基于VR技术的离心泵振动测试系统设计

杨晓珍

（怀化职业技术学院，湖南 怀化 418000）

基于VR技术的离心泵振动测试系统设计

杨晓珍

（怀化职业技术学院，湖南 怀化 418000）

文章为了对离心泵振动测试系统进行研究，在基于VR技术的条件下，从离心泵振动测试系统的硬件设计和软件设计两个方面入手，分别设计了离心泵振动测试系统的循环回路装置、数据采集处理装置、数据采集模块、信号处理与分析模块、数据存储与输出模块等，希望促使离心泵振动测试系统更具有实用性和准确度。

VR技术；离心泵；振动测试

离心泵属于比较常见的一种旋转机械，在其运行的过程当中会产生振动。一般情况下，离心泵的振动对其工作效率以及使用寿命均会产生影响，更关系到离心泵的可靠性与安全性。离心泵在运行中产生振动的原因较复杂，因而需要设计良好的振动测试系统做出分析和研究。在现今计算机技术获得迅猛发展的时代，VR技术的出现使传统振动测试系统中检测结果可靠性难以保证、成本较高、仪器复杂等制约均得到了改善，在硬件与软件相结合的情况下，便于构建具有良好稳定性、成本较低、性能良好的测试系统，更能够促使其得到广泛应用。

1 离心泵振动测试系统硬件设计

1.1 离心泵振动测试系统循环回路装置

离心泵振动测试系统的循环回路装置当中主要包括了管路系统、稳流罐、离心泵、汽蚀罐等，其构成基本如图1所示。其中，管路系统主要是指各个管路的接头以及入孔盖处均需要添加适当的胶垫，以防止装置漏水，保障其具有良好的密闭性。稳流罐是能够流入到流量计的液流，具有更加稳定和均匀流速。汽蚀罐有助于降低离心泵入口的压力，促使进口的水流具有稳定性。

图1 离心泵振动测试系统循环回路装置

1.2 离心泵振动测试系统数据采集处理装置

（1）振动加速度传感器。此处可以选取电量输出与所测试加速度值呈正比的压电式振动加速度传感器。该类型传感器的性能参数如表1所示，具有较强的输出信号抗干扰能力，能够降低测试噪声。振动加速度传感器主要与数据采集卡链接，通过设置将会促使电信号直接成为振动加速度的信号，实现快速、便捷的信号转换。在振动加速度传感器设计中，需要重视选取振动传感器的测点，尽量使其能够对与整个机械设备运行中的振动状态做出描述。一般认为该测点应该选取靠近设备电机一侧的轴承座处，采用径向测量获得具有代表性的振动测试信号。例如，振动加速度传感器可以对以下三个方向的振动信号做出测试，如图2、图3所示。

表1 振动加速度传感器性能参数

图2 振动加速度传感器测试离心泵振动X、Y方向测试点布置

图3 振动加速度传感器测试离心泵振动Z方向测试点布置

（2）信号调理装置。离心泵运行产生的振动信号，经由传感器转换而成的电信号能够对噪声做出测量，但是需要对该信号做出调整与处理，以便将电信号进行形式的转变，促使数据采集卡更加容易处理、接受与显示。

（3）数据采集卡。离心泵振动测试系统当中，需要能够向机械运行时不同方向所产生的振动做出多测点的信号采集，因而需要设计多方式和多渠道的数据采集模块。依据当前计算机技术发展的状态，已经出现了全新的动态信号采集模块，通过软件便能够对硬件做出设计与实现，并不需要用户根据需求改动硬件的任何参数。此时，必须要通过数据采集卡实现数据采集模块的有效运行。数据采集卡性能参数基本如表2所示：

表2 数据采集卡性能参数

（4）PXI机箱。PXI机箱在整个离心泵振动测试系统的硬件设计当中能够促使测试效果更加良好，因此需要重视PXI机箱的选择。例如PXI-1042Q机箱，能够提供较高的数据采集带宽，促成更加良好的定时与同步测试，与此同时，该PXI机箱能够与整个系统当中现有的诸多软件，以及其他PXI模块兼容，由此，在对测量精度做出改进，对吞吐量进行增加后，整个机箱在数据采集方面具有更高的准确性和及时性。

2 离心泵振动测试系统软件设计

（1）数据采集模块。数据采集可以说是整个虚拟仪器最重要的，亦是最基本的组成部分，能够为整个离心泵振动测试系统提供必要的数据。数据采集模块所获取的数据信号是否准确，与整个系统的振动分析存在着密切的关联，即信号准确，振动分析比较可靠。根据著名学者奈奎斯特所做出的抽样定理可以发现，在数据采集的频率大于最高频率2倍时，所收集到的数据信号频谱并不会出现混叠。因此可以根据该定力对振动测试的采集频率做出调整。此外，数据采集模块中的信号拆分功能，将系统所有通道内的信号均实现分离，在应用Waveform Graph函数后能够形成离心泵振动测试的加速度实时波形图。上文测试系统中X方向的振动加速度实时波形图如图4所示。

图4 X方向的振动加速度实时波形图

（2）信号处理与分析模块。对离心泵进行振动测试与分析，应该做出准确的振动噪声采集，因而需要抑制测量噪声，将振动信号当中会高频部分消除。此时，应该相应使用低通滤波器。基于VR技术的背景下，可以使低通滤波器对所数据采集其所获取的机械振动信号做出滤波。若在整个离心泵上选取3个通道，并且在每一个通道上均设置相应的频率采集，以及频率截止，便能够实现基本的低通滤波。由此，LabView将能够实现对所获取的信号数据做出实时处理，进而形成离心泵的振动信号频谱，便于对其振动作出分析。

（3）数据存储与输出模块。数据存储与输出模块亦是整个系统当中比较重要的组成部门，能够通过LabView中的功能函数对振动测试结果进行记录。对于一个采样周期内所获得的多方面振动测量数据，可以根据最初的设置将其安全存储，进而存放至指定文件中，便于后续对其进行分析。由于整个振动测试系统当中存在不同模块，若要将各个模块进行有效关联，必须由主程序进行设计，进而做出调换。

3 结语

综上所述，当前众多学者均比较偏向于研究离心泵内部流动所有道的振动噪声，主要由于近年来我国国民经济不断发展，离心泵已经成为了一项重要的通用机械。与此用时，计算机技术的高速发展，亦促使了虚拟仪器得以广泛应用。基于虚拟仪器产生与发展的背景下，结合数字信号处理技术，可以进一步研发离心泵振动测试与分析系统。同时，该系统具有扩展性较强、数据实时处理、开发周期较短、测试性能优良等特点，有效了改善了传统离心泵在此方面存在的弊端。

［1］陈璐.基于虚拟仪器的高频角振动测试系统研制［J］.计测技术，2013，2（15）：32-36.

［2］陈俊强，张瑞洋，姚会玲.基于虚拟仪器的振动测试系统设计［J］.粮食与食品工业，2011，3（6）：42-44.

［3］庞尔军，王晓龙，于虹.基于虚拟仪器技术的振动测试分析系统［J］.机床与液压，2014，7（11）：171-173.

湖南省教育厅资助项目（13C745）。

杨晓珍（1972-），女，湖南会同人，硕士研究生，副教授。