1 引言

隨著科學技術的迅速發展，工業生產進入以計算機、數控和液壓為主體的發展階段，由于液壓傳動具有單位功率重量輕、體積小、可實現無級變速、易于實現載荷控制和動力傳輸等優點，因而在工程中得到了廣泛地應用。但由于液壓系統的工作介質是流體，流體本身存在連續性和靜壓傳遞的均布性，很難判斷液壓系統故障的因果關系，再加上控制元件主要是靠機械動作改變閥口來實現的，因此很容易造成密封件磨損而導致的元件內泄漏等故障，這些故障通常相當復雜和隱蔽，單憑感官、經驗和傳統的檢測方法來判斷，相當困難并且準確性不高。那么如何對液壓系統故障進行實時檢測，使得液壓設備準確、高效的運轉，是擺在工程技術人員面前的一大難題。本文提出一種基于虛擬儀器技術的液壓系統故障檢測方法。 2虛擬儀器及其軟件開發平臺Labview

2．1虛擬儀器

虛擬儀器是一種全新的儀器概念，是計算機技術和儀器技術相結合的產物，它利用計算機的硬件資源、標準數字電路以及計算機軟件資源，使得使用者操作這臺通用計算機就像操作一臺自己專門設計的儀器一樣。虛擬儀器技術的最大特點是"軟件就是儀器"的觀念。除此之外，虛擬儀器還具有以下幾個特點：

1)豐富和增強了傳統儀器的功能，虛擬儀器將信號分析、顯示、存儲、打印和其他管理集中由計算機來處理，充分利用了計算機強大的數據處理、傳輸和顯示能力，使得組建系統更加靈活、簡單。

2)儀器由用戶自己定義，虛擬儀器通過提供給用戶組建自己儀器的可重用源代碼庫，可以很方便地修改儀器功能和面板。

3)開發與維護的費用低，系統組建時間短，當需要增加新的測量功能，只需要增加軟件模塊或通用的硬件模塊，縮短了系統的更新時間，而且有利于系統的擴展。

2．2軟件開發平臺IabVIEW

LabVI EW(Laboratory Vinual Instrument．Engi-neering Workbench)，即實驗室虛擬儀器集成環境，是美國NI公司推出的一種非常優秀的面向對象的圖形化編程語言--G語言。它和Visual Basic、Visual C++、Delphi、Perl等基于文本型程序代碼的編程語言不同，LabVIEW采用圖形模式的結構框圖構建程序代碼，因此，在編程時，基本不寫程序代碼，取而代之的是圖標、連線構成的框圖。LabVIEW提供了豐富的函數庫和子程序庫，這些模塊為使用者完成一般的數據采集、分析、顯示等任務，提供了極大的方便。

LabVIEW程序分為兩部分：前面板(Front Pan-e1)和程序框圖(Block Diagram)。前面板是VI的圖形用戶接口，它集成了用戶輸入和輸出功能。主要由控制量和顯示量構成。用戶通過控制量(如輸人數據的文本框以及一些開關、按鈕等)輸入數據和控制程序的運行，而顯示量(如波形圖、波形表等)則主要用于顯示程序運行的結果。程序框圖包含了虛擬儀器的圖形化源代碼，用以控制和操縱定義在前面板上輸入和輸出功能。此外，還包括內置于LabVIEW庫中的函數、結構、連線和子VI等。

3采用虛擬儀器技術對液壓系統進行故障檢測

在液壓傳動過程中，系統故障時有發生，如沒有運動，運動不穩定，運動方向不正確，運動速度不合要求以及爬行、噪音、油溫急劇上升等。當故障發生時，可以通過故障后系統的輸出信息和正常運行的狀態進行比較，從而診斷出故障的原因和部位。但是無論什么原因，液壓系統故障都可以從壓力、流量和方向三個大問題中反映出來，因此，對系統參數進行在線檢測是十分必要的。在液壓系統中需要檢測的主要參數有壓力和流量，同時還有油溫和液位等等。由于壓力和流量變化比較快，可采用動態的在線檢測，能及時反映出系統的運行狀態和故障情況，而油溫的變化相對平緩，則可采用靜態檢測。本文以液壓系統中壓力的檢測為例說明基于虛擬儀器技術的液壓系統故障檢測的設計方法。

3．1壓力檢測裝置的組成

該裝置由四部分個組成，即傳感器、信號調理、數據采集卡和計算機系統。通過傳感器對壓力信號進行時實采集，但由于采集到的電信號大多數是含有噪聲的微弱信號或是非電信號，因此要進行信號調理。信號調理的作用就是對采集的電信號進行放大、轉換或濾波等處理，使之成為標準信號。然后再接人數據采集卡。將模擬電信號進行離散化和數字化，最后通過計算機對采集的數據進行分析、處理和顯示。本裝置還具有時實越限報警功能，當壓力超出警戒線時，給出報警信號。

在整個壓力檢測裝置的設計中，數據采集卡是核心部分。通常，一個典型的采集卡可以完成多種功能：模／數轉換、數／模轉換、數字量I／O，以及計數器／定時器操作等。在該檢測裝置設計中選用的是即插即用的USB6009數據采集卡。USB6009具有8路模擬輸入通道，2路模擬輸出，14位分辨率，12條數字I／O線，48 kS／s的多功能數據采集卡。

3．2壓力檢測裝置的設計

壓力檢測可根據信道的數目不同分為單通道壓力檢測和多通道壓力檢測兩種情況，這里我們研究的是單通道壓力檢測。

單通道壓力檢測是選用數據采集卡的一個模擬輸入通道，用戶在彈出的對話框中選擇所要檢測的通道，軟件系統就從選中的通道中按照設定的采集頻率采集數據。并將采樣的數據用曲線的形式加以顯示。利用LabVIEW設計的壓力檢測裝置的前面板如圖2所示：

該前面板用于設置輸入數值和觀察輸出量。實現的功能有：

1)系統控制：對壓力信號進行實時采集，設置采樣頻率，使用戶在檢測過程中可隨時改變采樣頻率的值以適應采樣的需求，設置報警的上下限壓力值。
2)數據分析：主要完成數據的處理，這里主要是求平均壓力值。
3)顯示控制：可以顯示壓力隨時間的變化曲線，當壓力超過警戒范圍時，指示燈就會變亮。

可以看出前面板猶如儀器的面板，可用于控制和顯示，充分體現了虛擬儀器"軟件就是儀器"的優點。與前面板相對應的程序框圖，相當于傳統程序的源代碼，是由圖框、端口、連線和結構構成，其中結構起到控制作用，如循環控制、事件控制、延時控制等。通過工具、控制和函數模板，可以十分方便的創建框圖程序。

虛擬儀器有強大的可擴展性和靈活性。可以選擇不同種類的傳感器，進行相應的前面板設計，就能實現液壓系統中的流量、溫度等其它信號的檢測。

4 總結

本文以液壓系統中壓力檢測為例說明了虛擬儀器技術在故障檢測中的應用。利用虛擬儀器技術強的擴展性，用戶可以根據自己的需要，隨時設計和修改前面板，周期短，易于維護和調試。隨著計算機技術和網絡技術的發展，虛擬儀器技術在測試、監控和故障診斷等方面將有越來越多的應用。