多功能集成式振动信号采集与分析系统设计

摘要

机械故障诊断技术对保证企业设备安全、正常生产至关重要，基于振动特征分析的诊断技术是生产中应用最广泛、最行之有效的方法。基于微机的振动信号检测与分析系统是生产和科研中振动诊断技术应用的主要仪器。但日前这类系统的数据采集器、信号处理器、电源等装置各自独立，且只能测试单一的振动信号，整个系统组成部分多而大，现场应用极为不便。而现有部分功能强大、集成度高的产品，价格昂贵，又难以普及。
　　论文设计了基于微机的多功能集成式振动信号采集与分析系统，包括信号采集硬件体系的设计及信号采集与分析软件体系的开发。硬件体系设计的主要任务是集成式振动信号采集器的设计，该装置采用高度集成的便携式方案，将数据采集电路、信号调理电路、自带供电电源集成于一体。软件体系采用Dephi与MATLAB混合编程，Innosetup制作软件安装包，其功能模块包括数据采集、滤波处理、时域分析、频域分析、幅域分析、时频绘图、文件操作等。论文详细介绍了系统的整体结构设计，信号调理电路（包括滤波、积分、解调、抗混频电路）设计，USB数据采集电路设计、并行I/O扩展电路设计、电源电路设计、采集与分析软件设计等，并对系统整体性能进行了调试与实验测试，验证了设计的合理性。
　　本系统可对8路位移、加速度信号拾取、滤波、积分、解调、抗混频、A/D转换处理并采集分析。测试时只需简单的通过软件的可视化界面参数选取或输入便可对信号采集与处理电路的各功能模块进行控制，实现了软硬件的有机结合。整个系统结构紧凑、体积小、重量轻、无需外接电源、携带使用方便，特别适用于现场测试。

目录

声明

摘要

第一章 引言

1．1 项目的提出及背景意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文主要研究内容

1．4 论文研究方案及技术路线

1．5 本章小结

第二章 信号采集硬件体系的设计

2．1 信号采集硬件系统设计概述

2．1．1 信号采集技术的基本概念

2．1．2 信号采集系统的基本组成

2．1．3 信号采集系统的硬件特性

2．1．4 本系统信号采集硬件体系的结构组成

2．2 信号调理电路设计

2．2．1 滤波电路设计

2．2．2 积分电路设计

2．2．3 解调电路设计

2．2．4 抗混频电路设计

2．3 USB数据采集电路设计

2．3．1 USB数据采集原理

2．3．2 USB数据采集电路设计

2．4 并行I／O扩展电路设计

2．5 电源电路设计

2．6 传感器的选用

2．6．1 压电加速度传感器

2．6．2 电涡流位移传感器

2．7 本章小结

第三章 信号采集与分析软件体系的设计

3．1 振动信号处理与分析技术

3．1．1 数字滤波处理

3．1．2 时域分析

3．1．3 频域分析

3．1．4 幅域分析

3．2 基于Delphi与MATLAB的混合编程研究

3．2．1 Delphi简介

3．2．2 MATLAB信号处理工具箱简介及特点

3．2．3 基于MATLAB编程的可执行文件的生成

3．2．4 MATLAB程序和数据文件之间的数据传输技术

3．2．5 Delphi环境下数据传输技术

3．2．6 Delphi环境下应用程序的启动

3．3 信号采集分析软件的设计与实现

3．3．1 软件的总体数据库结构

3．3．2 软件总体结构流程

3．3．3 USB接口控制的实现

3．3．4 信号采集功能模块的实现

3．3．5 信号分析处理功能模块的实现

3．4 基于Innosetup的安装程序的制作

3．5 本章小结

第四章 系统性能调试及应用实例

4．1 系统性能调试

4．1．1 信号调理电路性能调试

4．1．2 电源电路性能调试

4．1．3 系统软件性能调试

4．2 系统应用实例

4．3 本章小结

第五章 研究总结与展望

5．1 研究总结

5．2 进一步研究工作

参考文献

主要研究成果

致谢

附录