摘要：文章针对现在船用电机毛病的首要问题，介绍了依据小波剖析原理的消噪和特征提取办法，结合LabVIEW渠道完结了硬件和软件资源的同享。其间，体系硬件由加速度传感器、信号调度电路、数据收集卡和PC机组成;体系软件运用LabVIEW渠道编程完结数据收集、保存、小波除噪处理及小波改换，检测出毛病特征信息。试验标明，本体系大大提高了毛病检测的实时性与精确性。
关键词：小波剖析;LabVIEW;特征提取;毛病检测
0 导言
船用电机因为作业在环境温度高、湿度大、有油污及振荡大的恶劣环境中，其全体运用性能及技能工况会逐渐下降，一旦电机产生毛病，就可能导致动力体系和电力体系服务间断，然后要挟船只飞行的安全。因而，依据LabVIEW渠道开发的船用电机毛病检测体系，能及时、精确地确诊出电机毛病，具有宽广的运用远景。
虚拟仪器是一种以全新的理念来规划和开展的仪器，与传统的仪器比较，性价比高，且在数据收集方面具有广泛的运用。把虚拟仪器技能运用到对毛病信号的收集剖析处理中，一台PC机，配上数据收集卡、信号调度电路，及LabVIEW软件就能开宣布一套无缺的数据收集剖析处理体系，能够彻底替代传统仪器。
1 毛病信号的剖析办法
电机呈现毛病时，往往能经过其振荡信息反映出来，毛病信号特征提取是检测的榜首步，也是关键因素。当电机处于杂乱的多噪声体系中时，包含机械噪声和电气噪声，传感器往往会收集到各种体系存在的噪声，但其间仅有一部分是与电机毛病有关的，经过小波除噪，构成坐落不同频率上的带通滤波器，这样能够在时刻轴上定位各个噪声的品种，滤除去无关噪声，筛选出的有用噪声特征送入小波改换多分辩率剖析。
传统的依据傅里叶改换的频谱剖析法是振荡信号剖析中最常用的办法，它仅适应于剖析干稳信号，但毛病信号中往往含有很多的时变、短时突发性质的成分，人们提出了短时傅立叶改换，其尽管具有时刻频率可变性，但时刻频率的巨细是固定的，与振荡信号的时刻频率巨细可变不相适宜，因而，也不能满意毛病信号特征提取的要求。小波剖析，作为一种时频剖析办法，对不同的频率成分选用不同的时刻分辩，经过弹性和平移运算，到达高频处时刻细分，低频处频率细分，关于电机毛病剖析，尤其是对骤变信号剖析作用显著。
2 体系结构
体系规划的作业原理是选用振荡确诊法及小波改换和虚拟仪器技能相结合的办法，其间硬件部分是由数据信号收集部分和数据信号处理部分组成。振荡传感器、信号调度电路和数据收集卡组成数据信号收集部分;装有LabVIEW程序的PC机首要完结对数据收集卡的装备及对收集的数据进行存储和处理。体系硬件结构框图如图1所示。
2.1 传感器
体系选用压电式加速度传感器，该传感器具有十分高的输出阻抗，一起其输出的电荷量十分小，引起需求高输入阻抗一起高增益的扩大器。因而，信号调度电路选用的是电荷扩大器，电荷扩大器要求输入阻抗极高，一起要求输入的偏置电流极小，这样才干尽量地削减丈量的差错。
2.2 信号调度电路
本电路规划的电荷扩大器如图2所示。其间榜首级电荷扩大器选用的有必要是高输入阻抗低偏置电流的运算扩大器，一般选用FET前级。这儿选用BiMOS前级的运算扩大器CA3140，其输入阻抗高达1.5T Ω，输入的偏置电流仅仅有10pA，增益带宽积有4MHz。电路中的C1是衔接传感器和扩大器输入端的屏蔽电缆的本身电容，一般选用特氟龙绝缘的屏蔽电缆。R1和R2构成了反相扩大器的调度增益的电阻，二者确认的扩大器的直流电压增益为1，R1的阻值取值较大，为了确保扩大器具有较高的输入阻抗。R3是为了平衡输入端，确保杰出的共模抑制比。后端运用宽带运算扩大器OP37作为电压跟从器，然后确保了牢靠的带宽。该扩大器的输出与传感器的输出电荷以及反应电容C2有关，如式(1)所示。C2贮存电荷，因而C2应选用低走漏高精度的电容，一般选用聚苯乙烯电容或许镀银云母电容。别的，这些%&&&&&%具有十分低的温度系数，因而特别适宜温度改动剧烈的场合。别的因为电荷扩大器扩大的是电荷，因而周围的走漏电流对丈量成果的影响很大，有必要做好屏蔽，一起运算扩大器的输入端需求悬空焊接，防止印制电路板上的电流走漏影响。
2.3 数据收集卡
数据收集设备的作用是将传感器收集的、经过信号调度电路后的模拟信号，转换为计算机能够处理的数字信号。关于数据收集器的采样率要依据奈奎斯特采样规律和前级传感器电路的输出信号频率来决议。考虑前级传感器的电路的输出：压电加速度传感器的输出接近于冲击呼应，因而其占用的频带较宽，一般能够到达100kHz。依据奈奎斯特采样定理可知，收集频率为f的信号时，所需求的数据转换器的最低采样率为2f，实践中为了确保信号的频谱无缺性，一般选用5f的采样率进行采样。
3 数据的处理剖析
经过LabVIEW软件编写的上位机程序完结对硬件收集数据进行剖析和处理。流程图如图3所示。经过收集数据、保存数据、对数据进行除噪处理，挑选适宜的小波基进行小波改换，检测出特征毛病信息。
3.1 小波除噪
小波除噪程序调用LabVIEW软件中小波工具包中的Wavelet Denoise.v进行处理，其程序框图如图4所示。试验分别对含有白噪声的方波和具有奇特点的正弦波信号进行滤波，并与一般的巴特沃兹滤波器比照。选用LabVIEW自带的小波工具包完结小波滤波器，设置阈值为软阈值，根底小波选用bior2_2，试验成果如图5所示。
图5中左右两个图最顶层皆显现为原始搀杂白噪声的信号，中心一排为小波滤波器的滤波成果，最下面一排为4阶巴特沃兹滤波器滤波的成果。可见，1)关于左图有奇特点的信号而言，尽管两种滤波器都能够有效地消除噪声，可是巴特沃兹滤波器却把奇特点滤除了，导致了信号信息的丢掉，而小波滤波器却能够无缺地保存奇特点信息。2)关于右图方波信号而言，巴特沃兹滤波器造成了严峻的失真，而小波滤波器则保存了较为无缺的方波波形。因而，试验标明体系规划的小波除噪程序能较好地对信号进行除噪。
3.2 小波改换
电机突发振荡产生的信号经小波除噪后送入处理剖析，选用小波多分辩率剖析的办法，图6为小波多频率剖析程序框图。试验用的时域波形如图7榜首行所示。在开端电机转速为10r/s，在0.1s的时分忽然产生转速的改动。试验顺次选用了db02、db05和db09三个不同的小波，改换成果如图7第二、三、四行所示。比较其成果，db02小波的成果中幅值改换点场所占用的时刻跨度最小，因而能够最精确的确认时刻方位，检测作用显着。
4 定论
本文经过剖析电机毛病信息，选用了小波改换对收集的数据进行除噪和特征提取，本体系规划了首要硬件电路，然后运用LabVIEW渠道对数据收集卡的装备及对收集的数据进行存储和处理，试验成果标明，本体系能快速、精确地确诊出船用电机毛病及时刻，具有杰出的运用远景。
