基于usb的便携式动态信号分析仪的设计.doc

基于USB的便携式动态信号分析仪的设计

摘    要

人类已经进入信息时代，信息己经成为人类生活和科学技术发展的日益重要的资源。动态信号分析技术就是以捕捉和处理各种动态信息为目的的一门综合技术，它在当代科学技术中占有相当重要的地位。
本文在对数字信号处理算法和北京阿尔泰科公司的基于USB总线的数据采集卡USB2088软硬件接口分析研究的基础上，提出了基于USB的动态信号分析仪的整体设计方案并完成了信号分析软件系统的设计。
在对数据采集卡USB2088硬件和软件接口仔细介绍的基础上，本文首先讲述了如何才能更有效的来实施我们的数据采集，随后对动态信号分析系统的理论基础即数字信号与处理进行了详细论述，接下来介绍了系统的硬件和软件的设计，最后结合机械故障产生的原因和故障信号的典型特征，为动态信号分析仪的应用指明了方向。
动态信号分析系统是一个复杂的系统，这次开发的基于USB的便携式动态信号分析系统，仅仅是在这方面的一种尝试。在今后的科研工作中，将会对该系统进行进一步的完善，使之能最终面向工业现场。

关键词：动态信号分析，机械故障诊断，数字信号处理
 
 

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   录

中文摘要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
1绪论 1
  1.1课题的目的及意义 1
    1.1.1课题的目的和意义 1
    1.1.2国内外的发展现状 2
  1.2 论文任务和主要内容 4
    1.2.1 论文任务 4
    1.2.2论文主要内容 5
2 数据采集 6
  2.1 采集卡选型 6
  2.2 采集卡AD函数介绍 6
  2.3 AD采集函数的ADBuffer缓冲区中的数据排放规则 7
  2.4关于基于USB总线的大容量连续数据采集技术 9
  2.5本章小结 11
3 数字信号处理基础 12
  3.1傅立叶变换 12
    3.1.1 离散时间傅立叶变换 12
    3.1.2 离散傅立叶变换 12
    3.1.3 快速离散傅立叶变换 14
    3.1.4 快速傅立叶逆变换 15
   3.1.5 频谱泄露和加窗效应 15
  3.2 相关分析方法 16
  3.3 功率谱估计 18
  3.4 信号倒频域分析 19
  3.5 小结 20
4 系统整体设计 21
  4.1 系统整体方案设计 21
  4.2 系统硬件设计 21
    4.2.1 计算机硬件平台的选择 22
    4.2.2 传感器选择 22
    4.2.3 采集卡的选择 22
  4.3 系统软件设计 23
    4.3.1 操作系统选择 23
    4.3.2 开发平台选择 23
    4.3.3 面向对象的程序设计方法 23
    4.3.4软件系统界面设计和功能设计 24
  4.4 小结 27
 5 信号分析仪在机械故障诊断领域的应用 28
  5.1 信号在机械故障诊断的应用概述 28
  5.2 机械设备震动的形式和原因 29
  5.3 震动分析的几种方法 30
    5.3.1 注意发展和变化 30
    5.3.2 分析振动的频率成分 30
    5.3.3 分析振动的方向性和幅值稳定性 31
    5.3.4 边频分析 31
    5.3.5 分析波形变化 32
    5.3.6 观察随转速的变化 33
 5.4 常见故障原因及其特征 33
    5.4.1 不平衡 33
    5.4.2 不对中 34
    5.4.3  机械松动 35
    5.4.4  转子或轴裂纹 35
    5.4.5  滚动轴承 36
    5.4.6  滑动轴承 36
5.5  小结 38
6  总结与展望 39
  6.1 工作总结 39
  6.2 不足与展望 39
参考文献 40
附录A：程序中主要功能的C++代码 42