摘 要

伴随着经济的全球化发展，人们对于出行的需求不断增加，这也给城市交通造成很大的压力。近十几年来，我国大力发展高速铁路建设，一定程度上缓解了出行的压力。然而，在城市轨道交通的快速发展的同时，也造成了轮轨啸叫等一系列问题。由摩擦自激振动产生的噪声不仅影响到居民的身体健康，而且还使得铁轨发生磨损而失效，威胁到乘客的生命安全。

本文在此基础上搭建了摩擦自激振动试验台，以此进行摩擦自激振动过程中的相关特性研究。在有关摩擦自激振动试验台的试验中，数据采集是不可或缺的一个环节。本文通过结合虚拟仪器以及传感器的相关知识，利用LabVIEW软件进行数据采集系统设计。主要内容包括：

1. 明确摩擦自激振动试验台数据采集的对象，选取合适的方法进行数据采集。
2. 掌握热电偶、应变片和加速度传感器的测量原理，并设计相应的硬件采集电路。
3. 在LabVIEW软件平台进行数据采集系统程序编写。

研究结果表明：通过数据采集系统得到实验中温度、应变和加速度等信号的数值，为后续进行摩擦自激振动的深入研究提供数据支撑。

关键词：摩擦自激振动；虚拟仪器；数据采集；LabVIEW

Abstract

With the development of economic globalization, people's demand for travel is increasing, which brings great pressure to the urban traffic. In recent ten years, China has greatly developed the construction of high-speed railway, to a certain extent relieved the pressure of travel. However, in the rapid development of urban rail transit, it also causes a series of problems such as squeal noise. The noise generated by the friction self-excited vibration not only affects the health of the residents, but also causes the railway tracks wear and tear, threatening the life safety of the passengers.

On this basis, the friction self-excited vibration test bed is set up to major in the related characteristics in the process of friction self-excited vibration. Data acquisition is an essential part in the test of the friction self-excited vibration test platform. In this thesis, by combining the knowledge of virtual instrument and sensor, LabVIEW software is used to design the data acquisition system. The main elements include:

(1) To clear the data collection object of the friction self-excited vibration test-bed, select the appropriate method for data collection.

(2) Master the measurement principle of thermocouple, strain gauge and acceleration sensor, and design the corresponding hardware acquisition circuit.

(3)Write the data acquisition system program in the LabVIEW software platform.

The results show that the data acquisition system can obtain the values of temperature, strain and acceleration in the experiment, and provide data support for the further study of the friction self-excited vibration.

Key Words：data acquisition；friction self-excited vibration；virtual instrument；LabVIEW

目录

第1章 绪论 1

1.1 课题来源1

1.2 研究背景及意义1

1.2.1 研究背景1

1.2.2 研究意义2

1.3 文献综述3

1.3.1 摩擦自激振动国内外研究现状3

1.3.2 基于LabVIEW的数据采集国内外研究现状5

1.4 研究内容及技术路线6

1.4.1 研究内容6

1.4.2 技术路线6

1.5 本章小结7

第2章 摩擦自激振动实验台及数据采集方法选择8

2.1 摩擦自激振动实验台8

2.2 数据采集方法选择9

2.3 本章小结10

第3章 虚拟仪器与LabVIEW简介11

3.1 虚拟仪器的概念和特点11

3.2 LabVIEW软件介绍11

3.2.1 LabVIEW程序的基本组成11

3.2.1 LabVIEW的特点12

3.3 本章小结12

第4章 系统硬件部分13

4.1 信号测量原理13

4.1.1 温度测量原理13

4.1.2 应变测量原理14

4.1.3 加速度测量原理15

4.2 传感器介绍15

4.2.1 温度传感器15

4.2.2 应变片15

4.2.3 加速度传感器16

4.3 系统硬件部分17

4.3.1 数据采集卡17

4.3.2 接线盒及相关电路18

4.4 本章小结19

第5章 数据采集系统软件部分20

5.1 总体结构设计20

5.2 数据采集参数设置21

5.2.1 虚拟通道参数设置22

5.2.2 采样时钟参数设置23

5.2.3 触发类型设置23

5.2.4 DAQmx读取设置24

5.3 数据显示模块24

5.4 数据存储模块25

5.5 数据处理分析模块26

5.6 程序整体界面27

5.7 本章小结28

第6章 总结与展望29

参考文献30

附录A31

致谢33

第1章 绪论

1.1 课题来源

本课题来自于武汉理工大学刘晓刚老师的研究项目。在之前的研究中^[1-4]，刘老师通过搭建一个滚动接触双盘实验台进行一系列的相关实验，先研究车轮振动振幅和车轮啸叫的声压级水平与滚动速度和冲角之间的关系，结果表明随着滚动速度和冲角的增大，车轮振动振幅和车轮啸叫的声压级水平也增大；而且建立一个车轮振动模型和接触力学相结合的简化时域模型以证明非线性摩擦蠕变行为与车轮振动能量的相互作用；在进一步的试验中研究了不同摩擦改进剂对摩擦蠕变曲线斜率的影响，并建立了一个在时域中简化的瞬时蠕变行为的理论模型，该模型揭示了在施加摩擦改进剂的条件下仍然存在轮轨啸叫的可能原因，最终得出了摩擦改进剂可以提供正摩擦特性并降低声音的声压级，摩擦改进剂倾向于消除或大大降低摩擦蠕变曲线负斜率的结论。但是由于瞬时摩擦蠕变曲线的获得涉及到同时测量车轮震动和横向力的振幅和相位，这些通过之前的试验台无法测量，所以刘老师针对出现的问题只是提出假设，因此需要搭建新的摩擦自激振动试验台来针对此假设做实验进行验证。

1.2 研究背景及意义

在本小节中，将主要介绍摩擦自激振动的研究背景并对研究摩擦自激振动的意义展开分析。

1.2.1 研究背景

十九世纪二十年代世界上首条铁路在英国诞生开始，铁路作为一种新型的现代化的交通工具，具有承载能力强、安全保障高、行驶速度快等优势，得到迅速的发展。但是，在1950年左右，由于汽车运输和航空运输产业的迅速发展，铁路逐渐丧失了在速度和灵活性上的优势，其市场份额逐渐被蚕食。1964年出现的高速铁路为铁路运输带来了翻天覆地的变化，其安全、高速、低能耗、舒适的特点广为人们认可，在运输竞争中取得巨大成功，正在一步一步改变人们的出行和生活方式，为铁路事业的发展掀开了新的篇章^[5]。

二十世纪六十年代日本新干线的开通标志着高速铁路发展的新纪元，自此之后世界各国都开始相继投入到高速铁路的建设中。20世纪80年代开始，欧洲大陆上卷起了一股高铁热的洪流。法国、德国等发达国家相继投入到各自国家的高速铁路网的建设中。其中，法国打造了以首都巴黎为中心辐射全国的高速铁路网。