1、华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p1工程测试技术工程测试技术主讲教师：来五星博士、副教授李锡文博士、教授实验教师：黄弢高级工程师办公电话： 87557415 87559004移动电话：13349831325, 18971072799电子邮件： 办公地址：新大楼东楼B305 新大楼东楼C306华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p2工程测试技术工程测试技术课件资料下载：课件资料下载：邮箱地址：邮箱地址： “机械工程测试机械工程测试”每个字拼音的第一个字母每个字拼音的第一个字母 密码：密码：111111注意下载时不要删除原始文件注意下载时不要删除原始文件 华中科技大学机械学院华中科
2、技大学机械学院 p3工程测试技术工程测试技术第六章、工程测试案例分析第六章、工程测试案例分析工程测试技术工程测试技术华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p4 计算机虚拟仪器技术 轴心轨迹测量 桩基应力波检测 楼宇安防系统 IC卡智能水表 汽车安全气囊测控 气体温度测量本章学习内容：本章学习内容：本章学习要求：本章学习要求：1. 了解虚拟仪器的构成和工作原理 2. 了解常用的虚拟仪器开发平台3. 了解典型的工程测试案例第六章、工程测试案例分析第六章、工程测试案例分析华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p56.1计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术6.1计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器
3、技术虚拟仪器是在虚拟仪器是在PC基础上通过增加相关硬件和软件构建而成的、具有基础上通过增加相关硬件和软件构建而成的、具有可视化界面的可重用测试仪器系统。可视化界面的可重用测试仪器系统。是在计算机上显示传统仪器面板，将硬件电路完成的信号调理和处理是在计算机上显示传统仪器面板，将硬件电路完成的信号调理和处理功能由计算机程序完成。功能由计算机程序完成。硬件功能软件化硬件功能软件化是虚拟仪器的一大特征。是虚拟仪器的一大特征。 1. 虚拟仪器定义虚拟仪器定义(Virtual Instrument, VI)华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p62. 虚拟仪器技术的发展过程虚拟仪器技术的发展过程6.
4、1计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p7模拟仪器模拟仪器计算机化仪器计算机化仪器仪器化计算机仪器化计算机6.1计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p8传统仪器传统仪器: :厂商定义厂商定义虚拟仪器虚拟仪器: :用户定义用户定义PROCESSOR BUSConditioningTimingA/DD/ADI/OTI/ODISPLAY AND CONTROL488 PORT PMathMEMORYPROMPROCESSOR BUSConditioningTimingA/DD/ADI/OTI/ODISPLAY AND
5、 CONTROL488 PORT PMathMEMORYPROMControl PanelFlowPressure Alarm ConditionsSTOPTemperature传统仪器的功能是由厂商事先定义好的，其功能用户无法变更。传统仪器的功能是由厂商事先定义好的，其功能用户无法变更。虚拟仪器最大的特点是其功能由软件定义，可以由用户根据应用需要虚拟仪器最大的特点是其功能由软件定义，可以由用户根据应用需要进行调整，用户选择不同的应用软件就可以形成不同的虚拟仪器。进行调整，用户选择不同的应用软件就可以形成不同的虚拟仪器。当虚拟仪器用户需要改变仪器功能或需要构造新的仪器时，可以由用当虚拟仪器用户
6、需要改变仪器功能或需要构造新的仪器时，可以由用户自己改变应用软件来实现，而不必重新购买新的仪器。户自己改变应用软件来实现，而不必重新购买新的仪器。3. 仪器定义和功能的转变仪器定义和功能的转变6.1计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p94. 用户定义虚拟仪器的优点用户定义虚拟仪器的优点费用费用性能性能 用户定义用户定义 费用低费用低 灵活灵活 可再用性可再用性 可重新配置可重新配置6.1计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p105. 虚拟仪器分类虚拟仪器分类PC-DAQ 测试系统：以数据采集卡测试系统：以数据
7、采集卡(DAQ卡卡)、计算机和虚拟仪、计算机和虚拟仪器软件构成的测试系统。器软件构成的测试系统。GPIB 系统：以系统：以GPIB 标准总线仪器、计算机和虚拟仪器软件标准总线仪器、计算机和虚拟仪器软件构成的测试系统。构成的测试系统。PXI系统：以系统：以PXI标准总线仪器、计算机和虚拟仪器软件构成标准总线仪器、计算机和虚拟仪器软件构成的测试系统。的测试系统。VXI系统：以系统：以VXI标准总线仪器、计算机和虚拟仪器软件构成标准总线仪器、计算机和虚拟仪器软件构成的测试系统。的测试系统。现场总线系统：以现场总线仪器、计算机和虚拟仪器软件构成现场总线系统：以现场总线仪器、计算机和虚拟仪器软件构成的测
8、试系统。的测试系统。串口系统：以串口系统：以RS232标准串行总线仪器、计算机和虚拟仪器软标准串行总线仪器、计算机和虚拟仪器软件构成的测试系统。件构成的测试系统。根据虚拟仪器所采用的信号测量硬件模块的不同，虚拟仪器可以分为下面几种形式：6.1计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p11(1) 基于基于PC-DAQ 数据采集卡的虚拟仪器系统数据采集卡的虚拟仪器系统通过通过/转换将模拟信号转化成数字信号，送入计算机进行分析、处理、转换将模拟信号转化成数字信号，送入计算机进行分析、处理、显示等；显示等；再通过再通过/转换把数字控制量转化成模拟控制量，送到执行器
9、，从而实转换把数字控制量转化成模拟控制量，送到执行器，从而实现反馈控制。现反馈控制。根据需要还可加入信号调理和实时数字信号处理技术根据需要还可加入信号调理和实时数字信号处理技术(Digital Signal Processing， DSP)等硬件模块。等硬件模块。6.1计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p12(2)基于通用接口总线基于通用接口总线GPIB 接口的仪器系统接口的仪器系统利用利用GPIB 接口卡将若干接口卡将若干GPIB (General Purpose Interface Bus)仪器连仪器连接起来，用计算机增强传统仪器的功能。接起来，
10、用计算机增强传统仪器的功能。运用运用GPIB 扩展技术，可以很方便地将多台仪器组合起来，形成较大的扩展技术，可以很方便地将多台仪器组合起来，形成较大的自动测量测试系统。自动测量测试系统。用计算机实现对仪器的操作和控制，替代传统的人工操作方式，实现用计算机实现对仪器的操作和控制，替代传统的人工操作方式，实现自动测试，排除人为因素造成的测试测量误差。自动测试，排除人为因素造成的测试测量误差。可以很方便扩展传统仪器的功能。可以很方便扩展传统仪器的功能。GPIB 于于1978年问世，为年问世，为IEEE488标准。标准。 6.1计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术华中科技大学机械学院华中科技大学机械学
11、院 p13(3) 基于基于PXI 总线的虚拟仪器系统总线的虚拟仪器系统PXI (PCIbus eXtension for Instrument)总线是一种高速计算机总线，即总线是一种高速计算机总线，即PCI (Peripheral Component Interconnect)总线在仪器领域的扩展。总线在仪器领域的扩展。PXI总线模块是另一种新型的基于板卡式相对独立的模块化仪器，从物总线模块是另一种新型的基于板卡式相对独立的模块化仪器，从物理结构看，一个理结构看，一个PXI总线系统包括：总线系统包括： 一块为嵌入模块提供安装环境的一块为嵌入模块提供安装环境的背板背板及其机箱及其机箱 一个控制背
12、板上时序和协调各一个控制背板上时序和协调各PXI板卡的板卡的主控制器主控制器 若干插接在背板上的若干插接在背板上的PXI 板卡板卡CompactPCI总线由多家总线由多家厂商于厂商于1994年提出。年提出。 PXI总线由美国总线由美国NI等公司等公司于于1997年发布。年发布。6.1计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p14(4) 基于基于VXI 总线的虚拟仪器系统总线的虚拟仪器系统VXI (VME Bus Extension for Instrument)总总线是一种高速计算机总线，即线是一种高速计算机总线，即VME(Versa Module Eur
13、ocard)总线在仪器领域的扩展。总线在仪器领域的扩展。其物理结构包括其物理结构包括VXI背板、背板、VXI主控制器和主控制器和VXI板卡等组成。板卡等组成。VXI和和PXI都具有标准开放、结构紧凑、数都具有标准开放、结构紧凑、数据吞吐能力强，定时和同步精确，模块可重据吞吐能力强，定时和同步精确，模块可重复利用，对速度、精度要求不高，众多仪器复利用，对速度、精度要求不高，众多仪器厂商支持等优点，很快得到了广泛的应用。厂商支持等优点，很快得到了广泛的应用。VXI比比PXI总线出现稍早，成本相对昂贵，总线出现稍早，成本相对昂贵，主要用于军方和环境要求苛刻的场合。主要用于军方和环境要求苛刻的场合。由
14、于由于PXI系统兼容系统兼容PCI总线和总线和CompactPCI总总线，其出现后发展迅猛，大有取代线，其出现后发展迅猛，大有取代VXI系统系统之势。之势。VXI总线由总线由HP等公司于等公司于1987年提出，年提出，1992年成年成为为IEEE 1155标准。标准。 6.1计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p15现场总线现场总线(Field Bus)仪器，是一种用于恶劣环境条件下的、抗干扰能仪器，是一种用于恶劣环境条件下的、抗干扰能力很强的总线仪器模块。力很强的总线仪器模块。与上述的其它硬件功能模块相类似，在计算机中安装了现场总线接口与上述的其它硬
15、件功能模块相类似，在计算机中安装了现场总线接口卡后，通过现场总线专用连接电缆，就可以构成计算机虚拟仪器测试卡后，通过现场总线专用连接电缆，就可以构成计算机虚拟仪器测试系统，实现用计算机对现场总线仪器进行控制。系统，实现用计算机对现场总线仪器进行控制。目前工业以太网在测控系统中也获得了大量应用，但工业以太网往往目前工业以太网在测控系统中也获得了大量应用，但工业以太网往往用于系统的上层，下层仍然多采用现场总线。用于系统的上层，下层仍然多采用现场总线。(5) 现场总线模块现场总线模块6.1计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p16(6) 串行接口仪器串行接口
16、仪器很多仪器带有很多仪器带有RS232 串行接口，通过连接电缆将仪器与计算机相连就串行接口，通过连接电缆将仪器与计算机相连就可以构成计算机虚拟仪器测试系统，实现用计算机对仪器进行控制。可以构成计算机虚拟仪器测试系统，实现用计算机对仪器进行控制。在要求高速和实时的环境里，目前的一个发展趋势是采用在要求高速和实时的环境里，目前的一个发展趋势是采用USB串行接串行接口（或口（或IEEE1394串行接口），以解决串行接口），以解决RS232串行接口传输速率过低的串行接口传输速率过低的缺点。缺点。RS23215.2kb/s15mUSB1.012Mb/s30mRS42210Mb/s120mUSB2.048
17、0Mb/s30mRS485IEEE1394400Mb/s72m6.1计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p176. 虚拟仪器的两条发展道路虚拟仪器的两条发展道路(a) 适合大型高精度集成系统适合大型高精度集成系统(c) 虚拟仪器的发展取决于三个重要因素：虚拟仪器的发展取决于三个重要因素： 计算机是载体；计算机是载体； 软件是核心；软件是核心； 高质量的高质量的A/D采集卡及调理放大器是关键。采集卡及调理放大器是关键。GPIBVXIPXI197819871997(b) 适合于普及型的廉价系统，有广阔的应用发展前景适合于普及型的廉价系统，有广阔的应用发展前
18、景PC插卡插卡并口并口串口串口USB1980199519996.1计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p18常用虚拟仪器板卡常用虚拟仪器板卡DAQ CardIMAQ CardField PointMotion Control Card6.1计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p197. 虚拟仪器的组成虚拟仪器的组成PXIVXIGPIBDAQIMAQMotion硬件板卡硬件板卡软件软件程序解决方案程序解决方案软件驱动模块软件驱动模块虚拟仪器主要由虚拟仪器主要由传感器传感器，信号采集与控制板卡信号采集与控制板卡，信
19、号分析和显示软件信号分析和显示软件几几部分组成部分组成6.1计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p20(2) 虚拟仪器的基本构成虚拟仪器的基本构成(1) 虚拟仪器结构框图虚拟仪器结构框图6.1计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p216.1计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p22(3) 虚拟仪器软件驱动模块（硬件板卡驱动）虚拟仪器软件驱动模块（硬件板卡驱动） 为简化硬件板卡编程和控制，提高代码复用程序。为简化硬件板卡编程和控制，提高代码复用程序。NINI和和Agile
20、nt已标已标准化了数百种常用仪器、板卡的驱动，屏蔽了直接控制这些硬件的复杂准化了数百种常用仪器、板卡的驱动，屏蔽了直接控制这些硬件的复杂性，它们已成为虚拟仪器开发平台的有机组成部分，开发时可直接复用性，它们已成为虚拟仪器开发平台的有机组成部分，开发时可直接复用这些硬件驱动代码。并出台了可互换虚拟仪器驱动程序设计软件接口标这些硬件驱动代码。并出台了可互换虚拟仪器驱动程序设计软件接口标准准 ( (Interchangeable Virtual Instrument) )。 用户界面用户界面软件驱动软件驱动6.1计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p23IV
21、I 结构：结构：IVI Class DriverIVI Instrument Specific DriverApplications ProgramVISA(Virtual Instrument System Architecture)PC PluginGPIBPXIVXIPlug&Play 6.1计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p24主要包括波形图、选钮、仪表头、推钮、温度计、棒图等仪表显示主要包括波形图、选钮、仪表头、推钮、温度计、棒图等仪表显示常用的软件仪表盘显示模块。常用的软件仪表盘显示模块。类似于类似于Windows应用程序中的控件。应用
22、程序中的控件。(4) 信号分析与处理软件信号分析与处理软件(5) 仪器表头显示软件仪器表头显示软件利用数字信号处理算法，实现信号分析与处理，满足应用的需求。利用数字信号处理算法，实现信号分析与处理，满足应用的需求。6.1计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p258. 常见的虚拟仪器软件平台常见的虚拟仪器软件平台LabViewAgilent VEEDASYLabDirectViewProcessControl6.1计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p26LabView6.1计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术华
23、中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p276.1计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p286.1计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p296.1计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p306.1计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p316.1计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p32何岭松教授所在课题组开发的虚拟仪器平台何岭松教授所在课题组开发的虚拟仪器平台6.1计算机虚拟仪器技术计算
24、机虚拟仪器技术华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p339. 小型虚拟仪器系统开发小型虚拟仪器系统开发 虚拟仪器为计算机在工业领域中的应用提供一项很好的技术解决虚拟仪器为计算机在工业领域中的应用提供一项很好的技术解决方案，在制造业中我们可以借鉴它来进行机床操作面板设计等工作。方案，在制造业中我们可以借鉴它来进行机床操作面板设计等工作。目的：目的：LabView，VEE过于庞大，不适合在现场使用，缺乏面向某一过于庞大，不适合在现场使用，缺乏面向某一特定领域的专用控件。特定领域的专用控件。6.1计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p34(1) 虚拟仪
25、器主体程序设计虚拟仪器主体程序设计(COM容器容器)MFC ExeSupport ActiveX Control6.1计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p356.1计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p36该简单的样例程序就可以插入任何该简单的样例程序就可以插入任何ActiveX控件控件(COM组件组件)，如，如下图所示：下图所示：WindowsWindows日期控件日期控件LabViewLabView选钮控件选钮控件设计完成的容器程序设计完成的容器程序6.1计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术华中科技大学机
26、械学院华中科技大学机械学院 p37(2) 虚拟仪器控件设计虚拟仪器控件设计(COM组件组件)MFC ActiveX6.1计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p38设计完成的控件设计完成的控件重载绘图方法部分重载绘图方法部分6.1计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p39(3) 虚拟仪器图形控件设计简介虚拟仪器图形控件设计简介800绘图过程分解绘图过程分解：6.1计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p40设计样例：设计样例：x=120y=70Fillbar x,y,140
27、,120,10904646Arc x+70,y+100-15,80,45,135,14Fillcircle x+70,y+90,4,14Line x+70,y+100-10,x+14,y+27,14Line x+70,y+100-10,x+127,y+27,14Line x+70,y+5,x+70,y+15,14Textout x+30,y+70,15,-50Textout x+90,y+70,15,50Textout x+35,y+100,15,数字电压表数字电压表Line x,y,x+140,y,15Line x,y,x,y+120,15Line x+140,y,x+140,y+120,8
28、Line x,y+120,x+140,y+120,8Line x+70,y+100-10,x+100,y+20,12Line x+71,y+100-10,x+100,y+20,12Line x+69,y+100-10,x+100,y+20,12-5050数字电压表数字电压表6.1计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p4110. 催生虚拟仪器的土壤催生虚拟仪器的土壤6.1计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p42自动化自动化软件软件PLC串行口串行口数据采集数据采集过程过程现场总线现场总线个人计算机或个人计算机或
29、工作站工作站图象图象公司公司 Intranetor Internet分布式分布式 I/O动作动作11. 基于虚拟仪器的新型工业测控系统架构基于虚拟仪器的新型工业测控系统架构6.1计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p4312. 虚拟仪器技术的优点虚拟仪器技术的优点VI传统仪器传统仪器软件使得开发与维护费用降至最低软件使得开发与维护费用降至最低开发与维护开销高开发与维护开销高技术更新周期短技术更新周期短(12年年)技术更新周期长技术更新周期长(510年年)关键是软件关键是软件关键是硬件关键是硬件价格低、可复用与可重配置性强价格低、可复用与可重配置性强价格
30、昂贵价格昂贵用户定义仪器功能用户定义仪器功能厂商定义仪器功能厂商定义仪器功能开放、灵活，计算机技术同步发展开放、灵活，计算机技术同步发展封闭、固定封闭、固定与网络及其它周边设备互联与网络及其它周边设备互联功能单一的独立设备功能单一的独立设备6.1计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p4413. 虚拟仪器技术的主要应用领域虚拟仪器技术的主要应用领域通讯通讯 AT&T, Alcatel, Ericsson计算机计算机 IBM, Apple, Dell半导体半导体 Motorola, TI, Thomson-CSF汽车汽车 Ford, Chrysler, N
31、issan, Toyota电子电子 Sony, Siemens石油化工石油化工 Shell, Mobil Research纺织纺织 Instron, Dupont, Eli Lilly, Albany International制造制造 Ericcson, Duracell食品加工食品加工 Sara Lee, Ben & Jerry抯抯, Shiner医药医药 Johnson & Johnson,Proctor & Gamble测试和测量测试和测量工业自动化工业自动化6.1计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p45动手做：动手做：用用“个人测试实验室个
32、人测试实验室”设设计一个简易声级计。计一个简易声级计。6.1计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p46何岭松教授项目组开发虚拟声级计何岭松教授项目组开发虚拟声级计Visual Sound Instrument6.1计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p476.2轴心轨迹测量轴心轨迹测量转子绕转子轴心自转转子绕转子轴心自转转子不平衡转子不平衡对中不良对中不良转子和定子碰磨转子和定子碰磨结构设计不合理结构设计不合理制造安装误差制造安装误差转子材质不均匀转子材质不均匀受热不均匀受热不均匀转子初始弯曲转子初始弯曲转子在
33、使用过程中被腐蚀、磨损转子在使用过程中被腐蚀、磨损转子上零部件松动、脱落等转子上零部件松动、脱落等交变弯曲应力引起疲劳损伤，出交变弯曲应力引起疲劳损伤，出现裂纹甚至断裂现裂纹甚至断裂产生过度振动和噪声，加速磨损，产生过度振动和噪声，加速磨损，降低寿命和效率降低寿命和效率振动会传到地基，引起工作环境振动会传到地基，引起工作环境恶化恶化1. 问题的提出问题的提出轴心绕定子中心涡动轴心绕定子中心涡动监测方法：轴心轨迹测量！监测方法：轴心轨迹测量！华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p48不同故障状态下的轴心轨迹图及其分析不同故障状态下的轴心轨迹图及其分析 开始出现开始出现1X的倍频分量的倍频分
34、量2X、3X等，这是等，这是局部碰磨局部碰磨的重的重要特征之一。要特征之一。显示了明显的显示了明显的裂纹故障裂纹故障特特征，即除同频振动征，即除同频振动1X外，外，还存在幅值明显的还存在幅值明显的2X、3X等超谐分量。等超谐分量。频谱中出现两个峰值，即频谱中出现两个峰值，即1X同频振动和同频振动和0.5X半频振半频振动，且半频振动振幅大大动，且半频振动振幅大大超过超过1X同频振动。这是同频振动。这是转转子不平衡子不平衡的特征。的特征。华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p492. 轴心轨迹测量轴心轨迹测量轴心轨迹获取一般采用两个互成轴心轨迹获取一般采用两个互成90安置的非接触式涡流传感器
35、，在各安置的非接触式涡流传感器，在各自方向自方向测量转轴组件相对机座的振动位移测量转轴组件相对机座的振动位移。传感器信号经放大、抗混滤波器、传感器信号经放大、抗混滤波器、A/D 转换器后进入计算机。转换器后进入计算机。华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p50设相互垂直安装的两个检测轴振动位移传感器信号为设相互垂直安装的两个检测轴振动位移传感器信号为x(t) 和和y(t) ，在复平面进行组合，形成复信号在复平面进行组合，形成复信号z(t)=x(t)+jy(t) 即是转子轴心轨迹。即是转子轴心轨迹。轴心轨迹图的合成轴心轨迹图的合成华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p51华中科技大学
36、机械学院华中科技大学机械学院 p521轴转速轴转速若轴上为键槽，则探头零点以轴表若轴上为键槽，则探头零点以轴表面为参考面；若轴上为键，则探头面为参考面；若轴上为键，则探头零点以键的顶面为参考面。零点以键的顶面为参考面。2轴振动轴振动若用一只探头，则安装在轴的垂直若用一只探头，则安装在轴的垂直方向；若用两只探头，则相互成方向；若用两只探头，则相互成90安装。探头之间距离要大于安装。探头之间距离要大于40mm，以避免相互干扰。，以避免相互干扰。3轴位移轴位移首先判断轴位移方向，确定合适的首先判断轴位移方向，确定合适的探头位置，保证轴位移在传感器线探头位置，保证轴位移在传感器线性范围内，探头应在靠近
37、推力盘处性范围内，探头应在靠近推力盘处安装。安装。4内部安装内部安装的探头的探头探头安装在机壳内部时，要注意引探头安装在机壳内部时，要注意引线用卡子固定在壳体上，还要注意线用卡子固定在壳体上，还要注意穿出机壳处的密封及接头的密封。穿出机壳处的密封及接头的密封。安装图示安装图示提要提要序号序号 测量参数测量参数电电涡涡流流传传感感器器的的安安装装华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p53电涡流传感器激励线圈与被测体的关系电涡流传感器激励线圈与被测体的关系v关于电涡流的一些特性是在关于电涡流的一些特性是在假定被测体为半无限导体假定被测体为半无限导体而得出的。而得出的。v在激励频率比较高、导体
38、表面曲率半径比计算出来的集肤厚度大在激励频率比较高、导体表面曲率半径比计算出来的集肤厚度大得多，那么深度无限的平面导体概念和结果也就可以扩大应用到得多，那么深度无限的平面导体概念和结果也就可以扩大应用到其它形状的导体中去，此时的灵敏度不会发生变化，否则灵敏度其它形状的导体中去，此时的灵敏度不会发生变化，否则灵敏度就会急剧下降。就会急剧下降。v当被测导体的直径等于线圈外径的当被测导体的直径等于线圈外径的2.14倍时，厚度等于穿透深度的倍时，厚度等于穿透深度的5.3倍时，电涡流的径向轴向密度已衰减到倍时，电涡流的径向轴向密度已衰减到5%，可以认为被测体与，可以认为被测体与半无限导体无异。半无限导体
39、无异。华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p54电涡流传感器的特性曲线电涡流传感器的特性曲线华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p55电涡流传感器的温漂及其补偿电涡流传感器的温漂及其补偿q电涡流传感器缺点是高温下工作会产生温漂，必须进行温度标定电涡流传感器缺点是高温下工作会产生温漂，必须进行温度标定, ,然后进行温度补偿。然后进行温度补偿。q软件补偿法：在试验前，根据不同温度下传感器输出特性，求出软件补偿法：在试验前，根据不同温度下传感器输出特性，求出各温度下应当补偿的偏差量，将这些值按温度制成表格存入内存，各温度下应当补偿的偏差量，将这些值按温度制成表格存入内存，当计算机通过采样
40、温度大小后，通过取得某一温度下应当补偿量当计算机通过采样温度大小后，通过取得某一温度下应当补偿量进行补偿即成。进行补偿即成。q硬件补偿法：硬件补偿就是在线路中加补偿环以消除温漂。硬件补偿法：硬件补偿就是在线路中加补偿环以消除温漂。补偿前的特性曲线补偿前的特性曲线补偿后的特性曲线补偿后的特性曲线华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p563. 轴心轨迹分析轴心轨迹分析华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p576.3气体温度测量气体温度测量v 在管道内，在管道内，速度速度快但温度不快但温度不高的气体温度测量高的气体温度测量v 工业锅炉和工业窑炉中，速工业锅炉和工业窑炉中，速度不高、但温度
41、很高的燃烧度不高、但温度很高的燃烧气流的温度测量气流的温度测量v 内燃机、燃气轮机等高速喷内燃机、燃气轮机等高速喷射燃烧气流温度的测量射燃烧气流温度的测量在工程测量中涉及面广，在工程测量中涉及面广，测温仍以测温仍以接触法接触法为主。应为主。应用热电偶采取一定的技术用热电偶采取一定的技术措施，能获得较为理想的措施，能获得较为理想的测量结果。测量结果。各类喷射出来的燃烧气流各类喷射出来的燃烧气流的测温，对这类喷焰或等的测温，对这类喷焰或等离子体的喷焰的温度测量离子体的喷焰的温度测量可采用可采用非接触法非接触法。1. 问题的提出问题的提出华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p58接触法气流测温
42、中碰到的一些特殊问题接触法气流测温中碰到的一些特殊问题1.气体的热容与对流换热系数均小于液体，而且在许多场合，温度分布不均匀。2.当热电偶的温度较高时，它以辐射换热方式向周围较冷物体传递热量和以传导方式沿其自身从热端向冷端传递热量。3.由于热电偶对气流的制动作用，将被制动的气流的动能转比为热能，使热电偶测得的温度偏高。4.用来制作热电偶的铂、铱、钯等贵金属成分会对含有H2、CO、CH4 等可燃气体时燃烧反应起催化作用。华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p59低速高温气流测温低速高温气流测温高速低温气流测温高速低温气流测温提高气流与热电偶之间的对流换热能力；提高气流与热电偶之间的对流换热
43、能力；设法减少热电偶对其周围状冷物体的热辐设法减少热电偶对其周围状冷物体的热辐射及热传导损失。射及热传导损失。准确度准确度提高准确度的解决方案提高准确度的解决方案华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 p602. 低速高温气流温度测量方法低速高温气流温度测量方法抽气热电偶抽气热电偶只要保持抽吸力恒定，就可以保持通过热端时气流速度恒定，从而消除了被只要保持抽吸力恒定，就可以保持通过热端时气流速度恒定，从而消除了被测气流流速波动造成的影响。这对测量不太稳定的低速气流温度十分重要。测气流流速波动造成的影响。这对测量不太稳定的低速气流温度十分重要。抽气热电偶是在一般热电偶处加一抽气管构成，抽气管的前
44、方开孔作为抽气热电偶是在一般热电偶处加一抽气管构成，抽气管的前方开孔作为气流进口，后方开孔为排气口。气流进口，后方开孔为排气口。由抽吸装置提供的抽吸力把被测气流从进口吸入，流经热电偶热端后，由抽吸装置提供的抽吸力把被测气流从进口吸入，流经热电偶热端后，从出口排出。从出口排出。改变抽吸力大小可以改变气流通过热端的流速。改变抽吸力大小可以改变气流通过热端的流速。适用于大容积高温气流的测量，因为抽气热电偶的引入严重降低了电热偶附适用于大容积高温气流的测量，因为抽气热电偶的引入严重降低了电热偶附近的气流速度，同时改变了气流温度场的分布。近的气流速度，同时改变了气流温度场的分布。华中科技大学机械学院华中
45、科技大学机械学院 p61速度误差是导致高速气流温度测量误差的一个主要来源，减小测量误差的速度误差是导致高速气流温度测量误差的一个主要来源，减小测量误差的方法是使气流绝热滞止。方法是使气流绝热滞止。在工程测量中，采用带滞止罩的温度传感器，使气流流过传感器的速度降在工程测量中，采用带滞止罩的温度传感器，使气流流过传感器的速度降低到一定程度，从而使速度误差降低到最小。低到一定程度，从而使速度误差降低到最小。3. 高速气流的温度测量方法高速气流的温度测量方法被测气流由滞止罩入口进入，通过热电偶测量端，经出口排出。因出口面积被测气流由滞止罩入口进入，通过热电偶测量端，经出口排出。因出口面积远小于入口面积，罩内流通阻力显著增大，所以进入止罩内的那部分待测气远小于入口面积，罩内流通阻力显著增大，所以进入止罩内的那部分待测气流大大减速。这样，气流定向流在滞止罩内，经过二次减速，基本上达到滞流大大减速。这样，气流定向流在滞止罩内，经过二次减速，基本上达到滞止状态，其动能绝大部分转化为热能。止状态，其动能绝大部分转化为热能。带滞止罩热电偶带滞止罩热电偶
