多通道故障信号的采集处理及实现
发布时间:2008/5/26 0:00:00 访问次数:854
多通道故障信号的采集处理及实现 摘要：鉴于故障特征信号的多样性，对机械设备需测取不同的信号进行分析，以提高诊断的合理性。为此我们用面向对象的方法实现了多通道信号的数据采集，并编制了多种处理算法，提高了信号的信噪比。 关键词：采集 面向对象 预处理 故障诊断
机械设备故障诊断涉及的面很广，单从选用的特征信号来看就有很多种。每种信号有各自的特点，有不同的应用场合；而每一种故障又可能表现出若干特征，故障信息可能包含在几种特征信号之中。因此，对于一个复杂的机械系统往往需要测取不同的信号然后进行综合分析，以提高诊断的可靠性。在实际中，往往通过多路传感器综合测试，并通过多路ａ／ｄ转换送入计算机从而把所需的包含故障主要信息的特征信号尽可能提取出来，如图１。这样的综合测试可全面地测量出故障信号，测试时间少，信号真实准确。为此，我们在ｗｉｎｄｏｗｓ环境下，采用面向对象编程实现了故障信号的多通道数据采集[１][２][３][５]。考虑到测试信号含有的噪声信号，提供并实现了几种处理算法，其中主要介绍了倒谱分析在诊断中的应用。
１ 数据采集
１.１ 原理
数据采集是把代表故障特征的模拟信号进行数字离散化。机械设备故障特征信号经过电荷放大器和抗混迭滤波器滤去与故障特征信号无关的高频与低频信号，再经过ａ／ｄ转换到达计算机。ａ／ｄ转换芯片采用ａｎａｌｏｇ ｄｉｖｉｃｅｓ公司产品ａｄ１７６４，该芯片为１２位逐次比较型高速ａ／ｄ转换芯片，内部含有采样保持器。转换速度的时间为８．５μｓ，加上采保时间１．５μｓ则完成一次采样转换的时间为１０μｓ，因此本板最高采样频率为１００ｋｈｚ。ａ／ｄ板通道控制采用软件选择方式，通过通道预置寄存器任意选择转换通道。在实际中使用了ａ／ｄ转换板上的５个通道ｃｈ１～ｃｈ５，且每个通道的增益可设。ａ／ｄ转换的触发信号是由板上定时器８２５３的０通道发出的，通过编程利用８２５３定时计数器发出等间隔定时脉冲来连续触发ａ／ｄ转换，同时查询状态位同步读取数据，可获得准确的采样频率。
１.２ 软件实现
为提高采样速度，ａ／ｄ转换程序采用汇编语言编写，由ｂｏｒｌａｎｄ ｃ＋＋５．０编制的主程序调用。可完成单通道、多通道以及大容量的数据采集，并且可设置采样数据长度、采样频率和每一个通道的程控放大倍数。参数设置全部集成在一个对话框类中，有良好的人机对话界面，如图２所示。
其中设置通道控件弹出一个对话框用来设置通道，最多为５个通道；设置频率控件弹出对话框可在３０ｈｚ～１００ｋｈｚ之间设置采样频率；设置增益控件弹出对话框可分别设置通道增益为１、２、４、６、８、１６倍；采样长度控件弹出的对话框允许用户在（１、２、４、６、８、１６、２４）×１０２４点中选择。这５个对话框类都是从基类（ｔｄｉａｌｏｇ）派生出来的子类，并形成各具自己功能的类。这些类采用了继承、友员、封装、多态的特性，共同完成ａ／ｄ参数设置。其中图２所对应的对话框类是最主要的，由它创建和关闭其它四个对话框类的实例。它有一个ｐａｒａｍ结构，用户设置的ａ／ｄ参数多存贮在此结构中。为保存这些参数，定义了如下的数据结构：
ｔｙｐｅｄｅｆ ｓｔｕｒｃｔ{
ｉｎｔ ｎｕｍｂｅｒ； ／／总共采集通道数
ｄｏｕｂｌｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ； ／／采样频率
ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｉｎｔ ｌｅｎｇｔｈ； ／／采样数据长度
ｉｎｔ ｃｈａｎｎｅｌ[５]； ／／采样通道号
ｉｎｔ ｇａｉｎ[５]； ／／采样通道增益
多通道故障信号的采集处理及实现 摘要：鉴于故障特征信号的多样性，对机械设备需测取不同的信号进行分析，以提高诊断的合理性。为此我们用面向对象的方法实现了多通道信号的数据采集，并编制了多种处理算法，提高了信号的信噪比。 关键词：采集 面向对象 预处理 故障诊断
机械设备故障诊断涉及的面很广，单从选用的特征信号来看就有很多种。每种信号有各自的特点，有不同的应用场合；而每一种故障又可能表现出若干特征，故障信息可能包含在几种特征信号之中。因此，对于一个复杂的机械系统往往需要测取不同的信号然后进行综合分析，以提高诊断的可靠性。在实际中，往往通过多路传感器综合测试，并通过多路ａ／ｄ转换送入计算机从而把所需的包含故障主要信息的特征信号尽可能提取出来，如图１。这样的综合测试可全面地测量出故障信号，测试时间少，信号真实准确。为此，我们在ｗｉｎｄｏｗｓ环境下，采用面向对象编程实现了故障信号的多通道数据采集[１][２][３][５]。考虑到测试信号含有的噪声信号，提供并实现了几种处理算法，其中主要介绍了倒谱分析在诊断中的应用。
１ 数据采集
１.１ 原理
数据采集是把代表故障特征的模拟信号进行数字离散化。机械设备故障特征信号经过电荷放大器和抗混迭滤波器滤去与故障特征信号无关的高频与低频信号，再经过ａ／ｄ转换到达计算机。ａ／ｄ转换芯片采用ａｎａｌｏｇ ｄｉｖｉｃｅｓ公司产品ａｄ１７６４，该芯片为１２位逐次比较型高速ａ／ｄ转换芯片，内部含有采样保持器。转换速度的时间为８．５μｓ，加上采保时间１．５μｓ则完成一次采样转换的时间为１０μｓ，因此本板最高采样频率为１００ｋｈｚ。ａ／ｄ板通道控制采用软件选择方式，通过通道预置寄存器任意选择转换通道。在实际中使用了ａ／ｄ转换板上的５个通道ｃｈ１～ｃｈ５，且每个通道的增益可设。ａ／ｄ转换的触发信号是由板上定时器８２５３的０通道发出的，通过编程利用８２５３定时计数器发出等间隔定时脉冲来连续触发ａ／ｄ转换，同时查询状态位同步读取数据，可获得准确的采样频率。
１.２ 软件实现
为提高采样速度，ａ／ｄ转换程序采用汇编语言编写，由ｂｏｒｌａｎｄ ｃ＋＋５．０编制的主程序调用。可完成单通道、多通道以及大容量的数据采集，并且可设置采样数据长度、采样频率和每一个通道的程控放大倍数。参数设置全部集成在一个对话框类中，有良好的人机对话界面，如图２所示。
其中设置通道控件弹出一个对话框用来设置通道，最多为５个通道；设置频率控件弹出对话框可在３０ｈｚ～１００ｋｈｚ之间设置采样频率；设置增益控件弹出对话框可分别设置通道增益为１、２、４、６、８、１６倍；采样长度控件弹出的对话框允许用户在（１、２、４、６、８、１６、２４）×１０２４点中选择。这５个对话框类都是从基类（ｔｄｉａｌｏｇ）派生出来的子类，并形成各具自己功能的类。这些类采用了继承、友员、封装、多态的特性，共同完成ａ／ｄ参数设置。其中图２所对应的对话框类是最主要的，由它创建和关闭其它四个对话框类的实例。它有一个ｐａｒａｍ结构，用户设置的ａ／ｄ参数多存贮在此结构中。为保存这些参数，定义了如下的数据结构：
ｔｙｐｅｄｅｆ ｓｔｕｒｃｔ{
ｉｎｔ ｎｕｍｂｅｒ； ／／总共采集通道数
ｄｏｕｂｌｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ； ／／采样频率
ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｉｎｔ ｌｅｎｇｔｈ； ／／采样数据长度
ｉｎｔ ｃｈａｎｎｅｌ[５]； ／／采样通道号
ｉｎｔ ｇａｉｎ[５]； ／／采样通道增益
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