,在此基础上进行整体机械运行情况的监控;频域算法下采用及对比了FFT、Zoom-FFT、自适应处理算法,在经典的FFT算法外,研究了现代小波分析技术,并将其运用到信号故障分析中。


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