基于虚拟仪器的水电机组在线振动监测系统

在运用傅立叶运算对采样信号进行变换的过程中，会引起“谱泄漏”现象。为了消除“谱泄漏”现象，提高谱分析精度，在傅立叶变换时实现整周期截断，对振动信号实行整周期采样。整周期采样是指系统的采样频率动态地跟踪信号频率的变化，以确保在采样点数不变的情况下，采样周期均匀，所采信号周期完整。实现整周期采样的关键是如何将一个完整的周期信号均匀地分成K等分进行采样，其中K为一个采样周期内的采样点数。信号周期可以通过链相信号测得，两相邻链相信号的上升沿或下降沿之间即为一个采样周期。本系统中通过软件计算机出采样时间间隔来达到均匀采样的目的。此外加窗也是减小“谱泄漏”影响的一种有效办法，对某一个信号选择一个合适的窗函数。窗函数越宽，抑制杂波能力越强；窗函数越窄，分辨率越高。

2.2 信号处理和分析

利用LabVIEW的Signal Processing Suite专用软件包、函数和子程序库，对采集的水电机组信号进行处理和分析，主要包括非线性变换、数字滤波、时域分析、频域分析、小波分析、轴心轨迹分析等。

（1） 非线性变换：由于传感器结构的特点，它输出的直流电压值不是完全线性的，这就造成了最终距离参数难以直接获得。采用同线拟合办法可以很好地实现信号的非线性变换。

（2） 数字滤波：为了弥补硬件滤波器的不足，提高设备的可靠性，采用谐波去除法作为软件滤的方法。运用ReFFT（）函数对现场采集的信号进行快速

傅立叶变换，在生成的幅值频谱中将事先规定的截止频率以上的频率成分设为0，然后在运用ReInvFFT（）函数进行傅立叶反变换，求出滤波后的时域数据。

（3） 时域分析：主要是时域波形显示（包括实时数据随时间变化图及局部放大及缩小）、波形特征值的计算（包括计算振动/摆度的峰峰值的均值、方差等）、相位分析（包括测点信号的相位随时间变化及不同测点之间的相位差）及其相关分析（通过两个量之间相关变化找出自变量如水头和开度等对震动/摆度的影响）等。

（4） 频域分析：将整周期采集的信号进行快速傅立叶变换，得到振动信号的频谱。分析功能主要有幅值谱分析、功率谱分析以及频谱图（包括频谱分量的最大值及该最大值发生的频率）的计算和显示等。

（5） 小波分析：傅立叶变换对水电机组振动信号中出现的奇异点有时难以准确识别，而这种奇异点的出现，通常又与故障的发生紧密相连，而小波分析在噪声消除、微弱信号的提取和图像处理等方面具有明显的优势，故小波分析也是水电机组振动信号分析的有具工具。应用小波分析技术对振动信号进行“细化和放大”，使振动信号更加清晰，以便于捕捉振动信号变化的特征点，尤其是对突变信号的处理优势明显。

（6） 轴心轨迹分析：动态间隙显示、动/静态轴心轨迹曲线、动/静态谐波轴心轨迹曲线。

2.3 数据库的设计

数据库选用SQL Server 2000，利用LabVIEW 6i开发平台内带的SQL Tooikit工具包与数据库进行联系，通过SQL Toolkit可以访问大多数关系型数据库（如Oracle、Informix、Sybase、MS SQL Server等），用SQL语句可实现对数据库的查询、修改和增删等操作[6]。数据库分为实时数据和历史数据两种。实时数据主要是有机组配置及数据采集参数、各振动和摆度原始波形、各振动和摆度频谱数据、各振动和摆度特征数据、状态参数数据。历史数据主要有：机组正常运转的历史数据，按年、月、日等进行分档压缩存储；机组出现异常情况的历史数据，用于事故追忆。

通过在LabVIEW，系统平台上开发的基于PXI平台的水电机组振动监测系统集振动测试、数据采集、处理和分析为一体，能迅速而有铲地把水电机组在各种过程中的振动情况整理成资源和图形，如波特图、极坐标图、波形图、轨迹图、三维谱图、轴中心位置图、振动数据库等，以便对水电机组的振动情况分析和故障诊断。该系统已安装在多台水电机组上。运行结果表明，与传统监控系统相比，虚拟仪器方案不仅系统结构紧凑，构成灵活，且功能丰富，通过修改软件功能易于扩展，具有很高的性价比，监控过程可实现无人值守，通过联网可实现远程监控。因此基于

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