基于DRVI虚拟仪器技术的锭子振动测试系统研究

摘 要:锭子是纺纱机械的标志性零部件,锭子性能的优劣直接反映了纺纱设备水平的高低。在引入VI概念和构成的基础上,阐述了将VI思想与传统测试方法相结合应用于锭子振动测试与分析的虚拟式测试技术,提出了相应的测试系统硬件组成和软件结构,对锭子轴心振动进行研究,对提高锭子的性能及纺纱质量有重大的意义。

关键词:锭子;振动测试

中图分类号:TB

文献标识码:A

文章编号:1672-3198(2010)08-0295-02

在纺织行业中,锭子是一个重要的专件,锭子性能的优劣对生产效率和纱线质量具有决定性的影响。在使用过程中,锭子高速旋转,极小的加工误差或变形都可能引起强烈的振动。过大的振动是导致锭子不能正常工作的主要原因之一。同时在锭子处于超临界回转时,还有可能伴随着包括自激振动和分谐波振动的低频振动,引起筒管窜动、纱线断头,造成纺纱张力波动、管纱成形不良,加快了机件的磨损,缩短了锭子的使用寿命。

为了便于进行锭子的动态分析,改善锭子的振动特性,达到控制锭子运动稳定性的目的,需要借助各种新型测试手段。引入VI(虚拟仪器,Virtual Instrument)的技术思想,构建一种质量高、成本低、功能强、更新快、软件化和开放性的锭子振动测试与分析的虚拟式测试系统,显得尤为重要。它将为寻找减少锭子振动的措施及研制新一代锭子的机械结构提供科学依据。

1 有关VI的技术思想及其应用

测试技术和计算机技术的飞速发展,促使计算机硬件、软件向测试与分析仪器领域密集渗透、相互结合,共同孕育并构成了一类全新概念的VI技术。它的核心思想是以计算机硬件为平台,借助与计算机总线槽匹配的相应模块化硬件插卡,利用计算机的软件资源,将传统测试与分析仪器的专业化功能以及形象逼真的操作面板控件软件化,并以文件形式存贮在计算机内的软件库中,在计算机的统一指挥和协调下,利用计算机的运算、处理、存贮、显示、打印、管理等功能,完成传统测试与分析任务。这种把测试系统与计算机硬件通过应用程序集成融合,并通过图形界面操作设定测试与分析功能的方法,彻底改变了传统测试系统一经设计便不可改变其功能和性能的封闭性。它是测试技术概念的延伸,是传统测试系统结构、模式乃至概念的革新。

正是利用了集成测试的手段,才可将某种或者多种测试与分析仪器的若干功能及其面板控件等以软件形式集成于计算机内的VI软件库中,通过匹配相应的模块化硬件转换接口,在一台计算机上实现被集成测试与分析的所有功能,使虚拟式测试与分析仪器演变成具有集成性、开放性、投入少、产出高、成本低、更新快、智能化、信息化、模块化、标准化、绿色化的先进产品。这是测试技术领域里一次重要的突破。

2 基于DRVI虚拟仪器链子振动测试

2.1 锭子振动测试与分析的内容

在研究锭子的运动规律、了解锭子的振动特性、判别锭子的制造质量、选择锭子的合理工作转速区域及其结构形式和支承条件、控制锭子的运动稳定性、进行锭子的改进设计、改善锭子的运转性能时,锭子振动测试是必不可少的内容,它关系到锭子的运转情况是否达到对锭子的性能要求,实现高转速、低噪声、低功耗、运转平稳、使用寿命长的目标。

由于锭子的动力特性直接影响着管纱成品的质量和产量的提高,为此可将模态分析方法应用于锭子结构的动力学研究中,以解决锭子在工作时的动力响应及其稳定性问题,了解锭子在振动时的固有特征,寻找锭子结构的动态设计和参数优化处理方法的理论依据及技术措施。

目前,锭子振动测试与分析系统大多采用OSV一1型光电式锭子振动轨迹测定仪等传统仪器设备,通过日本小野测器公司CF一920或美国惠普公司HP一3652等各种FFT动态信号分析仪以及X—Y记录仪、指示仪、示波器、存贮器等对测得的锭子振动信号进行分析研究,以获取更多的有关锭子振动性质、动态特性、模态参数等信息。但这些仪器设备成本高、售价贵、可调性差,如果运用Ⅵ的方法,就可充分享用计算机的智能资源,以最少的投入、最高的产出来自行定义、设置和组建所需的仪器系统及其功能,这是现代测试技术的特征之一。

2.2 DRVI虚拟仪器

虚拟仪器,实际上就是一种基于计算机的自动化测试仪器系统。虚拟仪器通过软件将计算机硬件资源与仪器硬件有机的融合为一体,从而把计算机强大的计算处理能力和仪器硬件的测量,控制能力结合在一起,大大缩小了仪器硬件的成本和体积,并通过软件实现对数据的显示、存储以及分析处理。

DRVI是基于软件总线和芯片结构的快速可重组虚拟仪器开发平台。DRVI采用软件开放结构和COM/DOM组件的即插即用特性来设计的具有计算机硬件模块化组装特点的面向用户的可在线编程、调试和重组的新型虚拟仪器技术。该仪器技术的主体为一个带软件控制线和数据线的软主板,其上可插接内存条、软仪表盘、软信号发生器、软信号处理电路、软波形显示芯片等软件芯片组.并能与A/D卡、I/O卡等信号采集硬件进行组合与连接。构成一个能根据应用需求快速可重组的虚拟仪器。

2.3 虚拟仪器锭子振动测试系统的硬件组成

结合VI的技术思想,可将传统的OSV一1型光电式锭子振动轨迹测定仪中的光电式传感器及其包含的前置级、功放级、整流滤波级测量电路,以及压电式加速传感器及其前置放大器电路、压电式力传感器及其前置放大器电路、信号发生器、功率放大器、激振器等有关器件,通过A/D转换器和微型计算机及其外围设备组成一种以计算机为中心的虚拟式锭子振动测试系统,分别用来进行锭子振动测试和模态参数分析。测定锭子的锭端振动及其轨迹时,可用系统中由两套光源和硅光电池组成的非接触型光电式传感器,进行分配,分别测量位于其中央位置的锭子运转时,在两个相互垂直方向的振动分量,并经合成得出空锭或满纱情况下的锭子运动轨迹,测定锭子的振动幅值、临界转速,从而研究锭子运动的稳定性。在进行锭子结构的动力学分析时,可对压电式加速传感器检测到的响应点振动信号与压电式力传感器检测到的激励点信号,经计算机进行H等适当的数据处理,通过频谱分析、模态分析等手段,根据锭子振动信号中的主要频率成分估算锭子振动根源、在随机激励下进行锭子的机械阻抗测试和模态参数识别,提取各种有用信息,研究锭子的动力特性。所有的锭子振动定量、定性测试分析内容及其选择、使用等均由计算机协调、控制和管理。

2.4 锭子振动测试系统应具备的功能

随着计算机与数字信号处理技术的高速发展,基于计算机的数字化测试技术在各个行业都得到了广泛的应用。为了方便、锭子振动轨迹测试系统应具有以下功能:

2.4.1 数据采集与存储

振动数据的采集是锭子振动特性分析的第一步根据锭子振动的特点与选用的电涡流传感器,采用深圳市蓝津信息技术有限公司的集前端信号采集、信号激励输出及软件加密等功能于一体的数据采集仪。

2.4.2 信号处理与显示

对数据采集仪所采集到的信号进行放大、滤波等处理后,在计算机上显示出振动轨迹。此环节采用DRVI软件编程来实现的。

2.5 锭子振动测试系统的设计

锭子振动测试系统是由几个部分组成的:锭子振动测试平台、传感器(一对电涡流位移传感器)、数据采集仪、计算机以及相应的测试软件即DRVI软件。设计通过电涡流传感器测量并转换锭端振动的位移信号,经数据采集仪采集该信号,最后在虚拟仪器平台上显示出锭子振动的轴心轨迹。

锭子振动测试系统的原理框图如下:

图1 锭子振动虚拟仪器测试系统原理框架图

虚拟式锭子振动测试系统软件的核心是在基于Windows平台的可视化编程工具Microsoft Visual C++6.0LSJ集成开发环境中研制设计的,它采用面向对象的编程模式,把系统的数据、模块等所有资源均看成对象,进行程序设计,搭建虚拟面板,并利用VC++6.0这种几乎可与汇编语言执行速度相媲美的编译型语言,保证系统的实时性、动态性、准确性和可视化。由计算机软件实现锭子振动信号的处理、计算、分析等功能,通过包含动态旋钮、按钮、指示灯、显示窗口等逼真的虚拟面板获得各类有关锭子振动的图形、数据等信息。

3 结论

VI技术是上世纪80年代才兴起的一项全新技术,随着信息技术的发展,VI技术将成为本世纪测试技术的发展方向之一。本文论述的基于VI思想的虚拟式锭子振动测试技术,就是VI技术在锭子振动传统测试系统中的具体应用。它使锭子振动研究得以运用现代测试技术和新的试验分析手段,并通过在信号分析模块中引入神经网络BP算法、小波变换算法等先进方法,结合转子动力学、机械振动学、模态分析和油膜阻尼等理论,使虚拟式锭子振动测试系统扩展成为功能更为复杂的综合性测试与分析系统,对锭子结构进行智能化分析和诊断,从而大大加快并推广应用于各类棉、毛、麻、化纤等新型锭子研究设计的过程,大大降低锭子研制及分析的成本,对提高纺织企业的经济效益、改善纺织车间的作业环境起到重要的促进作用。

另外,与传统的测试仪器相比,基于DRVI虚拟仪器的锭子振动测试系统具有研制成本低、周期短、开放性好、简单实用等优点。其性能可靠,避免了传统硬件仪器易损、维修等诸多损耗。虚拟仪器技术简便、灵活、易分析,取代了传统体积笨重的示波器、数字万用表,利用其强大的图形语言功能,满足了测试系统的要求。该系统强大的分析功能,形象直观的图形化界面,即点即用的虚拟面板,尤其适用于在线分析测试和试验研究。

参考文献

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[2]Dan Strassberg.Virtual Instrument Software Goes 32 bit[J].EDN,1996,(1):77-84.

[3]傅志方.振动模态分析与参数辨识[M].北京:机械工业出版社,1990.

[4]朱浩,汤振民,俞鸿勋等.纺织电测技术[M].北京:纺织工业出版社,1989.

[5]深圳市蓝津信息技术有限公司.DRVI快速可重组虚拟仪器平台用户使用手册[Z].2005.

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