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基于LabjackU12的列车转向架振动测试

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　　1　引言

　　转向架是轨道车辆上最重要的部件之一,转向架的性能参数直接影响车辆的稳定性和乘坐舒适性。随着我国铁路车辆的提速及城市轨道车辆的迅速发展,转向架运行的强度、时间大大增加,对转向架性能的要求也越来越高,如何快速准确地测试转向架的性能成为轨道车辆发展的重要环节。

　　本文讨论利用Labjack数据采集卡结合LabVIEW对转向架的振动加速度进行实时在线测量,利用振动加速度传感器以及信号调理器与PC机构成虚拟振动测试平台,为转向架的性能分析及优化设计提供技术参数。

　　2　转向架振动测试系统的组成

　　本测试系统由振动加速度传感器、信号调理电路、数据采集卡以及PC机组成,利用LabVIEW软件开发程序实现振动信号的测试处理。振动加速度传感器把机械振动转化为振动加速度信号,然后通过信号调理电路把微弱的加速度信号转化为0~5V的可供数据采集卡识别的电压信号。数据采集卡采用北京迪阳公司生产的一款USB接口的多功能的数据采集控制模块LabjackU12,它能方便的与LabVIEW、Matlab、VC++等程序进行连接。供电电源+5V; 8路单端, 4路差分, 12位模拟量输入;模拟输入范围:±10V;可编程增益: 1, 2, 4, 5, 8, 10, 16,或20V/V;瞬态采样速率8192采样点/s,或连续采样速率1228采样点/s等功能特点。

　　硬件设备驱动程序、LabVIEW程序及PC机组成了数据采集、处理、分析以及显示系统。它也是整个振动测试的核心部分,它完成动态信号的实时采集、处理,对信号进行时域、频域分析,时频显示以及测试结果的存储等功能。测试系统的硬件框图如图1所示。

　　3　测试系统的程序设计

　　一般的测试系统可以分为动态测试以及静态测试系统,为了使本系统既能进行在线分析又能满足离线的信号分析,在数据采集过程中增加信号文件的保存功能,用户可以在线采集数据时有选择性的保存某个时段的连续动态信号,软件实现的功能如图2。

　　3.1　数据采集模块设计

　　数据采集模块的主要功能是完成对数据采集卡的驱动以及各项参数设置,如通道设置、增益、采样频率、采样点数以及采集数据的方式(连续采集,触发数据采集)设置。

　　本设计采用的LabJackU12提供了USB接口方式的硬件驱动程序,只需把数据卡自带的addons文件夹拷贝到LabVIEW程序的user. lib文件夹下,就可以在程序中找到LabJack提供的19个相关的子VI。在LabVIEW界面下调用AIStreamStart可以对信号进行连续采集,然后不断调用AIStreamRead把LabJack中的数据读出放到指定的队列中,当用户结束采集时调用AIStreamClear即完成整个连续数据采集的过程。其设计思想流程如下:利用Labjack提供的函数AISt2reamStart同时对八通道振动测试点进行数据采集。结合LabVIEW编程,调用AIStreamRead把采集回来的数据动态的存储在8个队列中,队列的长度等于一次采样的数据长度的若干倍,从而可以实现连续的动态测量,后边的程序截取队列中的数据进行分析,分析完成之后,由于队列的数据在不断的更新,保证下一次截取的数据是最新的。数据采集流程如图3所示。

　　3.2　信号分析模块的设计

　　振动分析的方法有很多,主要是从时域和频域以及两者结合等几个方面着手。具体实现的功能有实时动态波形的显示、幅值统计、自相关分析、互相关分析、滤波器设计、信号加窗、频谱变换、功率密度谱分析、倒频谱,小波去噪等。利用LabVIEW强大的图形界面的函数编程,可以很快地实现信号分析功能模块的设计。表1是CW-2型列车转向架构架垂向、横向,轴箱垂向、横向各两个测试点得出的某一时段的测量数据。