应用场景

• 高铁转向架轴承监测：适配 350km/h 高速工况，实时采集轴承声学信号，结合故障特征库实现早期故障预警，已在某铁路局动车段试点应用。

• 轨旁诊断算法验证：为 TADS 系统的故障识别算法提供多样化实验数据，支持内圈、外圈、滚子等不同故障类型的模拟与算法迭代优化。

架构功能

硬件组成

软件架构

1. 界面层（UI）：包含运动参数设置、信号波形显示、测试结果标注、数据导出按钮等核心元素，操作直观。

2. 控制层（State Machine）：通过 While 循环 + Case 结构调度流程，核心状态包括 “待机→参数配置→电机启动→信号采集→分析判定→数据存储→结束”。

3. 驱动层（Instrument Driver）：基于 VISA 协议调用硬件驱动，封装串口通信、电机控制、信号采集等子 VI，兼容不同厂家设备。

4. 数据层（Data Logging）：以 TDMS 格式存储原始信号与分析结果，支持按实验日期、轴承类型分类查询，可导出 Excel 报表。

5. 异常处理层（Error Handler）：针对电机通信故障、信号采集超差、限位触发等场景，实现弹窗报警、紧急停机与日志记录。

核心功能实现

电机联控模块

• 初始化：通过 VISA 接口发送指令，配置运动控制器通信参数（19200 波特率、CRC16 校验），自检电机与驱动器连接状态。

• 模式控制：支持单程 / 往复两种状态，单程模式实现电机单独 / 同时启动，往复模式循环发送正反转指令，无需手动复位。

• 参数调节：在上位机设置转速（0-3000rpm）、加速度、行程等参数，通过脉冲频率 / 数量控制电机运动，实际转速误差≤0.1rpm。

信号采集模块

• 工况切换：按实验需求切换静态（轴承旋转）/ 动态（旋转 + 水平运动）模式，自动配置采样频率（最高 30kHz）与采集时长。

• 数据采集：调用 DAQ 助手子 VI，通过采集卡 0 通道接收传声器信号，加入滑动平均滤波去除环境噪声。

• 实时监控：在前面板波形图表动态显示时域信号，同步标注采集进度与设备状态。

分析判定模块

• 时频域处理：调用 Sound and Vibration Toolkit，采用 Welch 法进行功率谱分析，提取故障特征频率，与理论值（如 N205 轴承内圈故障频率 0.1182N）比对。

• 结果判定：若特征频率偏差≤2% 且无异常幅值突变，判定为 “合格”；否则标注故障类型（内圈 / 外圈 / 滚动体故障）与偏差值。

• 报警提示：不合格项以红色高亮显示，触发声光报警，支持手动暂停或继续测试。

数据存储模块

• 本地存储：自动生成含 “实验日期 - 轴承类型 - 转速” 的文件名，存储 TDMS 格式原始数据与分析报告。

• 导出功能：设计 “导出数据” 按钮，一键将测试结果（含参数、特征频率、判定结果）导出为 Excel 文件，支持追溯查询。