CN102829941B - 一种振动系统检定的自动化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种振动系统检定的自动化方法，该方法包括如下步骤：a.根据检定标准，分析标准，定义和生成规则库；b.从规则库选择需要检定项目；c.对各检定项目填充检定时振动台运行参数；d.根据规则库和试验台运行参数，自动设定合适的采样和谱分析参数；e.利用传感器进行加速度、速度、位移的信号采集和分析；f.自动根据规则库提供的项目指标计算方法进行计算，并与参考范围比较计算。该方法基于目前“振动试验系统”检定过程复杂、检定耗费时间长、对检定人员技术水平要求高的问题。依托数据采集和分析硬件，来实现一种自动化的检定方法，大大改善了前面的三个问题，且有效的提高了检定结果的可靠性。

Description

一种振动系统检定的自动化方法

技术领域：

本发明涉及数据检测技术领域，特别涉及一种振动系统检定的自动化方法。

背景技术：

振动控制系统、冲击试验台是振动和冲击可靠性试验的核心设备，根据国家相关法规每一定周期需要进行检定，以《数字式电动振动试验系统规程JJG948-1999》为代表的一系列规程对不同类型的振动系统有详细的方法指南。这些规程要求以动态信号分析仪、数字电压表、秒表、测振仪等系列工具完成振动系统的检定。30多项需要检测，很多项目又要求测试3-10步、每项，每步检测都需要分别对振动控制系统进行准确的振动控制设定，使用规程检测项目指定的检测仪器，设置检测的参数，手动保存原始数据，记录原始参数，手动计算检测结果，填写到检测，操作非常复杂；很明显完全按照规程操作存在检定过程复杂、检定耗费时间长、对检定人员技术水平要求高的问题。

发明内容：

鉴于上述技术问题，本发明提供一种振动系统检定的自动化方法。该方法基于目前“振动试验系统”检定过程复杂、检定耗费时间长、对检定人员技术水平要求高的问题。依托数据采集和分析硬件，来实现一种自动化的检定方法，大大改善了前面的三个问题，且有效的提高了检定结果的可靠性。

本发明的具体技术方案如下：

一种振动系统检定的自动化方法，该方法包括如下步骤：

a.根据检定标准，分析标准，定义和生成规则库；

b.从规则库选择需要检定项目；

c.对各检定项目填充检定时振动台运行参数；

d.根据规则库和试验台运行参数，自动设定合适的采样和谱分析参数；

e.利用传感器进行加速度、速度、位移的信号采集和分析；

f.自动根据规则库提供的项目指标计算方法进行计算，并与参考范围比较计算。

上述方案中，所述检定标准包括如下：

JJG948-1999：数字式电动振动系统检定规程，需检定32个项目。

JJG190-1997：电动式振动试验台检定规程，需检定20个项目。

JJG189-1997机械式振动试验台检定规程，需检定17个项目。

JJG1000-2005电动水平振动试验台检定规程，需检定11个项目。

JJG189-1997机械式振动试验台检定规程，需检定17个项目。

JJG298-2005中频标准振动台（比较法）检定规程，需检定12个项目。

上述方案中，所述步骤a中规则库中定义有检定类型，包括定型检定、出厂检定以及周期检定。

上述方案中，所述步骤a具体为首先根据检定标准进行详细分析，将一个标准需要检定的每一个项目生成一个“检定项目”（CVTItem）对象，所有对象的集合保存到“检定标准”（JJGShaker）对象中，构成一个数组；接着，通过面向对象的多态技术，在实际引用的“检定标准”对象中初始化所有的检定项目；然后，每个检定项目都给予一个Id代号，以便于分类处理。

上述方案中，所述步骤b具体为在规则明确、检定类型已知条件下，使用条件选择语句计算机很容易根据检定项的代号将需要的检定项目提取出来，将从检定标准项目中提取出的项目放到检定项目组织模块对应存储对象中。

上述方案中，所述步骤c具体为通过振动台的额定参数，结合检定标准的规则库，为各检定项目设定振动台检定过程中需要的运行参数。即在什么频率（频率范围）、进行哪种类型、以什么的目标谱进行振动试验。

上述方案中，所述步骤d具体通过以下几步实现参数的自动设置：

（1）从当前检定项目取得当前项目的振动运行频率(范围)；

（2）取得项目代号；

（3）根据工作频率和谐波测试要求计算采样频率；

（4）根据检定标准规则库，得到测试精度方面要求，计算需要采样点数；

（5）根据标准规则库的加窗要求，设置项目的加窗参数；

（6）根据标准规则库的平均要求，设置项目的平均参数。

上述方案中，所述步骤e属于过程控制模块，主要实现振动数据从振动试验台到依据本发明实现检定软件的流动。为系统进行检定提供分析数据。

上述方案中，所述通过步骤c中还包括在明确各项目的振动试验运行参数时，通过图文的形式生成项目检定提示信息，即首先使用一个文件保存提示性文字，这样便于用户修改补充，对于每一个项目，通过项目Id和一段操作提示文字关联，可以方便的定点提示；其次自动生成一段振动试验运行参数提示文字，与固定描述文字进行拼接组成完整提示文字；然后根据标准的要求，预先制作一系列图保存到文件资源中，在检定某一项目时调出相应图片构成提示信息的图形部分。

本发明方法的有益效果如下：

（1）采用传统方法，检定人员必须对相应的检定规程非常熟悉，检定前需要知道哪种[定型、出厂、周期]检定需要进行哪些项目检定、每个检定项目需要进行几步检定、每步的检定参数是什么、振动系统的运行目标谱参数如何设置、每个检定项目的每个检定步骤中检定用信号分析仪、数字电压表如何设置。这些要求的提出对检定人员的技术能力提出了很高的要求。本发明中，将检定规程中的内容以规则库的形式进行了组织，检定人员只要选择依据标准和检定类型、系统的额定工作参数，其余整个检定过程需要的内容都是自动生成，且以图文的形式提供个检定人员，大大降低了检定技术人员的技术要求。

（2）采用传统的方法，即使对各项规程非常熟悉，由于检定项目的参数与系统的额定参数相关，每项检定项目的每个检定步骤还是要通过一系列的计算才能得到检定参数，这些计算过程无疑需要耗费大量的时间。采用本发明的方法，由于联结了规则库和额定参数，因此所有步骤的计算都是通过计算机自动完成了。

（3）采用传统的方法：每个步骤的检定需要对检测仪器（例如信号分析仪），需要设定不同的数据采集和分析参数，如采样频率、采样点数、加窗类型、平均类型、平均数。以JJG948-1999为例，完整的检定过程需要进行超过50组的这些参数设置，这些过程同样需要耗费大量的时间，在本发明中，这部分工作通过规则库完全自动进行设置。

（4）采用传统的方法：在每个项目的每个步骤检定完后，需要从信号中手动操作读取步骤需要的个数不等的指标计算用参数值，这些值需要从不同的信号不同的方法进行读取，在读取这些值后，需要代入规程指定的公式中以计算结果，很明显，这里的读值、抄写、计算都是繁杂的过程。本发明中，自动从信号提取计算因子，自动提取计算公式进行结果计算，大大减少了检定时间和降低了检定复杂度。

（5）通过对JJG948-1999完整检定过程的比较实验表明，采用传统的方法，一个熟练的检定人员完整检定一个系统需要的时间为2.5-3天，同时由于操作过程的复杂，熟练的检定人员在检定过程中也会出现一些设置的错误，导致某些项目需要重新检定。采用本发明方法实现的检定系统一个经过1天使用培训的普通检定人员0.5天可以完成，且可以大大降低人为设置误差导致的错误。

附图说明：

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明方法的步骤流程图。

图2为本发明中检定标准规则库层次结构示意图。

图3为本发明方法中规则库组成的举例示意图。

图4为本发明方法中信号采集和分析信号数据流框图。

图5为本发明方法中规则库的项目指标计算规则和参考值比较示意图。

图6为本发明方法完整硬件工作环境图。

具体实施方式：

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

如图1所示，本发明所述的振动系统检定的自动化方法，它主要包括如下步骤：

步骤1001：根据检定标准，分析标准，定义和生成规则库；

步骤1002：从规则库选择需要检定项目；

步骤1003：对各检定项目填充检定时振动台运行参数；

步骤1004：根据规则库和试验台运行参数，自动设定合适的采样和谱分析参数；

步骤1005：利用传感器进行加速度、速度、位移的信号采集和分析；

步骤1006：自动根据规则库提供的项目指标计算方法进行计算，并与参考范围比较计算。

其中，针对上面提及的检定标准包括如下：

JJG948-1999：数字式电动振动系统检定规程，需检定32个项目。

JJG190-1997：电动式振动试验台检定规程，需检定20个项目。

JJG189-1997机械式振动试验台检定规程，需检定17个项目。

JJG1000-2005电动水平振动试验台检定规程，需检定11个项目。

JJG189-1997机械式振动试验台检定规程，需检定17个项目。

JJG298-2005中频标准振动台（比较法）检定规程，需检定12个项目。其功能和作用为：

（1）给出了标准适用的振动(系统)台。

（2）依据本标准检定时检测仪器需要达到的精度。

（3）规定了需要检定的项目，以及各种不同目的下需要检定的项目。

（4）规定了各项目的振动系统运行环境要求。

（5）规定了各项目的需要使用的传感器和传感器的安装方法。

（6）规定了各项目的信号分析仪的采样、加窗、平均方法。

（7）规定了各等级振动台各项目的技术指标要求。

另外，规则库中定义有检定类型，包括定型检定、出厂检定以及周期检定。

在不同的标准中类型可以不同，但都会有的规定哪种检定类型哪些项目是必检，哪些可检，哪些不需要检。本发明中检定类型是自动生成最终检定项目的重要依据，由系统外部从标准规则库选择一种作为输入。

定型检定：新产品开发后的检定，一般要求所有项目必检。

周期检定：根据国家相关设备计量检定规定，每间隔一定时间必须检定一次。

出厂检定：一台设备出厂前检定。

在步骤1001中，围绕“检定标准”规定的相关部分，在计算机软件实现中定义一组“检定标准”的程序代码类。参见图2。体如下：

（1）根据检定标准进行详细分析，将一个标准需要检定的每一个项目生成一个“检定项目”CVTItem对象，所有对象的集合保存到“检定标准”JJGShaker对象中，构成一个数组。

（2）通过面向对象的多态技术，在实际引用的“检定标准”对象中初始化所有的检定项目。

（3）每个检定项目都给予一个Id代号，以便于分类处理。

图2中的层次结构图仅用来表达关键的标准分层和各标准的检定项目存储机制，不同的实现平台表达机制不一样，但不影响本发明的方法。

在步骤1002中，在规则明确、检定类型已知条件下，使用条件选择语句计算机很容易根据检定项的代号将需要的检定项目提取出来，将从检定标准项目中提取出的项目放到检定项目组织模块对应存储对象中。

振动台额定参数：作为输入参数被本发明实现的系统使用。振动台参数最主要的指标包括最大加速度a、最大速度v、最大正位移dp、最大负位移dn、下限工作频率f0,上限频率f3等。

<1>根据最大加速度和最大速度计算加速度速度交越频率f2

$f=\frac{a}{2\&times;\mathrm{\&pi;}\&times;v}$

<2>根据最大速度和最大位移（取正负最大位移的绝对值较小值）计算交越频率f1.

$f1=\frac{v}{2\&times;\mathrm{\&pi;}\&times;d}$

其中π为圆周率

<3>计算各区间的额定振动加速度

区间f0-f1：a(f)＝(2×π×f)²d

区间f1-f2：a(f)＝(2×π×f)v

区间f3-f4：a(f)＝a

<4>从前三步可以生成额定加速度曲线，在振动台检定试验中，额定振动曲线是目标系统重要的振动运行环境。

在步骤1003中，通过振动台的额定参数，结合检定标准的规则库，为各检定项目设定振动台检定过程中需要的运行参数。即在什么频率（频率范围）、进行哪种类型、以什么的目标谱进行振动试验。

此外，还包括步骤2001：生成各项目提示信息。

在明确各项目的振动试验运行参数时，本发明方案通过图文的形式生成项目检定提示信息，具体过程如下：

<1>使用一个文件保存提示性文字，这样便于用户修改补充，对于每一个项目，通过项目Id和一段操作提示文字关联，可以方便的定点提示。

<2>自动生成一段振动试验运行参数提示文字，与固定描述文字进行拼接组成完整提示文字。

<3>根据标准的要求，预先制作一系列图保存到文件资源中，在检定某一项目时调出相应图片构成提示信息的图形部分。

步骤1004中，根据规则库和试验台运行参数，自动设定合适的采样和谱分析参数。这部分是检定规程描述篇幅很大的一部分。依据传统的检定方法。需要检测人员根据项目要求手动设置信号分析的采样频率、采样点数、加窗类型、平均类型、平均数等采样和谱分析的参数。参见图3，在本发明中，通过以下几步实现参数的自动设置

<1>从当前检定项目取得当前项目的振动运行频率(范围)。

<2>取得项目代号。

<3>根据工作频率和谐波测试要求计算采样频率。

<4>根据检定标准规则库，得到测试精度方面要求，计算需要采样点数。

<5>根据标准规则库的加窗要求，设置项目的加窗参数。

<6>根据标准规则库的平均要求，设置项目的平均参数。

另外，需要注意的是；

<1>采样频率和采样点数的取值要评估精度、分析频宽、测试时间的要求，较大的采样频率会有较大的分析频宽，但会降低频率分辨率。

<2>上面的<3>-<6>在检定标准管理模块中提供的规则库中通过条件选择语句获得每个项目的对应项参数。

步骤1005中，该步骤属于过程控制模块，主要实现振动数据从振动试验台到依据本发明实现检定软件的流动。为系统进行检定提供分析数据。

参见图4，信号采集和分析信号数据流的具体步骤如下：

⒈操作提示：根据启动的项目，提示本项目检定时振动控制系统的运行参数，以便检定人员以规程要求的工作参数设置被检系统的运行参数。

⒉用户运行振动控制系统：即通过用户的操作控制使得被检系统处于运行状态。

⒊振动控制系统控制振动台根据预先设定的振动量级、频率进行振动。

⒋振动传感器采集振动信号，转化为振动控制系统（仪）和信号分析仪可识别的电信号。

⒌电信号反馈到振动控制系统，为振动控制的反馈输入，是振动控制系统的一部分，电信号输入到信号分析仪，为检定系统的信号输入。

⒍信号分析仪进行加窗、FFT变换、平均和自谱互谱等信号的分析处理，得到时域、FFT、自谱、互谱等信号。

⒎信号分析仪将信号分析的时域、FFT、自谱、互谱等信号给依据本发明方法实现的软件。

⒏将下位机信号分析仪传输的信号保存到内存对象。

步骤1006中，参见图5，具体步骤如下：

（1）这部分的指标计算实质是通过预先对检定规程的分析，预先实现各指标的计算程序。

（2）在检定一个项目时，从预先实现的计算方法中调用需要的计算方法，计算出项目的检定指标。

（3）通过事先设定的参考范围的比较，很容易可以判定项目是否合格。

总而言之，根据图1所示的本发明步骤，循环步骤2002-步骤1006的过程，即实现了所有项目的检定。

另外，参见图6，结合本发明方法，具体介绍该方法的完整工作环境，即硬件环境以及相关实现过程中所具备的条件：

硬件3001：振动控制软件：检定对象系统的一部分，用于提供对振动台和振动控制仪的用户操作接口。

硬件3002：振动控制仪：振动控制的仪器，输出驱动信号给振动系统，检测反馈的振动信号，通过反馈的振动信号与期望的振动信号的比较，不断调整驱动信号使得振动台以期望的振动进行振动。

硬件3003：功率放大元件：将振动控制仪的驱动信号进行放大，驱动振动台振动。

硬件3004：振动台：振动试验的执行部分，振动台根据驱动信号进行正弦、随机等振动，用于模拟试件在真实工作环境下会受到的振动。

硬件3005：一个三向加速度传感器，三向传感器可以同时检测x\y\z三个方向的振动，需要连接到数据采集仪的三个通道。用于横向比的检定。在实际系统中，不同标准要求的传感器会不一样。这里的3005和3006以JJG948-1999为例说明。

硬件3006：4个单向加速度传感器，与3005的Z向共五个Z向传感器用于检测台面振动均匀度。在必要时可以使用更多的传感器进行测量。五个只是JJG948-1999的最低要求。

硬件3007：用于采集振动信号并进行FFT分析和自谱互谱分析及平均，是本发明实现软件的硬件部分。在本发明中，最早支持的硬件为杭州亿恒科技的6008、7008、7016三种。但依据本方法实现的软件，只要更换硬件驱动和接口部分，可以在其它硬件上方便实现。

硬件3008：依据本发明实现的计算机软件：目前分别使用VC6和VC2010实现，实际该方法可以通过包括但不限于Delphi、C#、Java、VB等各种语言和开发平台实现。目前该软件在Windows2000、WindowsXP、WindowsVista、Windows7下运行。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种振动系统检定的自动化方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

a.根据检定标准，分析标准，定义和生成规则库；

b.从规则库选择需要检定项目；

c.对各检定项目填充检定时振动台运行参数；

d.根据规则库和试验台运行参数，自动设定合适的采样和谱分析参数；

e.利用传感器进行加速度、速度、位移的信号采集和分析；

f.自动根据规则库提供的项目指标计算方法进行计算，并与参考范围比较计算；

所述步骤d具体通过以下几步实现参数的自动设置：

(1)从当前检定项目取得当前项目的振动运行频率；

(2)取得项目代号；

(3)根据工作频率和谐波测试要求计算采样频率；

(4)根据检定标准规则库，得到测试精度方面要求，计算需要采样点数；

(5)根据标准规则库的加窗要求，设置项目的加窗参数；

(6)根据标准规则库的平均要求，设置项目的平均参数。

2.根据权利要求1的振动系统检定的自动化方法，其特征在于，所述步骤a中规则库中定义有检定类型，包括定型检定、出厂检定以及周期检定。

3.根据权利要求1的振动系统检定的自动化方法，其特征在于，所述步骤a具体为首先根据检定标准进行详细分析，将一个标准需要检定的每一个项目生成一个“检定项目”对象，所有对象的集合保存到“检定标准”对象中，构成一个数组；接着，通过面向对象的多态技术，在实际引用的“检定标准”对象中初始化所有的检定项目；然后，每个检定项目都给予一个项目代号，以便于分类处理。

4.根据权利要求1的振动系统检定的自动化方法，其特征在于，所述步骤b具体为在规则明确、检定类型已知条件下，使用条件选择语句计算机很容易根据检定项目的项目代号将需要的检定项目提取出来，将从检定标准项目中提取出的项目放到检定项目组织模块对应存储对象中。

5.根据权利要求1的振动系统检定的自动化方法，其特征在于，所述步骤c具体为通过振动台的额定参数，结合检定标准的规则库，为各检定项目设定振动台检定过程中需要的运行参数。

6.根据权利要求1的振动系统检定的自动化方法，其特征在于，所述通过步骤c中还包括在明确各项目的振动试验运行参数时，通过图文的形式生成项目检定提示信息，即首先使用一个文件保存提示性文字，这样便于用户修改补充，对于每一个项目，通过项目代号和一段操作提示文字关联，可以方便的定点提示；其次自动生成一段振动试验运行参数提示文字，与固定描述文字进行拼接组成完整提示文字；然后根据标准的要求，预先制作一系列图保存到文件资源中，在检定某一项目时调出相应图片构成提示信息的图形部分。