基于NI PXI平台的旋转机械工作模态测试.docx

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1、基于NIPXI平台的旋转机械工作模态测试luonan导语：本文是针对旋转机械的升速或降速工作的状态下，介绍如何使用谐波阶次提取和工作状态频率响应函数估计相结合的工作状态模态分析方法。挑战:由于没有白噪声作为鼓励，同时变转速的旋转机械振动中多个谐波的混叠，造成频率混叠或者无法鼓励除模态，所以旋转机械工作模态测试OMA一直是一个难题。解决方案:使用NIPXI平台和NI声音振动工具包，构造了能够用于旋转机械的模态测试方案，为旋转机械的共振监测和动态特性测试提供了新方法基于LabVIEW的图形化开发平台，我们开发了可用于工作旋转机械工作模态测试的ModalVIEW-OMA软件，对测试结果进行处理工作状

2、态模态分析OperationalModalAnalysis是从来自于工作运行状态的构造振动测量数据中提取构造模态参数的方法，合适在无法施加人工鼓励或者鼓励信号无法测量的场合下使用。上个世纪末以来，工作状态模态分析逐步成熟与发展，并在土木工程和工业领域有着广泛的应用。旋转机械是车辆、船舶和机床等设备的重要组件，它的动态特性决定了整个设备的安全可靠运行。旋转机械的构造模态分析提供了可用于设备状态监测重要信息。使用工作状态的模态分析方法来解决旋转机械的构造模态测试的应用需求不断增加，并引起国内外测试工程人员的浓厚兴趣。旋转机械的运行一般有两种状态：旋转机械运行在一个恒定转速下。这种状态下，旋转引起的

3、对整个机械构造的振动鼓励能够被视为有着离散频谱的多个谐波组成激励信号，相应的构造振动响应信号的频谱也是多个谐波构成的离散谱。如图1所示。另一种是旋转机械运行在升速或降速经过。这种状态下，旋转引起的振动鼓励能够被视为通过某个频率范围的宽频带扫频鼓励信号，相应的构造振动响应信号的频谱是宽频带响应谱，如图2所示。图1功率谱恒定转速图2转速-频率谱图升速经过本文是针对旋转机械的升速或降速工作的状态下，介绍如何使用谐波阶次提取和工作状态频率响应函数估计相结合的工作状态模态分析方法，利用旋转机械变速经过的振动信号来提取旋转机械构造模态参数。测试对象与试验设备本文中使用的旋转机械升速经过中的构造振动信号来自

4、于一个旋转机器故障仿真设备，如图3所示。图3旋转机械设备整个构造振动响应信号通过分别安装在两个轴承座和机器底座的加速度传感器获得。轴承座上的三个加速度传感器分别根据水平，垂直和轴向三个方向安装，获得构造在不同方向上的振动。激光转速计用来测量旋转机械的转动速度，如图4所示。使用两块8通道的NI4472动态信号收集卡配合NI1042QPXI机箱对加速度振动信号和转速信号进行同步数据收集。图4传感器的安装布置数据测量与分析调节变频器控制旋转机械的转速从低到高线性变化，同时收集8个通道的加速度信号和1通道模拟转速信号，获得采样频率为1kHz，采样时间为24秒的构造振动数据，如图5所示。图5构造振动信号

5、旋转机械变速经过中，测量到的构造振动信号能够以为是构造对机械旋转鼓励的响应。由于测量到的振动信号中含有对旋转鼓励不同阶次的响应。在进行模态分析前，需要用阶次提取的方法获得某一阶次的振动响应信号。整个数据处理流程如图6所示图6旋转机械模态分析数据处理流程按照图6，基于LabVIEW的图形化开发平台，我们开发了可用于工作旋转机械工作模态测试的ModalVIEW-OMA软件，对测试结果进行处理。在阶次提取环节，采用了Gabor变换与时频滤波的阶次提取方法从数据中提取某个阶次的振动响应。整个升速经过的转速-频率谱图如图7所示。提取出的某一阶次的振动信号如图8所示。图7旋转机械升速经过转速-频率谱图图8

6、阶次提取出的振动响应信号在计算工作状态频率响应函数FRF环节，工作状态FRF的幅度是每个测量信号的功率谱幅度，FRF的相位是每个测点与参考测点之间互功率谱的相位。计算得到的某个阶次工作状态FRF如图9所示。图9阶次提取出工作状态FRF获得旋转机械构造每个测量点的工作状态FRF后，就能够使用频率域模态参数估计方法来提取构造的模态参数。在模态估计环节，采用了ModalVIEW中最小二乘复频域的方法。获得的模态稳定图如图10所示图10模态稳定图提取的部分模态参数如表1所示。旋转机械构造的一个模态振型如图11所示。表1提取的模态参数图11构造模态振型总结机械旋转引起的振动鼓励能够被视为通过某个频率范围的宽频带扫频鼓励信号，相应的构造振动响应信号的频谱是宽频带响应谱，能够用于工作状态模态分析。谐波阶次提取和工作状态频率响应函数估计相结合的预处理方法，是旋转机械在运行状态下进行模态分析的有效手段。本文简述的测试方法已经作为OMA模块参加到ModalVIEW中，欢迎访问获取具体信息0