BZUSB数据采集分析系统说明指导书.doc

BZ7201-USB数据采集分析系统

使用说明书

北戴河电气自动化研究所
秦皇岛市北戴河兰德科技有限责任企业

目录

介绍

Ⅰ.介绍 1
安装软件

Ⅰ.安装软件 1
基础操作概述

Ⅰ.信号示波和采样 4
Ⅱ.时域运算分析 10
Ⅲ.频谱分析 14
联络方法

Ⅰ. 联络方法 19

介绍

BZ7201-USB数据采集和分析系统（以下简称BZ7201软件）是一套运行在Windows95/98/Me/NT//Xp平台上多通道信号采集和实时分析软件，可实现信号示波、采样和实时频谱分析，包含时域运算分析、频谱分析等多个分析内容，多个采样分析参数可任意调整。经过和本企业不一样硬件配合使用，即可组成一个可进行多个动、静态测试试验室。
BZ7201软件含有专业版多类型视窗多模块功效高度集成特征，含有操作便捷特点。基于本企业在多种工程应用领域长久经验，BZ7201软件对多种功效进行整合，成为一套功效全方面、操作便捷、界面美观、性能优越动、静态信号测试分析系统。
安装软件

BZ7201软件是在PC兼容微型计算机Windows操作系统支持专业振动信号采集、处理和分析应用软件。
BZ7201软件安装过程是：首先把BZ7201软件安装光盘插入光盘驱动器，然后直接运行BZ7201软件安装程序“Setup.exe”，出现图1.1所表示界面，点击“下一步”；

图1.1

出现图1.2所表示界面，能够输入用户信息，选择此程序使用者，继续点击“下一步”；

图1.2
安装程序在硬盘上建立默认路径是“C:\Program Files\LAND\BZ7201\”，此路径可修改，点击更改按钮，可重新输入安装路径。图1.3所表示；

图1.3
出现目前设置界面，图1.4所表示，已经做好安装程序准备，点击“安装”按钮，程序开始安装；

图1.4
等候InstallShield Wizard成功安装了BZ7201，单击“完成”退出程序，图1.5所表示。假如选中“开启程序”，则软件开始运行。

图1.5
软件安装完成后，将硬件和计算机连接。这时计算机弹出“发觉新硬件”提醒框，根据提醒将硬件驱动安装后即可使用。（如不能自动安装硬件驱动，那么就到安装好软件根目录中去寻求。比如将软件安装到C:\Program Files中，硬件安装驱动就到C:\Program Files\land\硬件驱动里寻求。）
基础操作概述

在BZ7201无偿版软件中，能够进行多通道信号示波、采样、时域运算分析和频谱分析。图2.1所表示。

图2.1
1 信号示波和采样
进入主窗口后点击工具条“示波采样”或“操作”菜单中“示波采样”，这是弹出示波采样窗口。
在“示波和采样”窗口中，上部按钮能够进行基础设置、示波和采样操作，左侧操作控制区则能够进行多种设置，包含显示方法、采样参数等。窗口主体部分为图形显示区，其中显示示波和采样过程中多种波形、频谱和参数信息等。图2.2所表示。

图2.3
图2.2

1.1 示波采样参数设置

按“设置[ P ]”按钮，或按键盘[Alt+P ]键，能够调出采样参数对话框，从中能够设置多种示波和采样参数，图2.3所表示。其中各项内容以下：

图2.3
文件参数：
试验名：此处能够输入测量试验名称，在BZ7201中均称为试验名，通常能够简单若干字母组成，用于表示采样数据。注意：因为试验名将用于文件命名，所以试验名必需符累计算机文件命名规范，不要使用特殊字符；
试验号：实际测量试验中，可能要进行数次采样，能够使用不一样试验号标识各次测量数据，试验号提议使用数字，易于以后批量分析和自动分析，试验号页能够使用字母，但一样必需符累计算机文件命名规范；在其右侧又一个“自动增加”选择框，选中后BZ7201在每次采样完成后，自动将试验号加1，这么在进行数次测量时，能够免去反复更改试验号工作。
路径：将采样数据保留在计算机所对应位置（文件夹）。
试验描述：此部分内容为描述性文字，用于对试验对象和工况描述文字，亦可不填写。
试验对象：描述试验对象名称等任何文字信息；
试验工况：描述试验工况环境等任何文字信息。
采样方法：能够选择三种不一样采样方法：
1) 随机采样，即自由采样，此方法下，BZ7201在得到采样命令后（按下“采样”或“边采边显”），立即开始信号采样；
2) 触发采样：此方法下要求设置部分触发采样，在BZ7201得到采样命令后，并不立即开始进行采样，而是等候信号满足触发条件才开始进行采样，此时参数设置对话框中将出现“触发参数”栏，从中能够设置多种触发参数。
3) 数次触发采样：此方法下也要求设置部分触发采样，类似触发采样，只有当信号满足触发条件时才开始采样，不过数次触发采样能够在一次采样过程中，数次进行触发采样。此时采样参数设置对话框也有所不一样，其中不仅要进行触发参数设置，还要进行数次触发参数设置。
采样频率：
采样频率：能够按两种方法设置。按分析频率或按采样频率，BZ7201中定义采样频率为分析频率2.56倍，所以两种设置方法能够任选其一进行设置。通常在实际测量中，分析频率应不低于信号频率，或感爱好信号频率范围，大于分析频率信号必需经过抗混叠滤波器进行滤除。
通道数目：依据测量需要选择合适通道数目。
程控放大：对幅值较小信号还能够进行放大，以提升AD转换效果，能够经过两种方法设置：按放大倍数或按量程范围。对于放大倍数为1时采集仪满量程范围为A情况下，放大倍数若设为m，则量程范围将对应变为A/m。两种设置方法含有等同效果，能够依据习惯选择某种方法进行设置。
提醒：当信号最大幅值大约在采集仪满量程60~80%左右时，则能愈加好地充足利用AD精度。
采样长度：（仅随机采样和触发采样时设置）
采样长度: 能够按两种方法进行设置。按时间或按块数。按时间即为设置采样多少秒，按块数则为采样多少块数据（每块为1024点）。采样时间和采样块数只要设置其一即可，而且能够依据采样频率进行转换，设采样频率为SF(Hz)，采样时间为T(s)，采样块数为M块，每块1024点，则有：T＝M×1024/ SF
触发参数：（仅触发采样和数次触发采样时设置）
触发通道：依据该通道信号是否满足触发条件决定是否开始采样；
触发方法：有三种方法，包含绝对值、上升沿和下降沿，和触发电平配合形成触发条件，当设置为绝对值触发方法时，则触发条件为信号幅值绝对值大于触发电平时满足；
数次触发参数：（仅数次触发方法时设置）
触发次数：每次采样统计几次触发波形，全部次触发波形全部将保留为一个数据文件；
每次采样块数：每次满足触发条件后采样长度，每块为1024点。
提醒：数次进行采样，要求在“文件参数”栏中选中试验号“自动增加”项，确保每次采样试验号不一样，避免同名文件被覆盖。
设置参数通道：点击“设置参数通道”按钮，弹出新对话框，图2.4所表示。
此栏能够设置采样通道测点号、标定值、工程单位和各通道测点描述。

图2.4

在对话框中有16个通道，每个通道全部能够设定不一样标定值、单位和测点描述。采样通道数依据需要而定。其中：
第一列为通道序号，无需设置，本软件总是选择前若干个通道进行采样；
第二列为测点号，即可为各采样通道对应测点命名，通常使用数字，这么便于以后部分批量分析和自动分析；
第三列为标定值，即该通道测量物理量信号经过传感器和放大器等设备后转变为电压量百分比关系，单位为mV/EU。若某通道标定值为CV，则表示每个物理量信号经过转换后键入采集仪时被转换为CV个mV电压。比如使用加速度传感器进行测量时，传感器灵敏度为 A mV/g，经过放大器放大倍数为B，然后进入采集仪，则此测点工程单位能够设为g，灵敏度为 CV ＝ A×B （mV/g）；
第四列为工程单位，即该通道测量信号物理量单位；
第五列为测点描述，能够输入测点位置描述等任何文字信息，也能够不填写。
另有“自动设测点号”“统一设标定值”“统一设置EU”等选项，在多通道进行采集，而且标定值和单位相同时即可统一设定，而不用一个一个去设。能够节省时间，方便操作。
采样参数设置完成后，按“确定”按钮完成设置。（各项参数设置完成后，按“确定”按钮则完成设置，若按“取消”按钮，则忽略全部设置）。进行后面示波采样操作。
1.2 示波和采样操作
在正确设置完成采样参数后，即可开始进行示波或采样操作。
1 按“示波 [ O ]”按钮，或按键盘 [Alt+ O ] 键即可开始进行信号示波，此时要求计算机已经正确连接了对应采集仪，不然将出现错误提醒信息。
2 按“采样 [ S ]”按钮，或按键盘 [ Alt+S ] 键即可开始进行信号采样，此时将在屏幕中央部位显示采样状态和进度信息。采样完成后，将自动调出信号波形进行回放显示，在采样过程中，若要随时停止，则能够按“停止 [ Q ]”按钮，或按键盘 [Alt+ Q ] 键可立即停止采样。
3 按“边采边显 [ M ]”按钮，或按键盘 [Alt+ M ] 键即可同时开始信号示波和采样，即在采样同时进行示波，此时将在屏幕右下角部位显示采样状态和进度信息。采样完成后，将自动调出信号波形进行回放显示，参见3.2.3。在采样过程中，若要随时停止，则能够按“停止 [ Q ]”按钮，或按键盘 [Alt+Q ]键可立即停止采样。
提醒1：因为Windows操作系统多任务性，各应用程序之间可能会出现抢夺系统资源现象，所以在采样过程中，请避免进行其它操作，或运行其它软件。不然可能造成采样不能连续进行。
提醒2：边采边显方法下，因为在采样同时需要进行波形或频谱显示计算等，这会消耗计算机部分资源，所以在较高采样频率下可能无法进行边采边显方法采样，具体频率上限和计算机速度相关。若出现不能连续采样情况，则请强度采样频率，或使用直接“采样”方法。
提醒3：采样时BZ7201还会自动检验是否已经存在相同试验名、试验号和测点号数据，若已经存在，则出现提醒信息，提醒是否进行覆盖，或重新设置采样参数。
4 按“停止 [ Q ]”按钮，或按键盘 [Alt+ Q ] 键能够在采样过程中随时停止采样，停止采样操作并不丢弃已经采样数据。所以在无法确定采样长度或采样时间情况下，通常能够设置一个较大采样长度，然后开始采样，在确定能够结束采样时，按“停止 [ Q ]”按钮随时结束。
当采样结束后，BZ7201将自动调出刚刚采样数据进行回放，此时在窗口上部图2.5回放按钮将生效，分别以下操作：
首页：将波形定位到最开始处；
末页：将波形定位到最末处；
前页：波形向前翻页；
后页：波形向后翻页；
提醒：再次进行采样或示波操作，这些回放按钮又将自动变灰失效。

图2.5
2 时域运算分析
点击工具条“时域分析”按钮，将出现“选择分析数据”对话框，从中能够选择需要进行分析采样数据，图2.6所表示。  其中试验名、试验号等栏显示目前调入数据试验名、试验号和数据路径等参数，在测点列表种列出该试验名和试验号对应全部测点数据。能够使用鼠标选中要进行分析测点，然后按“==>”按钮能够将选中测点选到右侧测点列表中。若要从“已选测点”中清除测点，则能够在“已选测点”中选中要清除测点，然后按“<==”按钮即可。按“全选”按钮则能够将左边“测点列表”中全部测点选择到右侧“已选测点”中。按“全清”按钮则将“已选测点”中全部测点全部清除掉。  选择完成后，按“确定”按钮则能够将“已选测点”列表各测点数据调入进行分析。
图2.6
 选择完成后，即可进入信号时域波形分析模块，其中上部按钮能够进行波形滚动、翻页和定位等操作，左侧操作控制区则能够进行多种设置，包含显示方法、分析参数等。窗口主体部分为图形显示区，其中显示调入数据波形和参数文字信息等内容。
2.1  时域分析原理
时域运算分析能够对单或多通道信号从时间域上，即对时域波形进行分析，它显示信号随时间幅值波形，从波形图上能够得到信号在各个时间上幅值大小。能够观察信号随时间改变中，信号幅度改变情况。能够搜索整个时间历程中信号最大、最小值位置。若信号为振动位移、速度或加速度信号时，对信号进行微分或积分操作，能够经过其中一个信号得到另外两种信号。时域分析是信号最基础分析方法之一，它直观给出了信号原始时域波形，在各个方面相关键作用。对于具体信号，它表现出不一样应用特点。时域运算分析界面图2.7所表示。

图2.7

2.2 界面使用说明
1．对话框左侧含有多种选择操作等控件部分为操作控制区，包含：显示、纵坐标、采样参数、数学运算、去直流分量和分析结果另存等内容，操作这些控件能够改变结果图形部分显示和分析参数。
在窗口左部操作控制区中有多种选择按钮，经过它们能够进行部分显示和分析操作。
显示：有两种选择方法：工程单位或电压，依据需要选择。
纵坐标：为自由尺度，坐标依据数据波形改变而改变，有利于观察。
采样参数：包含试验名、试验号、采样频率、路径。
数学运算：包含不运算、积分运算、微分运算、常数加运算、常数减运算、常数乘运算和常数除运算。下边有“去直流分量”选项用于选择分析时是否取出信号中直流分量。
“积分”和“微分”按钮能够对目前选择区域波形进行微分和积分操作，通常只进行一次微分或积分操作。“加”“减”“乘”“除”运算能够依据实际需要来选择操作。
在“显示”栏里有工程单位和电压两种方法选择。
在“每页波形”栏能够设置显示每页波形点数。
在“数据压缩”栏中能够完成数据压缩功效，改变滑动条位置。能够改变压缩倍数，滑动条刻度范围反应了目前数据可压缩倍数范围。
提醒：压缩倍数n表示数据压缩过程中每n个点中取平均值，得到压缩后波形，若压缩倍数等于1，则表示不压缩；
2．对话框中间曲线部分为图形显示区，在图形显示区中绘有要分析曲线。在图形上能够进行部分鼠标操作，通常单击鼠标左键，能够将光标定位到鼠标点击位置上，有些分析结果图形还能够使用鼠标选择图形区域等操作。
初步打开时域波形图，横坐标为时间，纵坐标为波形幅值，图中波形为全部长度信号波形图。点击鼠标左键不放并拖动鼠标，能够任意选定反色区域，放开鼠标左键，反色区段将显示为全程波形图。这时，能够点击左下角“分析结果另存”按钮，把选择图形另存在一个数据文件内，便于分析；还能够单击鼠标右键选择“全程数据显示”，则图形将恢复原来格式。
另外，点击鼠标右键能够选择：光标右移、光标左移、光标至最大值、光标至最小值。
3．对话框右侧为参数显示区，显示相关多种参数，自上而下依次为：测点（第几号）数据（时间、幅值）、试验名、试验号、试验对象、试验描述、试验时间、采样频率、分析起点时间、终点时间、测点分析参数（最大值、最小值、平均值、均方根值）。
2.3 光标移动操作
  鼠标在曲线图上点击，即可将目前读数光标定位到鼠标点击位置。在界面右上方文字中含有目前光标位置和读数等信息。
 在左部操作控制区，“光标移动”栏中能够完成部分光标移动功效，分别以下：
光标左移一点
光标右移一点
光标至最大值
光标至最小值
 选择分析波形段：
在所表示波形图上，按住鼠标左键不放，拖动鼠标即可选择一段波形，松开鼠标后，分析图上将仅仅显示刚刚选择波形段，可对密集数据点展开显示。
在“数学运算”栏里能够对波形进行微分或积分或常数操作，其中选择“微分”档将对波形进行一次微分操作，“积分”档则对波形进行一次积分操作， “常数”档则进行和常数加、减、乘、除变换。
在右侧数据信息显示区，显示界面上所表示波形进行若干种时域统计指标值，统计指标包含：最大值、最小值、平均值、均方根值等。
多种时域指标定义如小
最大值：信号中最大幅值（峰值）；
最小值：信号中最小幅值（谷值）；
平均值：信号中全部数据幅值平均；
均方根：
3 频谱分析
3.1  频谱分析原理
对于一个振动信号或其它类型随机信号，有时为了研究其内在规律，需要分析随机信号周期性，这就需要将信号从时域变换到频域，得到频谱中每个频率全部对应信号一个周期谐波分量。
频谱分析使信号处理中最基础分析方法之一，广泛应用于多种工程技术领域。
自谱分析就是对一个信号进行频谱分析，包含幅值谱(PEAK)、幅值谱(RMS)、功率谱和功率谱密度等。其中幅值谱(PEAK)反应了频域中各谐波分量单峰幅值，幅值谱(RMS)反应了各谐波分量有效值幅值，功率谱反应了各谐波分量能量（或称功率），功率谱密度反应了各谐波分量能量分布情况。
频谱分析通常使用一定长度（比如1024点）FFT分析方法，当信号数据长度大于2倍1024点时，能够对信号数据采取两种不一样分析方法：全程平均方法和瞬时分析方法，使用全程平均方法时，将整个信号分成若干段数据，分别进行FFT 分析，得到各自频谱以后，再进行平均，最终结果较全方面反应全程数据频谱特征；当使用瞬时分析时，能够随意选择一段数据，随即进行FFT分析，得到频谱就是最终结果，它不能反应全部数据频谱特征，但反应了目前选择数据段频谱特征。
FFT为快速傅立叶变换，傅立叶变换定义为：
正变换：
其中，为时域分析数据，为频域谱函数序列。
傅立叶变换本身是连续，无法使用计算机计算，而离散傅立叶变换运算量又太大，为提升运算速度，通常使用快速傅立叶变换方法(FFT)，但此时所得到频谱不是连续曲线了，含有一定频率分辨率Δf，且Δf = SF / N，SF为信号采样频率，N为FFT分析点数（常为1024点）。因为频率分辨率存在，以立即域信号为有限长度等原因，使FFT分析结果含有泄露可能，为此常常使用部分方法来消除，如平滑、加窗、能量修正、细化分析等等。
当使用FFT分析后，因为频率分辨率造成泄露原因使频谱主峰幅值偏小，使用平滑处理能够使频谱主峰幅值愈加正确，但同时降低了频谱主峰以外频率处幅值精度。
因为时域信号截断造成泄漏，使用加窗也是一个有效措施，BZ7201提供以下多个窗函数：矩形窗、指数窗、hanning窗、hamming窗、平顶窗、和三角窗，不一样窗函数含有不一样效果，但全部能够提升主频处幅值精度。其中矩形窗相当于没有加窗。
傅立叶变换本身是能量守恒，依据变换前时域能量对频谱结果进行能量修正，也能够有效提升整体频谱幅值精度，但对单个主频幅值精度提升并不突出。
3.2 长数据FFT分析
   通常对数据进行FFT分析时，使用1024点（即1K点）进行计算，有时也进行2046(2K)点FFT分析，但最多通常为32768(32K)点FFT分析。
长数据FFT分析就是在一次FFT计算中用更多数据点参与，现在BZ7201最大可进行32768(32K)点数据FFT分析计算，当被分析数据长度大于32768点时，则使用平均方法，立即数据分为若干个32768点数据段，各自进行FFT分析，然后将各自分析结果进行平均。平均结果能够提升频谱幅度精度，但并不能提升频谱频率分辨率。因为频率分辨率等于信号采样频率除以FFT分析点数，在平均分析中每次参与FFT计算数据长度全部为32768点，所以频率分辨率只能为采样频率除以32768，不管平均多少次。图2.8所表示为数据量大于32768点频谱分析方法选择，平均方法为“线性平均”，即对全程分析过程中每次FFT结果进行线性平均；“FFT分析点数”能够选择每次进行FFT计算数据点数，分析点数可选择256、512、1024、2048、8192、16384、32768等，此点数影响频谱谱线条数，分析点数越多，则谱线条数越多，通常谱线条数为分析点数1/2.56或1/2；

图2.8
分析方法选择后，点击“确定”按钮， 即进入频谱分析界面，BZ7201可同时进行多通道频谱分析，图2.9所表示。在窗口左部操作控制区中有多种选择按钮和旋钮等，经过它们能够进行部分显示和分析操作。
在“坐标”栏里能够设置频谱幅值单位，有“电压”和“工程单位”两个选项。
“显示波形”选择框能够设置是否显示各测点时域波形图；
“加窗方法”栏里能够为频谱选择多个窗函数之一：矩形窗、指数窗、hanning窗、hamming窗、平顶窗、和三角窗，不一样窗函数含有不一样效果，但全部能够提升主频处幅值精度。其中矩形窗相当于没有加窗。
在左部操作控制区，“光标移动”栏中能够完成各频谱图光标移动功效，分别以下：
光标左移一点 光标右移一点
光标至最大值 光标至最小值
 选择分析频谱段：
在所表示频谱图上，按住鼠标左键不放，拖动鼠标即可选择一段频谱，松开鼠标后，分析图上将仅仅显示刚刚选择频谱段，可对密集数据点展开显示。
按钮能够将展开频谱图恢复至全部频谱显示。
频谱光标定位：
直接在频谱图上点击鼠标左键，能够将频谱光标定位到鼠标点击处，同时窗口右上方显示该通道光标所在处频率和幅值。
光标收数操作（仅对频谱图有效）
经过“光标收数”栏各按钮，能够收取频谱图上目前光标位置点，进行标注、列表或输出，各功效分别以下：
光标收数：收取目前光标位置点并标注；清除收数：清除全部收数标注和列表；
收数列表显示：将收取数据在图中列表显示； 多通道时将所选频率处全部通道幅值全部显示。

图2.9

联络方法
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